자동차는 이산화탄소(CO2) 배출량을 감축하기 위해 경량화, 전동화를 시작으로 환경 대응 움직임이 가속화되고 있다.
세계적으로 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 배출량 감축이 선결과제로 부상하고 있기 때문이다.
일본은 운수부문의 이산화탄소 배출비율이 17%에 달하는 가운데 자동차가 운수부문의 86%를 차지해 자동차 경량화에 따른 이산화탄소 감축 효과를 기대하고 있다.
경량화와 관련해서는 안전성 확보가 중시되고 있으며, 특히 전동화 및 자율주행 기술이 발전함에 따라 요구성능이 더욱 높아지고 있다.
여기에 지속가능발전 목표(SDGs) 등 세계적으로 지속가능성을 표방하는 전략이 대두되면서 플래스틱 관련소재에 대한 기술개발(R&D)이 가속화되고 있다.
유리창을 플래스틱으로 전환하거나 탄소섬유를 포함한 복합소재, 바이오 플래스틱, 식물 베이스 섬유를 채용하는 등 다양한 움직임이 나타나고 있다.
자동차는 100년에 1번 찾아오는 대대적인 변혁기에 들어선 것으로 평가됨에 따라 플래스틱을 비롯한 자동차 소재도 변화의 물결을 맞이하고 있다.

국내수요, 자동차 침체로 2021년 74만톤 불과
자동차용 플래스틱은 경량화 움직임에도 불구하고 국내수요 증가율이 크게 둔화되고 있다.
CMRI(화학경제연구원) ChemConsulting에 따르면, 국내 자동차용 플래스틱 수요는 2017년 70만톤에서 2021년 74만톤으로 연평균 1.5% 증가에 머물 것으로 전망된다.
수요가 많은 범용 플래스틱 및 EP(엔지니어링 플래스틱)가 저성장에 그치는 반면 수요가 많지 않은 슈퍼EP는 연평균 4.5% 증가하기 때문이다.
범용 플래스틱은 자동차가 내연기관차에서 xEV(전기자동차)로 바뀌어도 인간이 접촉하는 내·외장재에 필수적으로 사용되나 국내 자동차 생산이 정체돼 수요가 연평균 1.5% 증가에 머무를 것으로 예상되고 있다.
범용EP도 자동차 전장화, 자동화의 영향으로 PBT(Poly-butylene Terephthalate) 수요가 증가하나 엔진룸에 사용되는 PA(Polyamide) 6/66은 수요가 정체되는 반면, 슈퍼EP는 경박단소화에 고기능성과 관련된 요구가 더해지면서 고내열 PA와 PPS(Polyphenylene Sulfide)를 중심으로 수요가 증가하고 있다.
다만, 범용 플래스틱은 2017년 48만톤으로 수요가 많아 2021년에도 자동차용 플래스틱 중 여전히 69%를 차지하고 다음으로 범용EP 29%, 슈퍼EP 2% 순으로 예상된다.
범용EP와 슈퍼EP는 베이스레진 수입의존도가 높아 수급 불안정, 가격 급등이라는 구조적 문제가 시장 확대의 걸림돌로 작용하고 있다.

범용수지, 모듈화로 코스트 감축에 기여
플래스틱은 자동차용 수요가 약 10%를 차지하고 있다.
경량성, 성형가공성이 뛰어나고 코스트가 낮은 강점을 바탕으로 내·외장부품은 물론 엔진룸 내부의 기능부품, 전자시스템, 연료시스템, 에어백, 안전벨트를 포함한 안전시스템에 채용되고 있으며 일부 구동·섀시 계통에도 사용되고 있다.
다만, 경량화 관점에서는 플래스틱 적용이 일정수준 진전됐다는 의견이 제기되고 있어 최근에는 일체 성형을 통한 부품수 감축, 디자인성 및 안전성 향상 등 플러스알파 효과가 요구되고 있다.
구조소재는 전기자동차(EV), 하이브리드자동차(HV)가 보급됨과 동시에 전장부품, 안전장비 증가로 차체 중량이 늘어남에 따라 안전성을 유지하면서 경량화하는 기술이 더욱 중요해지고 있다.
이에 따라 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC (Polyvinyl Chloride), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지 사용이 증가하고 있다.
범용수지는 금속에 비해 가볍고 성형·가공이 쉬워 양산에 적합한 이점이 있고, 모듈화를 통해 제조코스트를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 첨가제를 투입해 강도 및 강성을 향상시킬 수 있어 컴파운드를 중심으로 채용이 확대되고 있다.
특히, PP가 가장 많이 사용되고 있다.
PP는 중량 기준으로 자동차 대당 범용수지 사용량의 약 50%를 차지하고 있다.
경량에 성형가공이 쉬우며 가격 대비 성능이 우수할 뿐만 아니라 필러 등을 첨가해 컴파운드로 제조함으로써 강성을 향상시킬 수 있고 리사이클성이 뛰어난 특징이 있어 계기판, 도어패널 등 내장부품을 중심으로 범퍼, 라디에이터 등 대형부품에 채용되고 있다.
HDPE(High-Density PE)는 중공성형에 따라 연료탱크에 적용되고 있으며 ABS는 PP에 비해 외관, 도장·도금성능 등이 뛰어나 콘솔박스 등 내장부품 뿐만 아니라 사이드미러를 비롯한 외장부품에도 투입되고 있다.
PVC는 품질, 성능, 가격우위성 등이 재평가되면서 와이어하네스, 내장재 등으로 용도가 확대되고 있다. 

EP, PA 중심으로 수요신장 가속화
EP는 자동차용 수요가 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 경량화 등 환경부하를 저감할 수 있는 소재로 중요성이 높아지고 있다.
최근에는 금속, 유리, 범용수지를 단순히 대체하는데 머무르지 않고 전동화 등에 따른 잠재적인 니즈를 신속하게 파악함으로써 고부가가치 소재 및 가공기술을 개발할 것이 요구되고 있다.
자동차부품은 금속 대체가 용이한 부위부터 플래스틱으로 전환되고 있으며 더욱 높은 성능 및 복잡한 성형법이 필요한 부위도 경량화 요구가 높아짐에 따라 EP 및 슈퍼EP 채용이 증가하고 있다.
EP는 PA를 시작으로 PC(Polycarbonate), POM(Polyacetal), PBT, PPE(Polyphenylene Ether) 등이, 슈퍼EP는 PPS, LCP(Liquid Crystal Polymer) 등이 자동차용으로 투입되고 있다.
특히, PPS는 강도, 치수안정성, 내약품성 등을 겸비한 특징을 바탕으로 수요가 크게 늘어나고 있다.
터보 관련부품, 냉각모듈부품, 전자제어장치(ECU) 케이스 및 절연재 등 전장부품에 사용되고 있으며 친환경자동차를 포함해 대당 사용량이 증가하고 있다.
슈퍼EP는 가격이 높아 대부분 소규모 부품에만 채용되고 있으나 PPS는 크기가 큰 부품용으로도 개발이 이루어지고 있다.
EP 중에서는 PA가 자동차용으로 가장 많이 사용되고 있다.
PA는 자동차용 수요가 연평균 5% 수준 증가하고 있으며 내열성, 강도, 내유성, 코스트 등 종합적인 밸런스가 뛰어나 흡기다기관(Intake Manifold), 엔진커버, 라디에이터탱크 등 엔진 주변부품에 주로 채용되고 있다.
여기에 터보엔진의 소형화, 차세대 파워트레인용 등으로 고내열 그레이드의 투입 기회가 증가하고 있어 관련기술 개발에 박차를 가하고 있다.
사이드미러 스테이, 후방카메라 등 외장부품에도 꾸준히 채용되고 있으며 에어백용 섬유로도 활용 가능성이 높아지고 있다.
PC는 내열성, 투명성, 내충격성 등이 뛰어나 높은 평가를 받고 있으며 자동차용 수요의 60% 수준을 차지하는 전조등 렌즈를 중심으로 계기판, 각종 내장부품에 투입되고 있다.
앞으로는 유리 베이스 그레이징, 차체 부품의 금속소재를 대체하는 등 채용영역이 확대될 것으로 예상되고 있다.
PC는 경량화 효과 뿐만 아니라 복잡한 형태에 대응하기 쉬운 특징도 있고, 일본에서 2017년 PC 베이스 앞유리를 채용한 EV를 발표해 창문 소재에 대한 플래스틱 적용이 가속화될 것으로 예상되고 있다.
POM은 내연료성, 접동성, 내열성 등이 뛰어나 주로 연료계통 모듈, 기어·캠류 등 구조부품에 채용되고 있으며, 특히 연료모듈 주변에 채용되는 소재로 표준화되고 있다.
톱니 등 금속 대체수요는 일단락된 것으로 판단되고 있으나 클립, 핸들부품, 연료펌프 등은 채용이 더욱 확대될 것으로 예상되고 있어 기술지원 확충 등을 통해 경쟁을 계속하고 있다.
특히, 휘발성 유기화합물(VOCs) 함유량이 적은 그레이드는 중국, 유럽에서 채용이 증가하고 있으며 고점도 그레이드는 장기내구성이 뛰어나 일본 자동차 생산기업들이 연료계통 부품에 사용하고 있다.
PBT는 주로 하네스커넥터, 엔진 ECU 케이스 등 전장부품 및 기구부품에 투입되고 있다.
EV, HV용은 니켈수소전지 케이스, ECU 케이스 등으로 사용량이 늘어나고 있으며, 특히 ECU 탑재가 증가하면서 수요 증가를 견인할 것으로 예상되고 있다.

컴파운드, 자동차용 수요비중 65%
국내 플래스틱 컴파운드 수요는 2017년 74만6000톤으로 자동차 의존도가 높은 것으로 파악된다.
범용 플래스틱, 범용EP, 슈퍼EP 컴파운드 수요는 2012년 71만톤에서 2017년 75만톤으로 증가하는데 그쳤고 2021년에도 78만톤으로 3만톤 증가에 머물 것으로 예상된다.
플래스틱 컴파운드는 자동차, 전기·전자, 소비재, 산업재에 주로 투입되고 있으며 자동차 비중이 65%에 달하고 있으나 자동차 생산량 감소로 컴파운드 시장이 위기를 맞고 있다.
PP 컴파운드는 범용 플래스틱이지만 자동차용 비중이 2012년 73.1%에서 2021년 78.1%로 5%포인트 상승할 것으로 예상된다.
PP 베이스 레진 생산능력은 2012년 424만톤에서 2018년 489만톤으로 대폭 늘어났으나 PP 컴파운드 생산능력은 59만톤에서 멈춘 상태이다. 전기·전자용 수요가 감소하고 있기 때문이다.
전기·전자는 해외이전 및 원료 현지화가 진행됐고, 자동차도 중견기업들이 현지 생산법인을 설립함으로써 국내수요 증가를 기대하기 어려운 것으로 판단되고 있다.
PP 컴파운드는 현대EP, 대하 등 자동차용 플래스틱에 집중하는 중견기업과 베이스 레진을 기반으로 전기·전자용부터 진입한 대기업군, 소비재 및 산업재용과 외주를 담당하는 중소기업군이 골고루 생산하고 있다.
중견기업 및 대기업들은 HCPP(High Cystalline PP) 베이스 레진을 컴파운드해 자동차용 대형 부품 고속사출용 그레이드를 공급하면서 수출 경쟁력을 유지하고 있으나 중소기업들은 국내수요 감소로 어려움에 처해 있다.
범용EP 컴파운드는 PA6/66, PBT, PC, MPPO(Modified Polyphenylene Oxide) 기준으로 2017년 국내수요가 31만5000톤에 달했다.
PC 컴파운드는 전기·전자용 60%, 소비재 및 산업재 22%, 자동차용 18%로 다른 범용EP에 비해 자동차 비중이 낮지만 자동차 헤드램프의 대구경화에 힘입어 수요가 1만8000톤 수준을 유지하고 있다.
반면, PA6/66 컴파운드는 자동차용 비중이 85% 이상으로 절대적이고, 특히 PA66 컴파운드는 CHC, 라디에이터 탱크(Radiator Tank), F&S 등 엔진룸 적용비중이 50%에 가까운 것으로 파악되고 있다.
그러나 자동차가 HV, EV 중심으로 재편되면 수요가 사라질 가능성이 대두되고 있다.

PBT, 코스트 절감 타고 수출 급증
PBT는 PTA(Purified Terephtalic Acid)를 원료로 생산한 베이스 레진 수입으로 원가를 절감하고 있는 가운데 자동화, 전장화, xEV 전환에 따른 컴파운드 수요 증가로 범용EP 중 생산량이 가장 크게 증가하고 있다.
PBT 컴파운드는 자동차용 수요비중이 68%에 달하며, 특히 커넥터용이 32%로 가장 많이 투입되고 있다.
국내수요는 7만톤 수준에 머무르고 있는 반면 수출은 2018년 4만톤을 넘어섰다. 커넥터용 PBT 컴파운드는 국내수요가 감소한 반면 중국, 일본, 미국 판매가 늘어 수출이 최근 6년간 연평균 12.9% 증가한 것으로 나타났다. 
PBT 컴파운드는 2000년대 초반 LG화학, 삼양사, 코오롱 3사가 DMT(Dimethyl Terephthalate)를 원료로 PBT 베이스 레진을 생산한 후 컴파운딩했으나 2010년 이후 전량 수입으로 전환했다.
PTA를 원료로 연속공정 플랜트를 가동하는 중국, 타이완 등에서 베이스 레진을 수입해 컴파운드 코스트를 절감할 수 있기 때문이다.
PBT는 베이스 레진 가격은 PTA에 연동되는 반면 컴파운드 가격은 전방산업에 연계됨에 따라 수익성도 개선되고 있다.
PTA 수출가격은 2011년 톤당 1237달러에서 2018년 827달러로 연평균 5.6% 하락해 PBT 베이스 레진 가격이 2698달러에서 1760달러로 연평균 5.9% 하락했다. 반면, 컴파운드는 중국 판매를 제외하고 수출가격이 2011년 톤당 3938달러에서 2018년 3348달러로 연평균 2.3% 하락하는데 그쳐 스프레드가 양호한 것으로 분석되고 있다.  
미래 자동차가 xEV로 전환돼도 PBT 컴파운드는 난연 그레이드를 중심으로 채용부품이 증가할 것으로 예상된다.
특히, EV의 전원커넥터, ECU, Lid Charger Port 등과 HEV의 전원박스, LiB(리튬이온전지) 하우징 등에 채용 가능성이 큰 것으로 평가되고 있다.
내열성, 전기적 특성, 기계적 강도에 난연성을 갖춘 동시에 PPS보다 코스트가 낮다는 이점을 내세워 국내 PBT 컴파운드 생산기업들은 공급을 확대하고 있다.

PA6/66, 범용 정체에도 고내열 그레이드 성장
PA는 자동차 동력 구동부품이 엔진, 연료계 등에서 2차전지, 모터 등으로 전환되면서 고내열 PA 중심으로 수요가 증가하고 있다.
범용PA 컴파운드는 국내수요가 12만톤 내외이며 자동차용 엔진룸 집중도가 PA6 16%, PA66 41%로 높은 편이다.
다만, PA66은 컴파운드 수요의 엔진룸 집중도가 높을 뿐만 아니라 원료인 베이스 레진을 전량 수입에 의존하고 있어 수익을 내기 어려운 구조이다.
PA66 베이스 레진은 미국, 독일, 중국 등에서 연평균 10만톤 수입하며 국내에서는 타이어코드, 에어백 등 산업용 섬유와 PA66 컴파운드용으로 사용하고 있다. 
PA66 베이스 레진은 HMDA(Hexamethylene Diamine)에 아디핀산(Adipic Acid)을 중합해 생산하며 HMDA는 인비스타(Invista), 아센드(Ascend), 바스프(BASF) 등이 세계 생산량의 92%를 과점하고 있다.
ADN(Adiponitrile)-HMDA-PA66 베이스 레진을 일괄 생산하며 유럽의 노후공장 트러블, 가뭄 등 자연적 문제에 따라 불가항력 선언이 빈번해 가격급등 현상이 빈번하게 나타나고 있다.
2018년 2월에는 PA66 중합 공장 중 인비스타의 미국 텍사스 플랜트, 인비스타-솔베이(Solvay)의 스페인 및 프랑스 플랜트에 이어 아센드의 미국 앨라바마 플랜트 등이 7번에 달하는 불가항력을 선언했다. 8월에는 세계에서 가장 큰 아센드의 미국 플로리다 펜사콜라(Pensacola) 소재 47만5000톤 플랜트가 화재로 불가항력을 선언해 9번째를 기록했다.
글로벌 생산능력의 15%에 달하는 펜사콜라 플랜트가 가동을 중단하면서 국내 PA66 베이스 레진 수입가격은 2017년 톤당 2609달러에서 2018년 3520달러로 35% 폭등했다.
베이스 레진 가격 급등 및 수급 불안정에 따라 자동차 및 티어(Tier) 1들은 PA66 컴파운드를 대체할 소재 개발을 서두르고 있다.
반면, 고내열 PA는 우수한 내열성, 전기절연성, 강성을 바탕으로 EV용 모터엔드 캡, HEV용 모터 터미널 및 파워케이블 커넥터 등으로 채용이 확대되고 있다. 다만 PPA, PA9T, PA46 등 고내열 PA 컴파운드는 2017년 국내수요가 1만톤에 불과했고 2021년에도 1만1000톤 수준에 머물 것으로 예상된다.

슈퍼EP, 컴파운드 기술력 제고 필요
PPS, 고내열 PA, LCP, PEEK(Polyether Ether Ketone) 등 슈퍼EP는 베이스 레진부터 컴파운드까지 일본 및 글로벌기업들이 일괄 생산해 진입장벽을 높고 국내기업들은 경쟁력이 낮은 것으로 평가되고 있다.
슈퍼EP는 국내 자동차용 플래스틱 18종 수요 중 1%를 차지하는데 불과하지만 수익성과 성장성이 높아 컴파운더들이 미래 먹거리로 집중하고 있다.
그러나 일본 및 글로벌기업들이 베이스 레진 생산에서 컴파운드까지 수직계열화해 수입하기 때문에 국내 컴파운더들은 사업화가 쉽지 않은 것으로 파악되고 있다.
컴파운드 기술 자체도 범용 플래스틱 및 EP에 비해 난이도이 높아 개발이 쉽지 않은 것으로 알려졌다. 
국내에서는 이니츠(Initz)가 PPS 니트레진을 국산화해 1만2000톤 플랜트를 가동하고 있고 도레이(Toray)가 군산에 니트레진 및 컴파운드 공장을 건설함으로써 슈퍼EP 중 성장성 가능성이 가장 높게 나타나고 있다.
자동차용 PPS 컴파운드는 Thermostat Housing, 헤드램프 리플렉터(Head Lamp Reflector) 등에 채용되며 EV는 캐퍼시터(Capacitor), 센서, Motor Brush Holder & Circuit Board, PCU 부품에 채용돼 수요가 연평균 4% 증가할 것으로 예상되고 있다.
이니츠는 현대모비스와 PPS 컴파운드를 활용한 안개등을 개발하는 등 컴파운드 기술개발에 집중하고 있다.

TPE, 엔진 주변부품 채용 확대
열가소성 엘라스토머(TPE: Thermoplastic Elastomer)는 고무와 수지의 특성을 겸비한 기능성 소재로 가황공정이 불필요하고 플래스틱과 동일한 방법으로 성형할 수 있을 뿐만 아니라 내열성이 뛰어나고 가공범위가 넓어 수요가 증가하고 있다.
또 여러 소재를 조합해 복합소재를 생성할 수 있으며 경량화가 가능해 고무 대체소재로 채용이 확대되고 있다.
자동차용은 미국, 유럽, 일본에 이어 중국 등 아시아에서 인지도가 상승하고 있으며 Glass Run Channel, 표피소재, 엔진 주변부품 등에 사용되고 있다.
TPE는 소프트 영역과 하드 영역의 수지 조합 및 배분에 따라 올레핀(Olefin)계, 스타이렌(Styrene)계, PA계, 폴리에스터(Polyester)계, 우레탄(Urethane)계, PVC(Polyvinyl Chloride)계로 분류되며, 대표적 TPE인 올레핀계 엘라스토머 TPO(Thermoplastic Olefin)는 단순혼합 타입과 고무성분을 부분·완전 가교한 TPV(Thermoplastic Vulcanizates)가 주류를 이루고 있다.
TPO는 비중이 가볍고 생산성 및 경량화 효과가 뛰어나 문이나 창문의 몰딩, 에어백 커버에 필수적으로 투입되고 있으며 세계적으로 에어백 장착률이 높아지면서 수요가 증가하고 있다.
미국에서는 자동차 내부에 고급스러운 느낌을 부여하기 위해 대시보드, 계기판을 TPO 표피소재로 덮는 수요가 증가하고 있으며 고급 모델 뿐만 아니라 범용 모델에도 채용이 확대되고 있다.
스타이렌계 엘라스토머 TPS(Thermoplastic Styrene)는 수첨형이 컴파운드 형태로 기어, 에어백 커버 등 내장 표피소재에 사용되고 있다. 성형가공성이 좋고 내후성, 내열성, 내한성 밸런스가 뛰어날 뿐만 아니라 부드럽고 고급스러운 특징이 있다.
폴리에스터계 엘라스토머 TPC(Thermoplastic Copolyester)는 TPE 가운데 고부가가치 영역으로, 사용 가능한 온도범위가 넓고 굴곡피로 특성이 우수한 특성을 최대한 활용할 수 있는 등속조인트(CVJ) 부츠에 투입되고 있으며 내구성, 방음성을 바탕으로 도어락 등에도 보급되고 있다.

CFRP에 바이오매스 플래스틱도 활용 시작단계
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 자동차 경량화 소재로 주목받고 있으나 생산시간이 길고 코스트가 높아 생산대수가 한정된 고급 승용차에만 적용되고 있다.
그러나 최근에는 소재 및 프로세스 개발이 이루어지면서 양산 자동차에도 채용되기 시작했다.
도요타자동차(Toyota Motor)는 2017년 CFRP를 플러그인하이브리드 자동차(PHV) Prius PHV의 백도어 골격에 채용했다. 양산모델에 CFRP를 사용한 것은 처음이다.
자동차에 CFRP를 대량 투입하기 위해서는 탄소섬유 생산성 향상 및 증산, 복합소재 성형시간 단축 등에 따른 코스트 감축이 요구됨에 따라 앞으로는 저렴하고 가공하기 쉬운 열가소성 수지를 이용한 CFRTP 개발이 잇따를 것으로 예상된다.
General Motors(GM)는 테이진(Teijin)과 공동 개발한 CFRTP를 2018년 가을 출시한 픽업트럭 GMC Sierra Denali의 적재함 내부 구조재에 사용했다.
바이오매스 플래스틱은 내장재에 이어 외장재로도 채용이 잇따르고 있다.
특히, 단순히 원료를 식물 베이스나 생분해성으로 변경할 뿐만 아니라 기존 폴리머를 뛰어넘는 성능 및 기능성을 부여한 소재로 주목받고 있다.
자동차의 환경대책은 경량화 및 전동화 등에 따른 연비 개선, 제조공정의 에너지 절약, VOCs 감축 등에 집중되고 있으나 앞으로는 탄소 중립(Carbon Neutral)에 따른 지구온난화 대책, 고갈자원 보호 관점에서 바이오매스 플래스틱 사용을 확대할 것이 확실시되고 있다.
<김은진 수석 연구원: ejkim@chemlocus.com>