자동차산업은 전기자동차(EV) 보급 확대, 차세대 운전지원기술 실용화의 영향으로 미래형 자동차 개발이 고도화되고 있다.
피스톤식 엔진을 탑재한 기존 차종에 하이브리드자동차(HV) 등 모터를 탑재한 차종이 추가되면서 차종이 다양해지고 있으며, 자동차기업들은 개발 및 생산을 더욱 효율화하기 위한 전략을 강화하고 있다.
자동차부품 및 화학소재 생산기업들도 연결(Connectivity), 자율주행(Autonomous), 공유(Sharing), 전기구동(Electrification)을 포함한 CASE 트렌드에 대응해 기술 및 노하우를 적극 활용함으로써 고기능화 및 고부가가치화를 강화하고 있다.

 

자동차용 수지 수요 2030년 1400만톤 육박
자동차용 수지는 세계시장이 2030년 1400만톤에 달할 것으로 예상된다.
야노경제연구소(Yano Research)는 자동차 생산대수 증가에 따라 자동차용 수지 수요가 2030년 총 1396만8000톤으로 2018년에 비해 37.3% 증가할 것으로 예측했다.
범용수지는 수요가 연평균 2.32%, 범용 EP(엔지니어링 플래스틱)는 3.48% 증가할 것으로 예상했다.
자동차 생산대수는 신흥국의 경제 성장과 함께 중국이 2% 전후, 유럽은 1% 전반 정도 성장성을 유지하면서 2030년에는 1억2520만대에 달할 것으로 판단하고 있다.
2018년에는 자동차용 수지 수요가 1017만3000톤으로 전년대비 0.3% 늘어난 것으로 추정하고 있다.
PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), HDPE(High-Density Polyethylene) 등 범용수지가 718만6000톤으로 약 70%를 차지했다.
PC(Polycarbonate), POM(Polyacetal), 변성 PPE(Polyphenylene Ether), PBT(Polybutylene Terephthalate) 등 범용 EP 수요는 298만7000톤으로 조사됐다.
수요비중은 내장소재가 30.4%로 가장 높았고 엔진룸 내부와 기능부품이 30.1%, 외판·외장용 28.2%, 전장용 11.3%로 파악되고 있다.
외판·외장과 내장용은 범용수지 비중이 80-90%로 절대적이며 엔진룸 내부와 전장부품은 범용수지와 범용 EP가 50대50 수준으로 투입되고 있다.
2018년 세계 자동차 생산대수는 9776만9000대로 0.5% 감소했다.
일본이 973만대로 증가했으나 중국 278만9000대, 유럽 1944만대, 북미 1332만7000대로 감소했다. 반면, 인디아, 아세안(ASEAN), 브라질 등 개발도상국은 2746만3000대로 호조를 계속했다.

 

내장소재, 2030년 10조원대로 성장
자동차 내장소재 시장은 2030년 10조원대로 급성장할 것으로 판단된다.
Fuji Keizai에 따르면, 자동차 내장소재는 글로벌 시장이 2018년 7조8950억원에서 2030년 14조4000억원으로 12년간 100% 가까이 성장할 것으로 예상되고 있다.
자동차 실내공간의 쾌적성 향상에 대한 니즈가 고조되면서 시장이 확대되고 있기 때문이다.
시트, 인스트루먼트 패널, 스티어링, 시프트 레버 등에 채용되는 표피재(섬유제품‧피혁제품)가 천장재, 도어트림에 채용되고 있으며, 필름은 미들클래스 자동차와 경차의 내장소재가 고급화되고 인테리어 디자인이 다양화되면서 수요가 증가하고 있다.
최근에는 고급스러운 느낌을 낼 수 있는 내장소재 연출법, 조명을 활용한 쾌적성 향상 기술, 자동차 실내 소음 대책, 차내 센서를 활용하는 쾌적성 향상 기술, 차내 온도 조절 등 오감 관련 기술이 주목받고 있다.
펠트, 부직포, 우레탄폼(Urethane Foam), 멜라민폼(Melamine Foam) 등 다공질형 흡음재는 원판 혹은 블록 상태에서 절삭 가공하고 표피재와 차음재 등 열 프레스로 일체화된 방음부품으로 완성한 후 설치되고 있다.
자동차 실내공간의 정숙성을 요구하면서 흡음재 채용범위가 늘어나고 있으며 플로어 카펫과 대시보드 이너 등에서도 흡음‧차음성 향상이 요구되며 수요가 늘어나고 있다. 
2019년에는 자동차 생산대수가 감소하면서 수요가 크게 늘어나지 못했으나 앞으로는 자동차 실내공간의 정숙성 향상에 대한 니즈가 본격화되면서 증가폭이 커질 것으로 예상되고 있다. 
부드러운 감촉과 달라붙지 않으면서 뽀송뽀송한 느낌을 연출하고 실제 가죽과 같은 차분한 분위기를 연출하기 위해 첨가제를 처방한 우레탄계 엘라스토머 TPU(Thermoplastic Polyurethane), PVC계 엘라스토머 TPVC, 스타이렌(Styrene)계 엘라스토머 TPS(Thermoplastic Styrene) 등은 2018년 시장이 1조9700억원에 달한 것으로 조사됐다.
좋은 촉감을 부여할 수 있다는 점에서 최근에는 고급 차종 뿐만 아니라 미들 클래스에서도 채용이 늘어나고 있으며 2025년 이후 미들 클래스 내장소재 고급화가 이루어지면서 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다.

 

탄소섬유, 경량화에 CO2 배출 감축까지…
탄소섬유는 단위중량에 비해 강도가 뛰어난 고기능성 소재로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 특유의 설계가 요구되고 있다.
최근에는 금속과 같은 강도 및 물성을 유지하면서 무게를 대폭 줄일 수 있는 특징을 바탕으로 자동차 경량화 소재로 주목받고 있으며 세계적으로 이산화탄소(CO2) 배출량 감축에 대한 요구가 높아짐에 따라 활용 가능한 범위가 확대되고 있다.
탄소섬유는 가격이 높고 일반적인 금속, 플래스틱과 다른 이방성 소재인 점이 보급에 걸림돌로 작용했으나 오래 전부터 경주용 자동차, 고급 승용차 분야에서 외장부터 구조부품에 이르기까지 다양한 용도에 활용되고 있다.
그러나 채용을 더욱 확대하기 위해서는 코스트 절감이 필수적으로 요구되고 있다.
특히, 성형이 생산 코스트에서 높은 비중을 차지하고 있어 일반적인 프리프레그(Prepreg)를 이용한 오토클레이브 성형에 이어 RTM(Resin Transfer Molding), SMC(Sheet Molding Compound), 프리프레그를 프레스 성형하는 PCM(Prepreg Compression Molding) 등이 실용화되고 있다.
열경화성 수지에 비해 성형 사이클이 빠른 열가소성 수지 활용도 중요해지고 있다.
열가소성 수지는 일반적으로 점도가 높아 탄소섬유에 깔끔하게 함침하기 어려운 단점이 있으나 텍스타일 가공 후 가열, 압축, 냉각 프로세스를 거쳐 CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic)를 형성하거나 현장에서 중합하는 등 다양한 연구를 통해 과제를 해소한 기술이 잇따라 등장하고 있다.
열가소성 수지는 사출성형을 강화하는 소재로 이용하는 방법도 대두되고 있다.
일반적인 사출성형에서는 섬유 길이를 유지할 수 없어 물성 향상에 한계가 있으나 연속섬유를 수지로 피복해 제작하는 장섬유 펠릿은 사출성형이면서 물성을 일정수준 끌어낼 수 있어 선루프 프레임과 같은 대형 자동차부품에 채용되고 있다.

 

합리적인 가격체계 도입 “필수조건”
자동차는 대폭적인 이산화탄소 배출 감축이 요구됨에 따라 복합소재의 중요성이 높아지고 있다.
LiB(리튬이온전지) 가격 하락으로 배터리 사용량을 줄이기 위해 차체를 경량화하는 움직임은 줄어들고 있으나 연비 절감 측면에서 경량화 소재에 대한 연구개발(R&D)이 계속되고 있다.
연속섬유 타입의 탄소섬유를 이용한 CFRP는 대표적인 경량화 소재로 자리 잡고 있으나 에폭시수지(Epoxy Resin)를 비롯한 열경화성 수지 계열은 성형사이클 단축에 한계가 있고 가격이 높아 적용할 수 있는 차종에 한계가 드러나고 있다.
2020년 무렵이면 탄소섬유가 자동차에 대량 채용될 것으로 예상됐으나 여전히 코스트 문제가 해결되지 않아 기대에 미치지 못하고 있다.
글로벌 탄소섬유 수요는 8만톤 수준으로 풍력발전용이 절반 가량을 차지하고 있으나 자동차도 탄소섬유 채용을 서서히 확대하고 있다.
General Motors(GM)는 테이진(Teijin)의 열가소성 탄소섬유를 양산 자동차에 투입하고 있으며 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)은 이태리에 자동차용 SMC 양산설비를 건설하고 있다.
도레이(Toray)는 그룹기업이 공급하는 라지토우(Large Tow), 신규 그레이드 Z600 등 가격경쟁력이 높은 라인업을 확충함과 동시에 탄소섬유에 합리적인 가격체계를 도입함으로써 수요기업이 안심하고 사용할 수 있는 소재로 인식되기 위한 대책을 추진하고 있다.
사출성형용도 장섬유 펠릿 등으로 탄소섬유 물성을 이끌어낼 수 있는 이용법을 개발해 한국 자동차기업이 선루프 프레임과 같은 대형 부품에 채용하고 있는 것으로 알려졌다.
유리섬유 강화 그레이드도 수요가 계속 증가하고 있다.
일반적인 사출 그레이드 뿐만 아니라 장섬유 펠릿, 연속섬유와 열가소성 수지를 조합한 스탬퍼블 시트(Stampable Sheet)도 탄소섬유에 대한 코스트 경쟁력을 바탕으로 채용이 늘어나고 있다.
2019년에는 에어버스(Airbus)가 헬리콥터 회전날개에 유리섬유 베이스 복합소재를 투입했다.
항공기 분야에서는 탄소섬유가 일반적으로 사용되고 있으나 유리섬유도 모빌리티 분야에서 적용이 확대될 가능성을 보여준 사례로 평가되고 있다.

 

CNF, 자동차 경량화 소재로 주목
CNF(Cellulose Nano Fiber)는 자동차 경량화 소재로 채용이 확대될 것으로 예상된다. 
일본은 CNF를 활용해 자동차를 경량화하는 NCV(Nano Cellulose Vehicle) 프로젝트를 통해 2019년 10월 말 콘셉트카를 완성했다. 
다양한 성형방법에 대한 적합성을 시험해 적용범위를 확대했으며 경량성과 충분한 기계적 강도를 양립한 소재를 개발한 것으로 파악되고 있다. 
일본 환경성은 2020년 이후 CNF 최종제품을 대상으로 보조사업을 시작할 계획이며 자동차에 실장하는 작업은 민간기업에 위탁할 방침이다.
NCV 프로젝트는 각종 수지에 CNF를 배합해 차체 중량을 1050kg으로 동일 차종에 비해 16% 줄여 시제품을 완성했고 실제 자동차에 탑재할 수 있는 가능성을 확인하는데 성공했다. 앞으로는 실용화를 위해 자동차 생산기업에 대한 제안을 강화할 방침인 것으로 알려졌다.
다만, 모든 크기의 부품을 커버하기 위해서는 다양한 성형공법에 대한 대응이 필수적으로 요구되고 있다.
이에 따라 사출성형에 따른 도어트림, 사출·압축성형에 따른 루프패널 등 상품화를 위한 제안을 진행했으며 RTM 3D프린팅 등에도 도전하고 있다.
앞으로는 내장 등 수지계 부품에 대한 적용, 구조부품의 금속 대체, 대폭적인 경량화 등 자동차 변혁에 따라 기대치 단계를 분류해 개발을 진행할 방침이다.

 

배터리, 고용량화‧고기능화가 관건
자동차는 환경규제 강화에 대응하고 자원 순환형 사회를 실현하는 전동화가 가속화되고 있다.
EV, 플러그인하이브리드자동차(PHV)를 비롯한 xEV는 주요 전원이 LiB로 배터리 및 배터리 소재 생산기업들은 고성능화를 위한 연구개발에 힘을 기울이고 있다.
EV는 보급 확대를 위해 휘발유(Gasoline) 자동차 수준의 항속거리가 요구되고 있어 배터리 소재 생산기업들은 LiB를 고용량화할 수 있는 신소재 개발에 박차를 가하고 있다.
양극재는 삼원계가 주류를 이루고 있는 가운데 에너지 밀도를 향상시키기 위해 니켈 함유비율을 높이는 하이니켈화가 확대되고 있다.
최근에는 니켈, 코발트, 망간 비율이 5대1대3인 NCM513이 주로 사용되고 있으나 2025-2030년에는 NCM811 또는 니켈, 코발트, 알루미늄을 함유한 NCA가 채용될 것으로 예상되고 있다.
음극재는 이론적으로 용량이 카본의 10배에 달하는 실리콘 등을 활용한 개발이 진행되고 있다.
기존 휘발유 자동차에 사용되는 납축전지도 계속 진화하고 있으나 시동용, ISG(Idle Stop & Go)용은 LiB로 대체되고 있다.
유럽에서는 탑재가 의무화되고 있는 긴급 구조 시스템 eCall(차량긴급통보) 백업용으로 여름철 고온에서 사용할 수 있는 고내열성 박형 배터리 수요가 확대되고 있어 Ni-MH(니켈수소전지), 고내열성 LiB가 채용되기 시작했다.
앞으로는 루프에 집약된 다양한 기기에 전력을 공급하기 위해 추가적인 용량 확대가 요구됨에 따라 배터리 소재도 적극적인 R&D가 필수적 사항으로 부상하고 있다.

 

페인트, 자동차 고기능화에 CASE 대응 가속화
자동차 내·외장재에 CMF(Color‧Material‧Finish) 디자인이 침투하고 있다.
CMF 디자인은 유럽 및 미국에서 출발한 프로덕트(Product) 디자인 개념으로 2010년대부터 자동차 분야에 보급되기 시작했다.
사물의 표면을 구성하는 요소로 색과 질감, 촉감은 떼어놓을 수 없는 관계가 되고 있으며 자동차 외장 도장에서도 동일한 움직임이 나타나고 있다. 
일본 자동차 생산기업 마쓰다(Mazda)는 2010년부터 혼동(魂動) 디자인을 도입하고 있다.
자동차에 생명을 불어넣기 위해서는 조형 일부에 컬러를 도입하는 것이 필수적이라는 디자인 철학으로, 2019년 해당 디자인을 더욱 심화한 2개 차종을 출시해 일본 유행색협회가 개최한 Auto Color Award 2019에서 그랑프리를 획득했다.
마쓰다는 이전까지 주로 소울레드(Soul Red) 등 금속 느낌의 메탈릭 컬러를 사용했으나 신규 출시한 2개 차종은 곡선미를 강조하는 새로운 질감의 폴리메탈그레이(Polymetal Grey) 메탈릭을 채용해 윤기 있는 매끄러운 플래스틱 질감과 하이라이트 부분의 금속 느낌을 양립한 것으로 매우 높은 평가를 받았다.
아울러 최근에는 연결, 자율주행, 공유, 전기구동을 지칭하는 CASE 트렌드에 대응한 기능성 부여가 필수과제로 부상하고 있다.
특히, 라이다(LiDAR) 검출 정밀도 향상에 기여하는 고반사성 페인트가 주목받고 있다. 
근적외선을 조사하는 라이다는 검정 등 어두운색 계열의 조사 대상에 대한 정밀도가 저하될 것으로 우려되고 있어 각종 센서의 정밀도 규격이 제정되고 자율주행에 관한 법규가 정비됨으로써 페인트 생산기업에게 비즈니스 기회가 찾아올 것으로 예상되고 있다. 
2019년에는 미국 Axalta Coating Systems가 메탈릭계 4종을 개발했으며 일본 Nippon Paint Holdings는 탑코트, 클리어 등으로 개발을 진행했다.  
2020년에는 LiDAR에 대응한 신규 도색 제안이 증가할 가능성이 높게 나타나고 있다.
간사이페인트(Kansai Paint)는 자동차를 공유하는 움직임이 확산됨에 따라 오염성이 낮은 페인트 개발에 주력해 발수‧발유성을 장기적으로 지속할 수 있는 시제품을 완성한 것으로 알려졌다. 진흙, 먼지 등 오염을 물로 쉽게 씻어낼 수 있는 특징을 바탕으로 유지보수가 필요 없는 페인트로 제안할 방침이다.

 

타이어, 해석기술 고도화로 CASE 대응
타이어 분야에서는 MaaS(Mobility as a Service)를 실현하는 CASE에 대한 대응이 이루어지고 있다.
타이어 생산기업들은 안전, 수명, 경량, 저연비, 정숙, 라이프사이클에 걸친 환경부하 저감 등을 CASE 시대에 필요한 요소로 파악하고 기술 개발을 가속화하고 있다.
브리지스톤(Bridgestone)은 친환경형 신소재 SUSYM을 본격 보급하기 시작했다. SUSYM은 천연고무 수준의 강도와 내구성을 보유하고 있어 사용량을 억제할 수 있으며 재생이 가능한 것으로 파악되고 있다.
스미토모고무(Sumitomo Rubber)는 성능지속 기술과 고기능성 바이오매스인 CNF를 이용한 저연비 타이어를 개발해 차세대 타이어 개발 콘셉트의 주요 기술을 응축상품으로 출시했다.
타이어 생산기업들은 해석‧분석기술을 고도화함으로써 소재 개발을 뒷받침하고 있다.
SRI는 고무 물성 추정 등에 응용할 수 있는 AI(인공지능) 기술 Tyre Leap AI Analysis를 확립했다. 타이어 원자재, 고무 내부구조 정보 등을 이용해 사용 전후의 구조 변화를 판독함으로써 사용 후 물성을 추정할 수 있는 시스템이다.
도요타이어(Toyo Tire)는 타이어 개발정보를 축적‧공유하는 데이터베이스에 AI 기술을 도입해 운용을 시작했으며 개발 리드타임을 몇 개월 단위로 단축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
IoT(사물인터넷)에 따른 타이어 주변 서비스도 사업화 준비도 활발히 이루어지고 있다.
타이어는 공기압, 온도 등의 정보를 제공하는 공기압 경보장치(TPMS)가 중요해지고 있다. TPMS는 일반적으로 휠에 부착하나 타이어 내부에 장착함으로써 더욱 많은 주변정보를 취득할 수 있기 때문이다.
브리지스톤은 TPMS를 발전시킨 센서를 타이어 내부에 장착함으로써 타이어와 노면이 닿은 부분의 변형을 계측해 독자적으로 개발한 알고리즘으로 하중 및 마모 상태를 추정하는데 성공했다. 콘티넨탈(Continental)은 노면 상황을 감지할 수 있는 센서를 실용화했으며 요코하마고무(Yokohama Rubber)도 개발하고 있는 것으로 알려졌다.
 스미토모고무는 IoT 개발기업과 협력해 레벨4 자율주행 자동차의 타이어 공기압 모니터링에 성공했으며 요코하마고무와 2020년부터 법인용 서비스 제공을 시작할 방침이다. 요코하마고무는 Alps Alpine과 제휴하고 있다.

 

합성‧천연고무, 차세대 자동차용 신소재 개발 활발
자동차용 고무 가공기업들은 독자적으로 개발한 신소재 및 신제품의 차세대 자동차 적용을 추진하고 있다.
Toyota Gosei는 의료, 서비스 로봇용으로 투입하고 있는 e-Rubber를 자동차용 디바이스에도 활용할 방침이고, Sumitomo Riko는 Smart Rubber의 자동차부품 적용에 성공해 2020년부터 양산을 시작할 계획이며, NOK는 점토와 같이 떼어낸 후 뭉쳐 틈을 메우는 신규 열전도성 소재 Tran-Q Clay를 개발해 차세대 전동자동차에 대한 적용을 목표로 상품화를 추진하고 있다.
Toyota Gosei는 고분자 가교부분에 자유이동성을 부여함으로써 독특한 특성을 만들어내는 Sling-Ring Material을 e-Rubber에 도입해 가볍고 강도, 내구성, 유연성이 뛰어나며 출력 및 응답이 빠른 특징을 창출했다. 2019년 가을에는 e-Rubber를 구동기구에 채용한 심장수술 훈련 시뮬레이터와 서비스 로봇용 플래스틱제 로봇핸드를 발표했다.
유연한 소재를 이용해 보행자에 대한 충격흡수, 주행상황에 따른 차체 변형, AI 융합을 통한 사람과 자동차의 커뮤니케이션 등 미래 콘셉트를 소형 자동차 FlesbyⅢ에 적용했고 몇년 안에 생산라인을 설치하는 등 사업체제를 확립할 방침이다.
Sumitomo Riko의 Smart Rubber는 독자적인 소재기술에 따라 고무 특유의 유연성을 유지해 반복적인 신축에도 전도성이 변화하지 않는 특징이 있고, 검출회로를 개발한 Alps Alpine과 시스템 확립을 추진하고 있다. 자율주행 레벨2 및 레벨3 대응제품으로 제안할 방침이다.
NOK는 실리콘수지에 알루미나를 배합해 Tran-Q Clay를 개발했다. 열전도율은 2.8와트/미터‧켈빈으로 유연하고 끈적거리지 않아 임의의 형태로 쉽게 성형할 수 있으며 내열성 및 절연성이 우수해 울퉁불퉁한 전자기판, 모터모듈 등에 적용할 계획이다.

 

IoT‧AI 활용 개발‧생산 핵심에 효율화
자동차는 전기구동, 자율주행 기술 실용화의 영향으로 파워트레인이 다양해짐과 동시에 전장장치 및 시스템이 급속도로 고도화되고 있으며 운전지원 시스템을 비롯한 첨단기술이 적용됨으로써 코스트가 올라가 생산성 향상이 요구되고 있다.
자동차기업들은 플랫폼 공통화 등을 통해 설계‧개발방법을 효율화함과 동시에 IoT 등을 통한 생산 고도화를 추진하고 있다.
차체구조 공통화도 진전돼 다이하츠자동차(Daihatsu Motor)는 2019년 6월 경차 및 소형차용 신기술 CNGA를 발표했다.
경차를 시작으로 B 세그먼트까지 커버함으로써 75% 이상의 부품 및 사양을 공통화한 범용라인을 도입해 설비투자를 약 30% 감축할 계획이다.
도요타(Toyota Motor)는 TNGA, 닛산자동차(Nissan Motor)는 CMF, 마쓰다는 Skyactiv-Vehicle Architecture를 개발해 자체적으로 운영하고 있으며 앞으로도 계속 부품 공통화가 가속화될 것으로 예상되고 있다.
스바루(Subaru)는 엔진부품 가공공정의 연삭가공 품질을 향상시키기 위해 2019년 12월 AI 모델을 활용한 실증실험을 오이즈미(Oizumi) 공장에서 시작했고, 닛산은 2020년 차세대 자동차 콘셉트 Nissan Intelligent Factory를 도치기(Tochigi) 공장에 도입했다. T형 포드가 최초로 출시된 이후 자동차 조립라인의 기본으로 계승된 노동집약형 생산방식에서 벗어나기 위한 것이다.
자동차 개발‧생산기술 혁신은 소재 및 부품에도 영향을 미칠 것이 확실시되고 있다.
닛산이 철계 몸체(Body)와 플래스틱제 범퍼를 동시에 도장하는 시스템을 확립하기 위해 저온경화기술을 응용한 수계 페인트를 개발하는 등 신소재 대체 움직임도 확대되고 있다.