자동차 소재는 전기자동차(EV) 보급을 타고 다양한 방면에서 고도화되고 있다.
자동차산업은 2020년 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 사태로 한동안 가동을 중단하는 등 상당한 타격을 받았으며 2021년 들어서도 마이크로 칩 공급부족으로 유럽‧아시아 공장이 정상적으로 가동하지 못하는 등 생산 차질이 게속되고 있다.
글로벌 자동차 판매대수는 2020년 상반기에 3626만대로 전년동기대비 17.1% 급감했고 봄철 이후 중국의 상황이 호전됐으나 2020년 전체적으로는 역성장을 피하지 못한 것으로 파악되고 있다.
2021년에도 코로나19 확산이 여전하고 3차에 이어 4차 팬데믹(Pandemic: 세계적 대유행)으로 이어지고 있으며, 반도체 부족까지 겹쳐 큰 폭의 회복을 기대하기 어려운 상태이다.
하지만, 유럽을 중심으로 세계 각국이 친환경 정책을 펼치며 전기자동차를 포함한 친환경 자동차 전환에 속도가 붙고 있어 관련 소재 개발이 활성화되고 있다.
여기에 리사이클 바람이 거세게 불면서 자동차용 화학소재도 바이오화가 불가피하고 리사이클에 대응해야 하는 방향으로 움직이고 있다.
2030년 내연기관 자동차 판매금지 앞두고…
세계 각국은 휘발유, 경유 등 내연기관 자동차에 대한 규제를 강화하는 한편으로 전기자동차에 대해서는 보조금을 지급하는 등 정책적 우대 대책을 펼치며 친환경 자동차 전환에 속도를 내고 있다.
세계 최대 자동차 시장인 중국 뿐만 아니라 유럽, 북미도 2030년 이후 내연기관 자동차 판매를 금지할 계획이고 일본은 2050년 목표로 설정한 탄소중립과 탈탄소사회 실현을 위해 2030년대 중반까지 전기자동차와 플러그인하이브리드자동차(PHEV) 등 전동자동차(xEV)가 전체 자동차에서 차지하는 비중을 100%로 확대하겠다는 목표를 세우고 있다.
이에 따라 자동차기업들의 개발 경쟁에 속도가 붙고 있다.
현대자동차는 전기자동차 플랫폼 E-GMP를 활용해 2025년까지 23종에 달하는 새로운 차종을 출시할 계획이다. 아이오닉5는 1회 충전당 최대 400km 주행이 가능하고 초고속 급속충전기를 사용하면 18분만에 80% 충전할 수 있는 것으로 알려졌다.
현대자동차는 2021년 국내에서 2만6500대, 세계적으로 7만대 이상 전기자동차 판매 목표를 설정한 가운데 5000만원대에 공급함으로써 테슬라(Tesla)가 23%를 차지하고 있는 글로벌 전기자동차 시장에서 영향력을 확대할 방침이다.
일본 도요타자동차(Toyota Motor)는 2020년 12월 연료전지자동차(FCV) 미라이(MIRAI)의 풀체인지 모델을 공개했다. 플로어 터널의 공간을 활용해 수소 탑재량을 4.6kg에서 5.6kg으로 확대했고 연료전지 승압 컨버터에 SiC(탄화규소) 반도체를 채용했을 뿐만 아니라 2차전지로 LiB(리튬이온전지)를 도입함으로써 연비를 약 10% 향상시켰고 주행거리도 약 850km로 기존 모델에 비해 30% 정도 개선했다.
스마트기술, 자동차 전동화 타고 “고도화”
자동차는 다양한 스마트 기술을 채용함으로써 고도의 전동화, 통신, 자율주행 등을 실현하고 있다.
특히, 전동화는 2030년까지 세계 각국이 순수 휘발유 자동차 판매를 금지할 것으로 예상되면서 많은 관심을 받고 있고, 5G(5세대 이동통신)를 포함해 자동차 범용통신(V2X)과 자율주행을 위한 첨단 반도체 개발도 활성화되고 있다.
휘발유 자동차 판매가 금지되면 전기자동차 보급이 확대돼 다양한 부품 수요가 창출될 것으로 기대되고 있다.
모터용 코일은 스미토모전기(Sumitomo Electric)와 후루카와전기(Furukawa Electric) 등 기존의 전선 생산기업들이 설비투자를 확대하고 있다.
자동차용 2차전지가 대용량화되면서 SiC 파워반도체의 자동차 탑재가 진행되고 있으며 독일 인피니온(Infinion), 롬(Roam)에 이어 미츠비시전기(Mitsubishi Electric)도 대용량 충전기를 중심으로 SiC 부품을 개발에 박차를 가하고 있다.
V2X 분야에서는 유럽의 eCall이 두각을 나타내고 있으며 통신기기 표준 탑재가 시작되면서 중장기적으로 5G 이용이 시작될 것이라는 기대 아래 도코모(Docomo)와 도요타자동차, 닛산(Nissan)이 협업하는 등 통신과 자동차의 협력이 확대되고 있다.
보안 문제를 해결하기 위해서는 르네사스(Renesas Electronics) 등이 반도체부터 소프트웨어까지 모두 제안하고 있고 UL이 인증제도를 정비하며 국제적인 규격 제정도 본격화되고 있다.
자율주행은 정보처리가 중요하기 때문에 카메라 인식 기술과 초음파, 라이다(LiDAR) 등 여러 센서를 융합하는 센서 퓨전이 주목받고 있다.
NXP Semiconductor와 자일링스(Xilinx), 엔비디아(NVIDIA) 등 유럽‧미국 메이저들이 자동차 탑재 분야 개척에 나서고 있으며, 삼성전자는 원칩 라이다를 출시하는 등 센서 집약 및 코스트 저감을 위한 개발 경쟁이 치열해지고 있다.
배터리, 하이니켈화에 실리콘 상용화까지…
배터리는 자동차용 시장이 급성장하고 있다.
세계 각국이 친환경 정책을 펼치며 전기자동차, 플러그인하이브리드자동차 등 친환경 자동차 보급이 가속화되고 있기 때문으로 앞으로도 성장세를 계속할 것으로 예상된다.
친환경 자동차는 대부분 LiB를 채용하고 있으며 전기자동차 코스트의 절반을 차지하고 있는 배터리 조달비용을 낮추기 위해 배터리 생산기업에 출자하거나 합작투자에 나서고 있다.
배터리 생산기업들은 전기자동차가 휘발유 자동차와 동일한 수준의 주행거리를 확보해야 보급에 속도가 붙을 것으로 예상됨에 따라 고용량화에 주력하고 있다.
양극재는 NCM(니켈‧코발트‧망간) 513이 주류를 이루었으나 하이니켈화가 진전되며 NCM811로 발전됐고 최근에는 NCA(니켈‧코발트‧알루미늄) 채용을 시작했다. 니켈 비중을 높이는 동시에 코스트 부담이 큰 코발트의 비중을 낮추거나 아예 사용하지 않는 움직임도 눈에 띄고 있다.
음극재는 현재 카본계가 주류를 이루고 있으나 이론상 용량이 10배에 달하는 실리콘(Silicone)계도 주목받고 있으며 열화를 막기 위한 다양한 기술개발이 진행되고 있다.
차세대 배터리로 부상한 전고체전지는 2020년대 초반 상용화될 것으로 예상된다.
전해질을 액체에서 고체로 전환함으로써 성능을 높이고 안전성을 극대화한 배터리이나 상용화 단계에는 진입하지 못해 2030년 보급이 시작될 것으로 판단된다. 자동차용으로는 황화물계 채용이 유력하며 도요타자동차가 개발을 주도하고 있다.
내연기관 자동차에 사용된 납축전지 역시 충전성 향상 및 충‧방전 사이클 수명을 연장하는 흐름이 자리를 잡고 있다.
하지만, 시동용이나 아이들링 스톱 자동차용 배터리는 LiB로 대체되고 있고 유럽이 의무화하며 중국에서도 채용이 시작된 eCall(긴급통보시스템) 백업 전원용 배터리도 1차전지 뿐만 아니라 2차전지 사용을 확대하고 있어 2차전지 중심으로 성장하는 구도에는 변함이 없을 것으로 판단된다.
앞으로 ADAS(첨단 운전지원시스템), 자율주행 등이 정착되며 자동차 1대당 센서 탑재량이 급증할 것으로 예상되는 가운데 센서 백업 전원을 1곳에 집중시키기 위해서는 고용량 배터리가 필수적이기 때문에 고온 환경에서도 안전하게 구동할 수 있는 배터리 개발도 가속화되고 있다.
디스플레이, LG‧삼성이 OLED 전환 견인한다!
자동차용 디스플레이는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 전환이 가속화되고 있다.
자동차용 OLED 디스플레이는 일부 사이드뷰 디스플레이와 콘트롤러, 클러스터, 센터 인포메이션 플레이(CID) 등에 채용되고 있다.
LG전자는 2020년부터 미국 제너럴모터스(GM)의 캐딜락 에스컬레이드 신모델에 P-OLED 기판으로 제조한 디지털 콕핏 시스템을 공급하고 있다. P-OLED 디스플레이가 디지털 콕핏 시스템에 탑재된 것은 세계 최초이며, P-OLED의 유연성을 살려 운전석을 감싸는 형태의 곡면 디스플레이로 완성한 것이 특징이다.
삼성전자는 2017년 미국 자동차부품 메이저 하만(Harman)을 인수하고 디지털 콕핏 시스템 개발에 착수했으며 고급차종을 중심으로 OLED 전환에 나서고 있다. 
자동차 디스플레이는 대형화되며 평면으로 제조하기 어려워짐에 따라 곡면화를 실현할 수 있는 OLED 수요가 증가하고 있다.
JOLED는 인쇄공법 OLED로 자동차용을 개척하고 있다. 그동안 모니터를 중심으로 한 중형패널 시장에 집중했으나 자동차 용도도 수요를 발굴하고 있다.
반면, OLED 전환 트렌드에도 불구하고 자동차는 안전성을 유지하는 것이 가장 중요하기 때문에 신뢰도가 높은 LCD(Liquid Crystal Display) 채용을 계속하는 자동차기업도 있을 것으로 예상하고 LCD 공세를 강화하는 디스플레이 생산기업도 등장하고 있다.
샤프(Sharp)는 운전자에게 주의를 환기시켜야 하는 자율주행 상황에 맞추어 LCD로 초고휘도 알림 기능 탑재에 주력하고 있다. 뒤판에 소비전력이 낮은 IGZO를 채용함으로써 높은 수준의 휘도를 실현한 것으로 알려졌다.
다만, 자동차에서 디스플레이의 면적이 넓어지면서 디스플레이 자체의 반사나 프론트 유리에 비치는 현상 등은 해결해야 할 과제로 부상하고 있다.
덱세리얼즈(Dexerials)는 반사방지 필름으로 디스플레이의 색감을 통일시키면서 반사 문제를 해결하고 있다. 디스플레이 소재로 수지, 유리 등 서로 다른 종류를 채용하는 사례가 늘어나며 통일성이 떨어지는 문제가 제기되고 있으나 덱세리얼즈의 필름으로 전체 디스플레이 면을 덮음으로써 디자인성을 살리고 있다.
후지필름(Fujifilm)은 기존의 사생활 보호 필름을 자동차용으로 발전시키고 있다. 후지필름이 개발한 필름을 채용하면 디스플레이 화면이 유리에 반사되는 것을 막을 수 있고 조수석 탑승자가 운전석을 방해하지 않으면서 영화를 감상할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
PP, 일본이 차별화 통해 시장 장악한다!
자동차용 범용수지 가운데 사용량이 가장 많은 PP(Polypropylene)는 일본이 글로벌 시장을 장악하고 있다.
일본은 최근 중동, 아시아 신증설 열풍을 타고 해외제품이 유입되면서 가격 경쟁이 심화될 것에 대비해 생산설비 갱신(S&B: Scrap & Build)에 나서고 있으며 해외기업이 따라잡을 수 없는 높은 신뢰성과 품질로 차별화하기 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
Japan Polypropylene(JPP)은 2021년 1월 이치하라(Ichihara) 플랜트의 슬러리 공법 PP 7만톤 생산라인 가동을 중단했다. 이에 따라 JPP는 PP 라인 가운데 슬러리 공법을 100% 폐쇄했으며 모두 경쟁력이 우수한 기상공법 호라이즌 프로세스로 전환했다.
JPP는 2019년 가시마(Kashima) 플랜트의 슬러리 공법 10만5000톤 가동을 중단한데 이어 이치하라 플랜트에 호라이즌 공법 15만톤 라인을 건설하며 호라이즌 공법 전환을 선언한 바 있다.
호라이즌 공법은 공정이 간단하고 장치도 적으며 고무 성분을 다량 함유해 내충격성이 우수한 PP를 안정적으로 생산할 수 있는 것으로 알려졌다.
프라임폴리머(Prime Polymer)는 그동안 연기했던 치바 플랜트 S&B 프로젝트를 2021년 재개한 것으로 알려졌다.
최근 자동차용을 중심으로 샘플을 출하하고 있는 박막‧고강성 그레이드 생산을 위해 신규 라인을 건설할 계획이며 앞으로 전기자동차 보급을 타고 차체 경량화 니즈가 더욱 확대되면서 가볍고 강성이 우수한 PP 수요가 증가할 것으로 예상하고 프로젝트 재개를 결정했다.
PP를 얇게 제조하기 위해서는 유동성을 높여야 하고 강성 개선을 위해서는 PP 특유의 입체규칙성을 높여야 해 지글러나타(Ziegler–Natta) 촉매 활용에 주력하고 있다.
친환경 니즈가 확대되고 있는 가운데 리사이클과 사용량 감축(Reduce)에 영향을 미칠 수 있는 기술 개발에도 주력하고 있다.
PP 컴파운드 시장에서 글로벌 메이저와 시장을 양분하고 있는 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)은 2020년 일본, 미국에 이어 중국 광둥성(Guangdong) 공장에서도 GFPP를 생산설비를 도입했다. 수지계 백도어의 GFPP(Glass Fiber Reinforced PP) 전환이 가속화될 것으로 예상하고 선제 대응을 강화하고 있다.
GFPP는 유리섬유를 높은 농도로 혼합함으로써 강도나 강성은 그대로 유지한 채 EP(엔지니어링 플래스틱)보다 무게를 더 줄일 수 있는 방향으로 발전하고 있다.
열경화성 수지, 페놀수지 중심 용도 개척 가속화
열경화성 수지는 내열성이 우수해 열가소성 수지로는 대응할 수 없는 분야에서 채용이 증가하고 있다.
열가소성 수지는 녹인 다음에도 여러 번 사용할 수 있는 반면 열경화성 수지는 한번 열을 가해 가교하면 다시는 용해되지 않는 것이 특징이고, 내열성 뿐만 아니라 전기특성, 기계적 강도 모두 열가소성 수지보다 앞선 것으로 평가되고 있다.
열경화성 수지 가운데 기구‧부품 등에 다량 사용되고 있는 페놀수지(Phenolic Resin)는 스미토모베이클라이트(Sumitomo Bakelite)가 성형제품으로 가공해 주로 브레이크 피스톤용으로 공급하고 있다.
스미토모베이클라이트는 신규 용도 개척에도 속도를 내며 브레이크 하우징 개발에 성공했고 2020년에는 독일 프라운호퍼(Fraunhofer)연구소와 페놀수지 하우징 및 에폭시수지(Epoxy Resin) 스테이터를 조합한 직접 수랭 일체형 수지 모터를 개발했다.
금속을 대체해 경량화 효과를 얻을 수 있고 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 수로를 형성해 냉각 성능을 개선함으로써 모터 고성능화나 소형화에도 영향을 미칠 것으로 기대하고 있다. 
높은 수준의 치수안정성을 갖춘 성형소재인 SiON은 알루미늄 다이캐스트 대체용으로 투입하고 있으며 연결 금속부품 대신 사용할 수 있다는 강점을 살려 일체성형을 통한 공정시간 단축을 강조하고 있다.
페놀수지는 RCS(Resin Coated Sand)를 사용해 주물을 제조할 때도 투입하고 있다.
아사히유키자이(Asahi Yukizai)와 군에이케미칼(Gunei Chemical)은 주물 제조용으로 작업환경을 개선하고 결과적으로 공정시간을 단축할 수 있는 고기능제품을 개발하고 있으며 해외시장 개척에도 나서고 있다.
컴포지트 소재도 금속을 대체하는 용도로 주목받고 있다.
최근에는 강화소재로 탄소섬유(Carbon Fiber)나 유리섬유를 사용한 수지를 합침시킨 컴포지트가 주목받고 있으며 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 대부분 에폭시수지를 사용하고 있는 가운데 요구 특성에 따라서는 UPR(Unsaturated Polyester Resin) 등 다른 열경화성 수지를 사용하고 있다.
SMC(Sheet Molding Compound)는 자동차 외판과 난연성 시험을 통과해 배터리 박스 등에 채용되고 있으며 복잡한 형상을 쉽게 제조할 수 있다는 강점을 살려 공급을 확대하고 있다.
EP, 경량화 플러스 알파 기능 노려라!
EP는 자동차 경량화를 위한 필수 소재로 부상하고 있다.
기계적 특성과 성형가공성 등 전체적으로 우수한 물성을 조화롭게 갖춘 PBT(Polybutylene Terephthalate)는 ADAS 관련 시장에서 채용 확대가 기대되고 있으며, PBT를 활용해 미끄럼 방지 타이어와 전자파 흡수 타이어도 생산되고 있다.
내열성, 내약품성, 기계적 강도 등을 갖춘 PPS(Polyphenylene Sulfide)는 히트사이클과 내전압이 우수한 그레이드가 개발돼 PCU(파워 컨트롤 유닛)이나 냉각부품, 회전센서, 콘덴서 케이스 채용을 기대하고 있다.
습동성이 우수한 POM(Polyacetal)은 VOCs(휘발성 유기화합물) 저감 그레이드가 다양한 분야에 투입되고 있고, PC(Polycarbonate)는 수지창
(글레이징) 등 신규 용도에서 영향력을 확대하고 있다.
가솔린 자동차의 엔진 주변에 사용됐으나 전기자동차 보급이 진전되며 수요가 감소할 것으로 예상되는 PA(Polyamide)는 내장소재, 범퍼 등 다른 용도에서 수요를 발굴하고 있다.
저유전 등 전기특성이 우수한 LCP(Liquid Crystal Polymer)도 전동자동차 용도에서 주목받고 있다. 주로 통신 용도로 투입될 것으로 기대되며 전기자동차 파워반도체 분야 적용도 추지하고 있다.
연료전지자동차용 수소탱크 분야는 PA 생산기업들이 제안을 가속화하고 있고, 전기자동차용 고용량 LiB 주변부품 용도로는 PBT, PPS, 변성 PPE(Polyphenylene Ether)를 제안하고 있다.
EP 생산기업들은 경량화 뿐만 아니라 연결성(Connected), 자율주행(Autonomous), 공유(Shared), 전동화(Electrification) 등 자동차의 CASE 트렌드와 차세대 전동자동차 실현에 영향을 미칠 수 있는 내약품성, 치수안정성, 고인성, 난연성 등 플러스 알파 기능 발굴에 주력하고 있다.
최근에는 여러 부품을 용접해 모듈화하기 위해 수지를 채용하는 움직임이 확대되고 있어 성형방법을 포함해 솔루션을 개발하고 시장점유율 제고에 총력을 기울이고 있다.
바이오 플래스틱, 차체 경량화 핵심소재로…
바이오 플래스틱은 최근 자동차부품 적용이 확대되고 있다.
바이오 EP는 원료를 화석 베이스에서 식물 베이스로 전환한 것은 물론 기존 폴리머를 능가하는 성능과 기능을 갖추었다는 강점이 평가받으며 외장용 디자인 부품에 채용되고 있다.
바이오 플래스틱은 2002년 PLA(Polylactic Acid)가 본격적으로 투입된 이후 종류가 다양해지고 있다.
자동차부품 용도로는 2003년 도요타자동차가 라움(Raum)의 스페어타이어 커버에 도레이와 공동 개발한 PLA‧케나프(Kenaf) 복합소재를 도입하며 채용을 시작했고, 이후 다른 자동차기업들도 앞다투어 PLA 함유 바이오매스 플래스틱 도입에 착수했다.
최근에는 마쯔다(Mazda)가 CX-5 프론트 그릴에 미츠비시케미칼의 바이오 EP를 채용한 것으로 알려졌다. 미츠비시케미칼의 바이오 EP는 내충격성, 내열성 등이 일반적인 EP보다 우수하며 안료를 배합함으로써 도장 부품보다 우수한 색감을 연출할 수 있어 도장 공정 생략에 영향을 미치고 있다.
DSM은 2020년부터 바이오 및 리사이클 베이스 원료를 사용할 수 있는 PA46 제안을 강화하고 있다.
UPM Biofuels, 사빅(Sabic)과 함께 확립한 프로세스로 생산하고 있으며, 에틸렌(Ethylene) 이후 공정은 기존 방식을 그대로 사용할 수 있어 소재 물성에 변화가 없고 수요기업이 신제품을 따로 설계하거나 생산공정을 변경할 필요 없이 바로 적용할 수 있다는 강점이 부각되고 있다. 체인 텐셔너, 베어링 게이지, 에어덕트 등에서 채용이 가능할 것으로 기대되고 있다.
도쿄(Tokyo)대학은 종이 펄프를 원료로 제조한 초고내열성 플래스틱인 PBI(Polybenzimidazole)를 생산할 수 있는 프로세스를 개발했다.
바이오 PBI는 강도, 경량성이 우수해 다양한 용도에서 채용이 기대되며, 특히 내열성이 월등한 수준으로 우수하고 대부분의 경량금속 융점에서 분해되지 않기 때문에 경량금속과 용융해 복합화하는 용도 사용이 가능하고 자동차 경량화 관점에서 중요한 차체 무게 감축을 가능하게 할 것으로 예상된다.
탄소섬유, CFRP 적용 확대 기대된다!
탄소섬유는 일본이 최초로 개발했으며 도레이(Toray), 테이진(Teijin), 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical) 등 일본기업들이 글로벌 시장을 장악하고 있다.
뛰어난 강도를 갖추었고 최근에는 일반 금속이나 플래스틱 등 등방성을 갖춘 소재와 달리 이방성으로 우수한 강도나 강성을 확보한 CFRP가 주목받고 있다.
CFRP 채용을 위해 맞춤형 설계가 필요하다는 과제가 있으나 자동차부품의 무게를 파격적으로 줄일 수 있어 채용 범위가 확대되고 있다. 1980년대부터 경주용 자동차에 채용된 후 1990년대에 슈퍼카에 투입되는 등 다양한 럭셔리 차종에 활용되고 있다.
경량화 효과 뿐만 아니라 탄소섬유 특유의 디자인성이 높은 평가를 받고 있으며 양산 차종 중에서는 BMW의 전기자동차 모델인 i3에 대량으로 채용되며 관심이 집중되고 있다.
자동차기업들은 아직까지 100% 탄소 자동차 등 CFRP를 대량으로 사용하는 자동차를 설계하는 대신 금속, 플래스틱과 함께 적재적소에 CFRP를 투입하는 방향으로 개발을 진행하고 있다.
그러나 지구온난화 해결이 시급해지면서 저연비화가 요구돼 차체 경량화 니즈가 더욱 확대될 수밖에 없어 CFRP 적용 범위가 크게 늘어날 것으로 예상된다.
탄소섬유 최대 메이저인 도레이는 가격이 낮은 라지 토우(Large Tow) 뿐만 아니라 고품질 레귤러 토우(Regular Tow)까지 생산할 수 있다는 강점을 살려 자동차 시장에서 공세를 강화하고 있다. 레귤러 토우로는 연료전지자동차 수소탱크 등 차체 이외 용도에서 영향력을 확대하고 있다.
미츠비시케미칼은 새로운 열가소성 수지를 매트릭스화한 CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic) 생산을 위한 파일럿 플랜트를 2021년 완공할 계획이다. 현재 주류를 이루고 있는 열경화계 CFRP보다 양산성이 우수한 소재를 개발하고 있으며 탄소섬유의 적용 범위를 대폭 확대할 것으로 기대하고 있다.
테이진은 유리섬유계 GFRP를 티어1(Tier 1)에게 공급하고 있으며 탄소섬유 사업에서도 채용을 늘려가고 있다. 2020년 말 포르투갈 공장에 CFRP 부품 성형을 위한 신규설비를 도입했고 글로벌 자동차기업으로부터 확보한 채용실적을 활용해 새로운 프로젝트를 다수 추진하고 있다.
알루미늄, 경량화 솔루션으로 영향력 확대
알루미늄은 전동차 보급을 타고 위상이 높아지고 있다.
무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 열전도성을 활용하면 배터리 케이스나 전장 모듈 등에 활용할 수 있어 신규수요가 창출되고 있고, 최근에는 자동차 1대당 알루미늄 채용량이 증가하고 있다.
알루미늄 생산기업들은 자동차부품 공급은 물론 솔루션 제공으로도 사업영역을 넓히고 있다.
일본 최대 알루미늄 메이저인 UACJ는 나고야(Nagoya) 공장에 설치한 모빌리티 테크놀로지 센터를 통해 설계개발 및 선행개발 기능을 집약시키고 자동차부품 일체 개발체제를 완성했다.
알루미늄을 중심으로 소재 솔루션을 창출하고 소재의 고기능화는 물론 새로운 생산‧가공기술 개발에 주력하고 있으며 철과 수지 등을 복합화하는 이종소재 접합기술도 개발하고 있다. 또 2020년 가동한 후쿠이(Fukui) 공장의 자동차 패널 생산라인과 연동해 시장 개척에 박차를 가하고 있다.
일본경금속(Nippon Light Metal)은 소재‧설계‧가공을 모두 실시할 수 있는 토탈 솔루션을 제공하고 있다.
친환경 자동차용 배터리 냉각 플레이트는 그룹 차원에서 소재부터 열 해석, 성형가공, 접합, 조립기술 등을 모두 개발하고 있으며 일본에서 거둔 채용실적을 바탕으로 중국시장도 개척하고 있다. 
쇼와덴코(Showa Denko)는 솔루션 제안을 통해 채용을 가속화하고 있다. 2020년 일본 자동차기업이 출시한 소형 전기자동차의 배터리용 냉각부품으로 채용된데 이어 2022년 양산 예정인 SUV(스포츠유틸리티자동차) 모델의 하부 단조부품에도 채용이 결정됐다.
후쿠시마(Fukushima) 알루미늄제품 평가센터를 중심으로 합금 설계부터 단조제품의 압출 및 시험제품 개발, 시험평가 기능 확충 등도 진행하고 있고, 앞으로 협력기업과 함께 대형부품 개발 대응체제를 갖추고 새로운 수주에 집중할 계획이다.
자동차용 고무, 연료전지자동차 채용을 목표로…
자동차용 고무 생산기업들은 연료전지자동차 성장을 주시하고 있다.
연료가스로 사용하는 수소는 분자량이 작아 누출되기 쉽고 가연농도 범위가 넓으며 색이나 냄새가 없어 발견이 어려움에 따라 관련 부품에 요구되는 성능이 높아지기 때문이다.
고무 가공기업들은 기술 우위성을 확보할 수 있는 영역으로 연료전지자동차 시장에 집중하고 있다.
도요다고세이(Toyoda Gosei)는 연료전지자동차용 고압 수소탱크를 개발해 도요타자동차의 신형 미라이의 고압 수소탱크용으로 공급하고 있다. 수소 투과를 방지하는 수지 라이너와 CFRP, GFRP 등을 복합화시켜 약 70MPa로 압축한 수소에도 견딜 수 있는 강도를 갖추었으며 강도가 높은 탄소섬유를 채용해 카본층을 최소화했고 수소질량 효율을 약 10% 향상한 것으로 알려졌다.
미에(Mie) 공장에서는 수지 라이나 성형, 용착부터 CFRP와 GFRP 필라먼트 와인딩까지 일괄적으로 실시하고 있다.
스미토모리코(Sumitomo Riko)는 연료전지 탱크에 탑재하는 셀용 개스킷을 생산해 도요타자동차의 초기 미라이에 공급했고 각종 방진고무와 수소탱크에서 연료전지 탱크로 수소를 공급하는 수소 호스 분야에도 채용되고 있다.
셀용 개스킷은 연료전지 스택에 적층된 330장의 셀마다 탑재하며 영하의 온도부터 영상 100도까지 넓은 온도영역에서 보호 기능을 발휘할 뿐만 아니라 신소재 적용으로 고내구성까지 확보하고 있다. 연료전지 스택은 자동차 뿐만 아니라 건설‧산업용 기계, 철도, 발전장치 등 광범위한 분야에서 적용이 기대되고 있다.
고무는 앞으로 기술적으로 진화하며 연료전지자동차의 성능 향상과 코스트 다운 등 생산성 향상에 영향을 미칠 것으로 예상된다.
페인트, 라이다 검출 대응 본격화한다!
자동차용 페인트는 최신 트렌드에 대응할 수 있도록 다양한 개발이 진행되고 있다.
레이저 광을 대상물에 조사한 다음 반사된 빛으로 거리를 측정하는 광센서 기술인 라이다는 자율주행 자동차의 안전한 주행을 보장하는 기술로 주목받고 있다.
페인트 생산기업들은 라이다로 검출 가능한 페인트 개발에 주력하고 있다. 다만, 적외선 반사가 약하고 검출 정확도가 떨어지는 블랙 등 어두운색 페인트는 과제가 많은 것으로 파악된다.
Axalta Coating Systems은 흑색 페인트에 특수한 표면처리를 실시한 카본블랙(Carbon Black)을 사용함으로써 어느 각도에서든 반사율 10% 이상 확보에 성공했다.
간사이페인트(Kansai Paint)는 2021년 개발한 블랙팬서(Black Panther) 색상을 통해 10% 이상의 반사율을 실현했고 담흑색만의 디자인성까지 확보했다. 알루미늄 등 광휘안료를 배합한 검은색은 회색으로 보일 수 있으나 간사이페인트는 회색과 경계가 불분명한 이펙트 블랙 영역을 정의한 다음 도색방법을 연구해 성공했다.
일본페인트(Nippon Paint)는 은(Ag)을 금속산화물로 평판형 플레이크를 배합해 클리어 반사효율을 높이는 톱코트 클리어를 개발하고 있다. 개발에 성공한다면 차체 색상에 구애받지 않고 라이다 대응이 가능할 것으로 기대하고 있다.
지속가능 트렌드도 페인트 생산기업들의 개발 주제로 주목받고 있다.
차체 도장 공정은 완성차 생산라인에서 많은 공간을 차지하며, 특히 건조에 많은 에너지가 소요되기 때문에 지속가능성을 향상시키기 위해 도장 공정을 줄일 것이 요구되고 있으며, 우레탄(Urethane) 페인트용으로 저온경화형 소재를 제안하는 페인트 생산기업이 등장했다.
고에이케미칼(Koei Chemical)이 개발한 반응활성이 높은 촉매와 함께 사용하기 좋은 블록 이소시아네이트(Isocyanate)로 구성된 1액 시스템은 일반적인 블록제의 해리온도인 섭씨 150도의 절반 수준인 80도에서도 경화가 가능한 것으로 알려졌다.
아사히카세이(Asahi Kasei)도 저온경화 블록 이소시아네이트를 개발하고 있으며, NOF 역시 이산화탄소(CO2)를 원료 일부로 사용하고 저온에서 경화가 가능한 모노머를 제안하고 있다.
페인트 생산과정의 지속가능성을 향상시키기 위해서는 수계화도 진전되고 있어 다양한 방면에서 페인트 생산기업과 소재 분야의 협업이 가속화될 것으로 예상된다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)
