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車 탄 탄소섬유, 연 20%대 고속 질주

최종수정 2014.11.21 13:39 기사입력 2014.11.21 13:39

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[아시아경제 백우진 기자, 조강욱 기자] 탄소섬유가 자동차 경량화 소재로 쓰이면서 이 첨단소재에 대한 수요가 급증할 것으로 전망된다.

세계 1위 탄소섬유 제조업체인 일본 도레이는 2020년에 세계 탄소섬유 시장이 지난해의 3.4배 이상인 14만t으로 확대될 것으로 예상한다. 연간 19%씩 급성장한다는 전망이다.
이는 자동차 분야 수요를 일부만 반영한 것이다. 기술혁신으로 탄소섬유가 저렴해져 자동차 소재로 널리 활용되는 시점이 앞당겨지면 시장 규모가 이보다 빠르게 성장하게 된다.

BMW 전기차 i3의 차체. 사진=블룸버그

BMW 전기차 i3의 차체. 사진=블룸버그


◆비용 낮추는 연구 활기= 최근 니혼게이자이(日本經濟)신문은 최근 탄소섬유 분야 기술개발이 부쩍 활기를 띠고 있다고 보도했다. 이 분야 연구ㆍ개발(R&D)은 두 갈래로 진행 중이다. 첫째는 탄소섬유 제조비용을 낮추는 것이고 둘째는 탄소섬유를 성형하는 등 가공해 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 만드는 비용을 줄이는 쪽이다.

일본 업체들은 탄소섬유 제조비용을 줄이는 혁신을 위해 힘을 모으고 있다. 도레이ㆍ테이진(帝人)ㆍ미쓰비시레이온 3개사가 참여해 새로운 성분을 가공하는 신제조공정을 개발하고 있다. 일본은 특히 CFRP 활용 비용을 낮추는 쪽의 기술에서 크게 진척을 보고 있다고 닛케이는 전했다.
탄소섬유가 대중적인 차량의 소재로 채택되려면 CFRP가 ㎏당 1000엔의 문턱을 넘어야 한다고 분석된다. 자동차 제조업체는 이 가격대면 경량화에 따른 높은 연비를 고려하지 않아도 철강 소재 대신 CFRP를 활용하게 된다. 일본 업체들이 기술혁신에 성공해 이 가격대를 달성할 경우 탄소섬유 수요가 폭발적으로 증가하게 된다.

◆BMW 양산차에 처음 활용= 과거 탄소섬유는 값이 수억원인 슈퍼카에나 쓰였다. 탄소차 생산대수도 극히 한정됐다.

독일 BMW가 탄소섬유를 양산 자동차 소재로 처음 활용했다. BMW는 지난해 11월 CFRP를 차체 상부 뼈대에 채택한 전기자동차 i3를 발매했다. 이 전기차는 3개 모델이 있고 국내에서 5750만~6840만원에 판매된다.

BMW는 플러그드인 하이브리드 스포츠카 i8에도 같은 뼈대를 채택했다. BMW i8은 유럽에서 지난 6월부터 소비자에게 인도됐다. 일본 시장에서 9월부터 판매되고 있다. 한국에는 내년 1분기에 선보인다.

BMW는 앞으로도 자동차 구조 소재로 CFRP를 활용할 방침이다. BMW는 자체 수요를 충당하기 위해 미국 워싱턴주 모세레이크에 2010년 독일 탄소섬유 전문업체 SGL그룹과 합작으로 공장을 지었다.

BMW는 지난 5월 미국 탄소섬유 공장의 생산라인을 증설한다고 지난 발표했다. BMW는 신규 생산라인에 2억달러를 투자해 현재 3000t인 연간 생산량을 내년 초까지 9000t으로 늘리기로 했다. 닛케이는 확장된 공장은 지난해 세계시장 규모인 4만1000t의 22%에 이르는 물량을 생산할 수 있다고 설명했다.

자동차 1대에 탄소섬유 50㎏이 들어간다면 연간 생산되는 9000t은 18만대를 만드는 데 쓰일 수 있다. 1대에 탄소섬유 100㎏을 쓰면 9만대 생산에 활용 가능하다.

CRFP를 넣어 제작하면 차체가 가벼워져 에너지 효율이 좋아진다. BMW의 i3는 무게가 1260㎏이다. 전기차가 2차전지 중량으로 인해 무겁다는 점을 고려할 때 가벼운 편이다. 비슷한 크기의 일반 엔진 차량은 1400㎏ 정도라고 닛케이는 설명했다.

◆도레이 2020년 수요까지 대비= BMW가 먼저 시동을 걸고 주로에 나서자 일본 도요타가 따라 나섰다. 도요타가 12월부터 판매하는 연료전지차 미라이에 도레이의 탄소섬유가 채택됐다. 도레이는 도요타와 공동으로 단시간에 열을 가해 성형할 수 있는 탄소섬유수지 시트를 개발해 미라이의 바닥 부품에 활용했다고 설명했다.

일본 도레이가 생산하는 탄소섬유. 사진=블룸버그

일본 도레이가 생산하는 탄소섬유. 사진=블룸버그


도레이는 세계 최대 탄소섬유 제조업체로 최근 미국 보잉과 10년여에 걸친 1조엔 규모의 공급계약을 체결했다. 도레이는 주문 증가에 맞춰 내년 전세계 생산능력을 2012년보다 50% 증가한 2만7000t으로 키울 계획이다. 신규 주문을 반영할 경우 이를 3만5000t으로 늘려야 한다. 이 경우 도레이의 세계시장 점유율은 50%를 넘게 된다.

도레이는 탄소섬유가 항공기에 이어 자동차에도 본격적으로 채택될 것으로 기대하고 있다. 이에 대응하기 위해 2020년까지 내다보고 생산능력 확충 계획을 세웠다. 도레이는 미국 사우스 캐롤라이나에 1000억엔을 투자해 제2 미국 공장을 건설해 2017년에 가동하기로 했다. 제2 미국 공장에 초기 3년 동안 600억엔을 투자해 연간 3000~4000t의 탄소섬유를 생산할 계획이다. 이어 2020년까지 생산라인을 추가해 연간 생산능력을 에히메(愛媛)공장의 8000t과 비슷한 수준으로 끌어올릴 예정이다.

도레이의 탄소섬유 부문 매출은 내년 3월 결산하는 회계연도에 1650억엔으로 이전 회계연도보다 46% 늘어날 것으로 예상된다. 탄소섬유는 도레이 전체 매출에서 8%를 차지한다.

도레이를 필두로 한 일본 업체들은 현재 세계 탄소섬유 생산능력의 89%를 보유하고 있다. 일본 업체들이 세계 탄소섬유 시장의 59%를 차지하고 미국이 24%, 대만 9%, 독일 8%를 나눠갖는다.

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◆효성ㆍ태광산업 등 추격 나서= 국내 화학기업들도 탄소섬유 분야에 잇따라 진출하며 맹추격에 나섰다. 가장 적극적인 곳이 효성이다. 효성은 일본과 미국이 30여년간 독점해온 탄소섬유 시장에서 탄소섬유 탄섬을 개발해 지난해 5월 상업 생산을 시작했다. 탄섬은 우주ㆍ항공, 자동차, 방위산업 등에 사용된다. 효성은 지난 3월과 6월 현대자동차의 콘셉트카 인트라도에 차체 뼈대와 지붕, 사이드 패널을 공급했다. 효성은 2020년까지 1조2000억원을 투자해 연산 1만7000t 규모의 탄소섬유 생산능력을 갖출 계획이다.

태광산업은 국내에서 유일하게 탄소섬유 원료부터 제품까지 수직계열 생산체제를 갖췄다. 2011년 탄소섬유 상업생산 설비 구축을 완료하고 2012년 9월 국내 최초로 상업생산을 시작했다. 울산공장에 연산 1500t 규모의 생산설비를 가동하고 있다.

삼성종합화학, SK케미칼은 외국 탄소섬유 기업과 손잡고 사업에 뛰어들었다. 삼성종합화학은 독일 SGL의 탄소섬유 복합소재를 들여와 국내에서 마케팅과 판매 사업을 벌이고 있다. 향후 국내에 탄소섬유 생산시설을 구축할 계획이다. SK케미칼은 미쓰비시레이온의 탄소섬유 원사를 국내로 가져와 가공? 판매하고 있다. GS칼텍스는 정유공정 잔사유를 활용해 내년중 탄소섬유 상업생산을 시작할 계획이다.


탄소섬유 車 30% 감량, 연비 23% 향상 가능


철강을 주요 소재로 만들어 차체 무게가 1370㎏인 자동차에 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 활용하면 중량을 980㎏으로 400㎏ 줄일 수 있다.
이 때 CFRP는 174㎏ 들어간다. 철강 소재를 584㎏ 덜 넣고 대신 CRFP 174㎏을 쓰는 셈이다. 탄소섬유는 철에 비해 무게는 4분의 1밖에 나가지 않지만 강도가 10배에 달한다.
일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)는 이렇게 차체를 29% 경량화하면 연비가 23% 향상된다고 분석했다.

백우진 기자 cobalt100@asiae.co.kr
조강욱 기자 jomarok@asiae.co.kr
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