세계적으로 자동차 연비규제가 강화하면서 차량 경량화가 글로벌 자동차회사의 시급한 과제로 떠오르고 있다.

자동차회사들은 차의 무게를 1g이라도 줄이는 데 주력하고 있다. 이를 위해서 자동차 무게의 대부분을 차지하는 자동차강판을 조금이라도 가볍게 해야 한다.

11일 자동차업계에서 따르면 자동차회사들은 자동차강판 소재로 철 외에 알루미늄, 마그네슘, 탄소 등 신소재를 차체에 적극적으로 적용하고 있다. 자동차강판 무게를 줄이는 가장 확실한 방법이 소재를 바꾸는 것이기 때문이다.

자동차 무게가 10% 줄면 연료효율성은 3% 좋아지고, 가속성능은 8%, 제동성능은 5% 향상되는 것으로 알려져 있다.

◆ 경량화 소재로 가장 주목받는 알루미늄

알루미늄은 신소재 가운데 가장 주목받고 있다. 알루미늄의 중량은 철의 3분의 1 수준에 그친다.

포드는 2014년부터 픽업트럭 F-150 차체에 알루미늄 소재를 적용하기 시작했다. 이를 통해 차량 무게를 300kg 이상 줄이는 데 성공했다.

포드의 이런 시도는 대중적으로 많이 팔리는 차에 알루미늄을 적용했다는 점에서 주목받았다.

포드의 뒤를 이어 GM, 메르세데스-벤츠, 재규어도 알루미늄을 적용하기 시작했다.

메르세데스-벤츠의 신형 C클래스에도 알루미늄 합금이 외판과 골격에 모두에 적용됐다. 이전모델보다 크기는 커졌지만 무게는 100kg가량 줄었고 차체 강성도 높아졌다.

재규어 역시 신형 XE에 알루미늄 모노코크 차체를 적용했다. 차체의 75%를 알루미늄으로 만들어 연비를 20% 이상 개선했다.

그러나 알루미늄 사용이 보편화하기까지 아직 갈 길이 멀다.

알루미늄의 가격은 철의 3~4배나 된다. 포드 F-150도 평균가격이 2천 달러 정도 인상됐다.

이 때문에 알루미늄은 고급차에 주로 쓰이고 있다. 앞으로 알루미늄의 사용이 늘어나면서 가격도 떨어질 것으로 보는 시각도 있다.

◆ 탄소섬유강화플라스틱, 비싸고 가공 어려운 단점

탄소섬유 역시 신소재로 각광받고 있다. 자동차회사들은 최근 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 주목하고 있다. 탄소섬유는 철의 50%, 알루미늄의 약 80% 수준으로 가벼우면서도 훨씬 고강도다.

BMW는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)를 가장 활발히 적용하고 있다.

BMW는 탄소소재 관련 회사와 합작법인을 설립해 탄소분야에 적극적으로 투자하고 있다. 탄소섬유강화플라스틱을 적용해 지난해 출시한 신형 7시리즈의 무게를 130kg가량 줄이는 데 성공했다. 전기차 i3와 플러그인하이브리드차 i8의 차체에도 탄소섬유강화플라스틱을 적용했다.

르노가 2014년 파리모터쇼를 통해 공개한 콘셉트카 이오랩에도 탄소섬유강화플라스틱이 적용됐다. 이오랩의 연비는 유럽 기준으로 리터당 100km에 이른다.

르노는 탄소섬유강화플라스틱을 통해 차의 무게를 르노의 소형차 클리오보다 400kg나 가볍게 하는 데 성공했다.

그러나 탄소섬유강화플라스틱 역시 가격이 치명적 약점으로 꼽힌다.

탄소섬유강화플라스틱의 가격은 ㎏당 20달러 내외로 철강 1달러, 알루미늄 3달러, 마그네슘 17달러보다 훨씬 비싸다. 슈퍼카나 고급 브랜드가 아닌 대중 브랜드가 감당하기 부담스러운 수준이다.

가공하고 성형하는 데에도 상당한 공을 들여야 한다는 단점도 있다. 탄소섬유강화플라스틱을 양산차에 적용하기까지 많은 노력이 필요하다는 의미다.

◆ 가장 가벼운 금속 마그네슘

마그네슘은 현재 상용되는 금속 가운데 가장 가벼운 금속소재다. 마그네슘 판재는 철강재보다 60%, 알루미늄보다 30%가량 무게를 줄일 수 있다.

포스코가 만든 마그네슘 판재는 지난해 포르쉐 ‘911 GT3 RS’의 지붕에 사용되며 세계 최초로 양산차 지붕에 적용됐다.

포르쉐는 차량경량화를 위해 지붕 소재로 알루미늄과 함께 탄소섬유강화플라스틱도 검토했지만 최종적으로 마그네슘을 선택했다. 마그네슘이 가장 가벼우면서도 얇고 튼튼한 소재이기 때문이다.

마그네슘 소재를 적용하면서 차량 무게가 1420㎏으로 이전모델보다 10㎏ 줄었다 또 지붕이 가벼워지면서 차량의 무게 중심도 낮아져 주행 안정성도 향상됐다.

마그네슘 역시 단점이 있다. 철이나 알루미늄보다 매장량이 제한적이고 부식도 더 잘 된다. [비즈니스포스트 조은아 기자]