September 18,2019

2015년에 탄소섬유 승용차 등장…BMW

세계 신산업 창조 현장 (90)

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독일 자동차업체 BMW와 탄소섬유 생산업체 SGL Carbon SE가 탄소섬유 생산을 위해 1억3천700만 달러(한화 약 1천461억 원) 투자를 계획하고 있다고 경제・금융 전문사이트인 마켓워치(MarketWatch)가 최근 보도했다.

SGL Carbon SE은 독일의 대표적인 탄소섬유 생산업체로 2012년 생산 기준 세계 5위 업체다. 두 업체는 앞으로 연간 3천 톤의 탄소섬유를 생산하기 시작해 향후 그 규모를 6천 톤으로 늘려나간다는 계획이다.

알려져 있다시피 탄소섬유란 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 만든 섬유다. 견고한 육각 탄소고리가 끝없이 연결된 실이라고 보면 된다. 강도에 있어 철보다 10배 강하지만 무게는 4분의 1에 불과해 고강도 초경량 미래 소재로 주목받고 있다.

“가벼우면서 튼튼한 놀라운 차 출현”

그동안 독일 정부는 탄소섬유의 시장가치를 높이 평가해 남독일의 뮌헨・아우구스부르크・잉골슈타트 지역과 북독일의 함부르크・니더작센 지역에 탄소섬유강화 복합소재 연구소·생산단지를 조성하고 산・학・연 협력 하에 제품 개발・생산에 주력해왔다.

▲ 내년에 탄소섬유 승용차가 등장할 전망이다. 사진은 BMW에서 생산한 전기차 ‘BMW i3′ 내부 장치. 벌집 모양으로 탄소섬유 복합소재로 만들었다. ⓒwikipedia


BMW와 SGL Carbon SE 간의 합작 생산이 주목을 받고 있는 것은 자동차 등을 통해 탄소섬유 사용이 급속히 대중화되고 있기 때문이다. ‘BMW’는 탄소섬유 복합소재 생산량을 크게 늘려 전기차인 ‘BMW i3’, ‘BMW i8’ 등에 대량 투입할 계획이다. 

이는 곧 탄소섬유로 만든 차가 독일・미국 시장은 물론 세계 전역으로 퍼져나간다는 것을 의미한다. BMW 관계자는 “탄소섬유를 적용할 차는 7개 시리즈 모델로 오는 2015년 말에 시제품을 선보일 계획”이라고 밝혔다.

이 관계자는 “그렇게 될 경우 소비자들은 이전보다 훨씬 가벼우면서, 이산화탄소 배출량을 크게 줄인 놀라운 차를 보게 될 것”이라고 말했다.

그동안 BMW는 탄소섬유 생산에 매우 적극적인 의사를 표명해왔다. 지난 2009년부터 SGL과 공동연구를 진행해왔으며, 수 년 간의 연구를 통해 이미 탄소섬유로 만든 시제품을 제작한 것으로 알려졌다.

자동차 전문지 오토 프레스(Auto Press)에 따르면 현재 기존 가솔린 및 디젤 자동차에 이 탄소섬유를 적용하려는 시도를 하고 있으며 이미 어느 정도 성과를 거둔 것으로 분석되고 있다.

가장 관심을 기울이고 있는 것은 자동차 바퀴에서 타이어를 지지하고 공기압을 유지시켜주는 림(rim)이다. 지금까지 이 림은 무게가 덜 나가는 금속소재로 만들었는데, 소재를 탄소섬유 복합소재로 대체할 경우 놀라운 결과가 예상된다.

탄소섬유 비행기 휠, 현재 막바지 단계

한편 미국 워싱톤에 소재한 SGL Carbon은 ‘보잉 787 드림라이너’ 동체에 탄소섬유 복합소재를 55%까지 적용하려는 공동연구를 진행하고 있다. 소식통에 의하면 이미 비행기 바퀴를 움직이는 셰프트(shaft)와 휠(wheel) 개발을 마친 것으로 알려졌다.

관계자들은 탄소섬유 복합소재로 만든 림의 무게가 이전 금속제품보다 25% 더 가볍다고 말했다. 100% 탄소섬유로 림을 제작한다면 복합소재로 만든 림의 무게와 비교해 10% 더 가벼운 림을 만들 수 있다고 설명하고 있다.

탄소섬유 부상으로 가장 위협을 받고 있는 분야는 철강 산업이다. 향후 탄소섬유와 경쟁할 특수 금속소재 개발에 나서고 있지만 현재로서는 뚜렷한 대체 소재를 찾지 못하고 있는 중이다. 이런 가운데 탄소섬유 시장이 계속 커지고 있다.

포스코경영연구소에 따르면 3만4천500톤이었던 지난 2011년 세계 생산량이 오는 2015년이 되면 7만 톤으로 늘어날 전망이다. 매년 평균 10% 씩 늘어나고 있는 중이다.

지금까지 세계 시장 판도는 일본 기업들에 의해 좌지우지 되고 있다. 도레이, 도호-테낙스, 미쓰비시 레이온 등 3개사 생산량이 세계 전체 생산량의 절반을 차지하고 있다. 선두업체 도레이 제품은 보잉 등 주요 항공사에 납품되고 있다.

일본 업체 강세 속에서 독일의 SGL이 BMW, 한국의 삼성 등과 손잡고 새로운 강자로 부상하고 있다. 도레이 역시 미국에 이어 한국에 자회사를 설립하는 등 생산 공정을 확대하고 있다.

관계자들은 향후 탄소섬유가 골프채 샤프트 등 스포츠기구는 물론 조선, 건축 등의 보강재 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 예상하고 있다. 부분적으로는 풍력발전 터빈 블레이드, 고속철도 차제에서 X선 진단장비 등 의료 분야에까지 적용이 시도되고 있는 중이다.

아직까지 탄소섬유 보급을 가로막고 있는 것은 가격이다. 자동차 강판용으로 대체 사용할 수 있는 탄소섬유 프리프레그 가격은 kg당 12~20달러에 형성되고 있어 자동차용 강판 가격 약 1달러, 알루미늄 약 2달러와 비교해 크게 높은 가격이다.

철강재로 구성된 구조물을 동일하게 탄소섬유 복합제로 사용할 경우 20~40% 무게를 줄일 수 있지만 가격에 있어서는 약 9배가 비싼 것으로 나타나고 있다.

때문에 연료효율이 높은 항공우주산업이나 고가 차 시장에서 사용이 되고 있지만 기술혁신으로 가격이 내려갈 경우 상황이 달라진다. 세계적으로 탄소섬유 가격이 조금씩 내려가고 있는 가운데 철강, 알미늄 등 기존 금속소재 업체들의 불안감이 가중되고 있다.

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