지속 가능한 섬유 기반 미래차 소재·부품 개발 동향
윤석한 섬유 PD | 한국산업기술기획평가원(KEIT) 섬유탄소나노실 양병진 섬유솔루션 부문장(수석) | 한국생산기술연구원(KITECH) 산업용섬유기술센터
<목차>
0. 요약
1. 개요
2. 미래차 소재·부품 시장 및 정책 전망
3. 섬유 기반 미래차 소재·부품 개발 동향
4. 시사점
출처 및 참고자료
0. 요약
소프트웨어 정의 차량(SDV; Software–Defined Vehicle) 기반의 자율주행기술과 전력 기반 동력장치를 활용한 새로운 운송 시스템과 관련 산업 생태계를 미래모빌리티라고 정의한다. 자동차·철도·선박·소형 운송 장치와 디지털기술(자율주행, 무인체계, 로봇)이 결합하면서 광범위한 이동 생태계 전반을 혁신하는 수단으로 의미가 확장되고 있다. 미래모빌리티로의 전환과 함께 최근 섬유 기반의 자동차 소재·부품 개발은 전력 효율성 개선을 위한 경량화, 차량 냉난방 사용에 따른 열 차단 및 단열 성능 확보, 탑승자의 쾌적성 확보를 위한 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능 개선에 초점을 맞추어 진행되고 있다. 주요 선진국을 중심으로 친환경 트렌드와 기후 위기에 대응 방안으로 미래차 분야에서도 탄소중립 실현을 위한 환경 규제를 강화하고 있다. 대표적으로 EU는 ELV(End–of–Life–Vehicle) 규정을 통해 차량용 소재·부품의 자원 순환성을 높이기 위하여 설계 단계부터 재사용·재활용뿐 아니라 재생 원료 사용이 가능한 제품 설계를 단계적으로 의무화하고 있다. 미래모빌리티 시장에서는 에너지 효율 향상, 경량화, 저전력화 기술과 함께 선진 시장의 환경 규제와 무역장벽에 대응할 수 있는 자원 순환성 확보가 필수적이다. 이를 위하여 지속 가능한 섬유 기반 소재·부품 기술에 대한 적극적인 지원이 필요한 상황이다. 본고에서는 미래모빌리티 분야 섬유 기반 자동차 소재·부품의 정의, 등장 배경, 시장 전망, 개발 사례를 정리하여 전반적인 기술 개발 동향을 공유하고자 한다.
1. 개요
지속 가능한 미래차용 소재·부품은 자동차산업의 생태계 전환과 선진 시장의 환경 규제 및 무역장벽 강화에 대응하기 위하여 지능화, 친환경화, 경량화, 기능화 방향으로 연구 개발이 추진되고 있다. 섬유 소재 기반의 자동차 소재·부품은 탑승자의 쾌적성을 확보하고 차량의 주행 효율을 향상시키기 위하여 냉난방 에너지 효율성을 높이는 단열&경량화 부품·소재, NVH 성능이 향상된 흡차음 부품·소재 중심으로 연구 개발이 진행되고 있다.
탄소중립(Carbon neutral), 친환경(Eco–Friendly), 자원 재활용(Recycling of resources)과 같이 환경 문제와 관련된 친환경 소재·부품 개발이 시장 트렌드로 자리 잡으면서 자동차 관련 규제 및 무역장벽이 강화되는 추세다. EU를 중심으로 차량의 순환성을 확보하기 위한 ELV(End–of–Life–Vehicle) 규정을 강화하였고, 폐자동차의 재활용 의무화 비율을 강제하는 방향으로 2024년 법규 발효 예정이며, 2030년부터 생산되는 모든 신차에 의무 적용이 예정되어 있다. 미래모빌리티 차량의 주행 효율을 향상시키기 위하여 냉난방 에너지 손실을 저감하는 단열 부품·소재의 필요성이 강조되고 있다. 전기를 동력원으로 사용하는 차량의 경우 냉난방 시스템을 운영하기 위하여 10~30% 감소하는 것으로 알려져 있다. 고온 외부 환경에서 전달되는 열을 효과적으로 차단하고, 차량 실내의 난방 에너지 손실을 최소화할 수 있는 고효율 단열 소재 개발의 필요성이 높아지고 있다.
2. 미래차 소재·부품 시장 및 정책 전망
- 유해가스 배출량이 많아 환경 유해성이 높은 것으로 인식되고 있는 내연기관 자동차를 대체하는 미래차 분야는 기존 완성차 시장의 저성장 기조 속에서도 높은 수준의 성장세를 유지하고 있다. 2030년 미래차 시장은 전기차, 수소차, 자율주행 자동차 분야의 혁신을 바탕으로 시장 성장을 견인할 것으로 예상된다.
- 친환경 자동차는 지속적으로 성장하여 2030년에 전체 완성차의 약 20%를 점유하고, 전기차는 전체 자동차 생산의 18% 수준으로 성장할 것으로 예상된다. 블룸버그는 글로벌 시장에서 전기차의 판매 비중이 2037년에 내연기관차를 넘어설 것으로 예상하고 있다. 또 2040년에는 중국, 미국, 유럽 등의 시장에서 경차의 56%, 중형차의 31%가 전동화될 것으로 전망했다.
- 친환경 자동차: 하이브리드(HEV; Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차(BBEV; attery Electric Vehicle), 수소자동차(FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle) 등
- 글로벌 시장의 성장과 함께 국내 완성차 시장도 미래차 중심의 안정적인 시장 성장을 예상하고 있다. 전후방 산업과의 연계성이 높은 자동차산업의 확장성을 활용하여 국내 미래차 산업 생태계의 경쟁력을 강화하는 방향으로 연구 개발dl 진행 중이다. 친환경 자동차 시장의 국내 생산 규모는 2020년 전기차 14만 대와 수소차 약 1,500대에서 각각 연평균 20.0%와 8.1%로 성장하여 2030년에는 전기차 87만 대와 수소차 3,300대 규모가 될 것으로 전망된다.
- 현대자동차는 2026년까지 전기차 판매 목표를 84만 대(전체 차량 판매의 17%), 2030년까지 187만 대(전체 판매 차량의 58%)로 설정하고 지속적인 시장 확대를 위하여 노력하고 있다.
- 유럽 시장에서 48만 대(전체 판매 차량의 69%), 한국 시장에서 29만 대(전체 판매 차량의 58%), 기타 시장에서 57만 대를 판매할 계획임
- 2030년 판매 목표를 달성할 경우 현대자동차의 글로벌 전기차 시장점유율은 2021년 3% 수준에서 2030년 7% 수준으로 상승할 것으로 예상된다. 특히 미국에서의 시장점유율은 11%, 유럽에서의 시장점유율은 6%까지 성장할 것으로 기대되고 있다.
- 폐자동차의 재활용 의무화 비율을 강제하는 유럽의 ELV 규정은 2024년 법규 발효 예정이며, 2030년부터 생산되는 모든 신차에 관련 의무 적용을 예고했다. EU는 ELV 규정을 바탕으로 재활용 원자재 사용 의무를 설정하고(72개월 후) 차량 순환성 여권제도 도입(84개월 후)을 검토 중이다. 발효 후 72개월 후부터는 자동차 부품·소재에 재활용 원자재 사용 의무를 설정하도록 하고 있다. 특히 플라스틱에 대해서는 신차 생산 단계에서 소비자가 사용하고 폐기한 재활용 플라스틱을 최소한 25% 이상 사용하도록 의무화하고 있다. 84개월 후부터 EU 권역에서 출시되는 모든 차량에 대하여 차량 순환성 여권제도를 도입할 계획이며, 해당 여권 관련 사항은 향후 EU 집행위원회 시행령을 통하여 입법화될 것으로 예상된다.
- 세계 최대 소비 시장인 중국과 한국 및 일본의 완성차 업체를 비롯한 화학 소재 업체들의 성장으로 인하여 자동차용 경량 부품 시장의 49.6%를 아시아 업체가 점유하고 있다. 자동차 친환경·경량화 부품은 BEV(Battery Electric Vehicle) 시장을 바탕으로 경량 소재 부품의 급격한 시장 성장을 견인할 것으로 예상된다.
3. 섬유 기반 미래차 소재·부품 개발 동향
- 최근까지 첨단 소재와 디지털기술 융합을 중심으로 진행되던 글로벌 완성차 업체들의 기술 경쟁 방향이 변화하고 있다. 단순한 전기차나 수소전기차 등 친환경 자동차를 제조하는 것을 넘어 차량 제작 시 친환경 에너지를 사용하고, 자동차 소재·부품에 천연 소재나 재활용 소재를 적극적으로 적용하고 있다. 탄소배출 저감을 넘어 차량의 생산과 사용, 폐차, 재활용 등 생애 주기(LCA; Life Cycle Assessment) 전반에 걸쳐 친환경성을 고려한 기술 개발이 주목받고 있다.
- 볼보는 2025년까지 신차 내장 소재의 25%를 천연 유래 바이오 소재와 재활용 소재로 전환한다는 목표를 제시했다. 올해 생산되는 전기차에는 재활용 PET, 천연 유래 바이오 소재, 와인산업에서 재활용된 코르크를 활용한 직물을 개발하여 내장 소재로 적용할 예정이다. 제품 생애 주기와 디지털여권제도에 대응하기 위하여 재활용 자원의 유통 과정을 추적할 수 있는 블록체인기술 기반의 플랫폼 시스템도 개발을 완료했다.
- 천연섬유를 활용해 고성능 경량 소재를 개발하는 스위스 기업 비컴프와 기술 제휴를 바탕으로 지속 가능한 친환경 소재를 미래차용 소재·부품에 확대 적용하기 위한 기술 개발을 진행 중이다. 지난해 공개한 순수 전기 콘셉트 차량인 ‘볼보 콘셉트 리차지’의 하부 수납공간, 헤드레스트, 언더커버 등에 아마(flax) 합성 소재를 적용했다. 또 시트 등받이와 헤드레스트, 스티어링 휠의 일부에는 북유럽에서 확보한 바이오 소재인 ‘노르디코(Nordico)’를 적용했다. 일반 가죽을 자동차 내장 부품·소재로 적용했을 때보다 노르디코 적용 시 이산화탄소 배출량이 74% 감소한다고 보고되었다.
- 메르세데스–벤츠는 2039년까지 차량 전체 생애 주기에 걸쳐 탄소중립적인 차량 라인업을 구축하겠다는 계획을 발표했다. 올해 공개한 순수 전기 콘셉트 차량인 ‘비전 EQXX’에도 스타트업 기업에서 개발한 바이오 소재를 폭넓게 사용했다. 도어 손잡이는 생분해되는 바이오매스 섬유로 만들어졌고, 시트 제작에는 버섯과 선인장으로 만든 인조 가죽, 바닥 매트는 생산량이 우수하고 재활용이 가능한 대나무 섬유를 적용했다.
- BMW는 신규 출시한 전기차 SUV ‘iX’의 인테리어 내장 소재로 천연 올리브잎 추출물을 코팅 후 태닝 공정을 진행한 가죽을 적용했고, 바닥재는 폐어망을 재활용하여 만든 나일론 원사를 사용했다. iX 차량 한 대당 60kg의 재활용 플라스틱이 사용되었고, 자체 알루미늄의 50%를 쓰레기 처리 과정에서 추출한 재활용 소재로 제작했다. 다양한 친환경 리사이클 소재 도입을 통해 iX 한 대의 생산 과정에서 발생하는 탄소 발생량이 동급 내연기관차보다 45% 감소한 것으로 보고되었다.
- GM은 친환경 소재 개발과 적용을 위한 자체 탄소배출 관리 솔루션을 개발하고 있다. 현재 생산 중인 자동차는 물론 생산 과정에서 사용되는 소재·부품 전반에 대하여 친환경 전략을 수립하여 적용하고 있다. 전기트럭 제조사인 리비안에서는 실내 좌석에 환경 부담이 완화된 친환경 인조 가죽 ‘비건 레더’를 인테리어 소재로 활용하고 있다.
- 현대자동차그룹은 2000년 초부터 자동차 소재·부품으로 활용이 가능한 친환경 소재 개발을 지속적으로 진행했다. 2016년 아이오닉 일렉트릭의 내장재에 목재 섬유질 함유 비율을 향상시킨 바이오 플라스틱을 사용했고, 시트에는 유칼립투스 나무 추출물로 만든 텐셀 원단을 적용했다. 2018년에는 수소차 넥쏘의 실내 마감재 대부분에 바이오 플라스틱을 적용하여 탄소중립 및 환경 규제에 대한 대응 기술 확보를 위해 노력하고 있다.
- 현대자동차그룹은 ELV 규정에 대응하기 위하여 사용 후 페트병 등 폐자원 재활용 기술을 활용한 차량용 소재·부품 관련 기술 개발을 진행 중이다. 신규 출시 된 아이오닉6는 사용 후 폐기된 폐타이어 재활용 도료와 천연 유래 식물성 원료를 복합화한 도료를 사용하여 내외장을 도색했으며, 친환경 가죽과 재활용 플라스틱 원단을 인테리어용 내장 소재로 사용했다. 사탕수수에서 추출한 바이오 플라스틱을 활용한 대시보드, 바이오 PET 원단으로 제작된 헤드라이너, 폐어망 재활용 원사로 제작한 바닥재 등 다양한 방향에서 탄소중립 대응 소재를 개발하여 실차에 적용하고 있다.
- 기아의 전용 전기차인 EV6는 한 대당 500ml 페트병 75병 분량의 재활용 소재를 사용했다. 도어 트림, 도어 스위치, 크래시 패드는 유채꽃, 옥수수 등 식물에서 추출한 바이오 오일 성분을 이용한 도료를 적용했다. 또 사탕수수, 옥수수 등에서 추출한 바이오 성분 원사를 활용하여 제작된 원단을 시트 지지체로 사용했다. 아마 씨앗 추출물을 활용해 나파 가죽 시트를 개발했으며, 도어 포켓과 매트는 폐플라스틱을 재활용한 소재로 제작되었다. 이러한 부품·소재 개발을 바탕으로 EV6는 국내 자동차 업계 최초로 ‘제품 탄소발자국 인증’(영국)을 취득했다.
- 현대자동차 제네시스는 전동화 모델을 중심으로 친환경 소재 적용을 확대하고 있다. 제네시스의 첫 전기차 G80 전동화 모델은 가구 제작 공정에서 발생하는 폐목재를 활용하여 제작된 ‘포지드 우드’ 장식이 적용되었고, 천연염료와 재활용 PET 원사로 만든 친환경 원단을 가죽시트에 적용했다.
- 현대차그룹의 핵심 부품 협력사인 현대트랜시스는 친환경 트렌드에 부합하는 소재와 제조 공정, 성형 공정 등 다양한 방향에서 관련 기술 개발을 추진하고 있다. 천연 유래 바이오 원료, 재생 소재, 재활용 소재를 활용해 자원 순환성을 확보하고, 동시에 주행 효율성 향상을 위한 경량화 기술을 적용하여 새로운 개념의 친환경 내장 소재를 개발했다.
- 석유계 고분자 소재를 대체하기 위하여 천연 소재(옥수수와 피마자 열매)에서 추출한 바이오매스 원료를 사용하여 시트 커버와 폼을 개발했다. 사용 후 폐기 단계에서 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx), 이산화탄소 배출이 적은 바이오매스 소재의 적용 분야 확대를 위해 핵심 소재·부품 대체 기술을 연구하고 있다.
- 방오 성능이 우수한 현대트랜시스의 실리콘 원단은 천연 광물자원인 석영에서 원재료를 추출하여 만든 친환경 제품이다. 바이오매스 소재를 활용하고 친환경 난연제를 적용한 인조가죽, 유해 물질을 저감한 친환경 폴리우레탄, 상온 접착 공법 등 다양한 방향에서 안전하고 친환경적인 소재와 제조 공정을 개발하고 있다.
- 현대트랜시스는 미래모빌리티 자율주행 콘셉트 시트에 친환경 소재를 적용하여 밀라노 디자인 위크와 리니아펠레 국제가죽박람회에서 공개했다. 탄소중립에 대한 사회적 요구와 윤리적 소비, 친환경 자동차의 확산에 대응하기 위해 폐가죽으로 만든 재생 가죽 원단, 제조 과정 중 발생하는 잔유물을 활용한 위빙(weaving) 소재를 중심으로 내장 부품·소재를 개발하여 실차에 적용했다.
- 자동차 1대에는 2만여 개의 부품이 사용되며, 사용 후 폐기되는 자원의 순환성 확보를 위하여 가방과 운동화 등 의류 제품을 비롯하여 생활용품, 포장재, 산업용 원자재 등으로 부가가치를 높여서 재활용하는 업사이클 기술이 주목받고 있다. 자동차에서 발생하는 금속 부품은 대부분 재활용되지만, 가죽시트와 에어백, 안전벨트 등 내장 부품은 대부분 폐기되었다. 이러한 폐기물의 활용도를 높이기 위하여 업사이클링 기술을 바탕으로 다양한 분야의 응용 제품 개발이 진행되고 있다.
- 스위스의 프라이탁(Freitag)은 자동차 폐기물 업사이클 분야의 대표 기업으로 인식되고 있다. 트럭의 방수포, 자동차의 에어백, 안전벨트를 활용하여 다양한 패션의류 제품을 생산하고 있다. 사용 후 폐기되는 방수포나 천막을 활용하여 가죽을 대체하는 원단으로 활용하고, 폐자동차의 안전벨트를 가방끈으로 활용한다. 재료 선별 및 재단, 봉제 과정이 100% 수작업으로 제조되어 차별화된 패션 아이템으로 소비자의 주목을 받고 있다.
- 국내 기업 트레드앤그루브(TREDNGROOVE)는 사용 후 폐기 단계에서 대표적인 환경 오염 제품으로 분류되는 폐타이어를 활용하여 신발 제품으로 개발해 냈다. 사회적 기업 모어댄의 컨티뉴(Continew), 코오롱FnC의 래코드(RE:CODE)는 가죽시트, 안전벨트, 에어백을 활용하여 가방, 지갑 등의 패션 아이템을 제작·판매하고 있다.
- 스웨덴의 프리미엄 전기차 브랜드인 폴스타(Polestar)는 2022년 ‘폴스타 오투 콘셉트(Polestar O2 Concept)’를 통해 자동차 내장 부품의 모든 레이어(layer)가 동일 소재로 생산되고, 이를 활용해 부품을 설계·제작하는 단일 소재 방식(Mono–material approach)의 제조 공정을 제안했다. 이종 소재 분리의 작업 효율성과 재활용 소재의 부가가치를 향상시켜 자동차의 순환 자원화에 기여할 것으로 예상된다.
4. 시사점
미래모빌리티는 SDV(Software–Defined Vehicle) 기반의 자율주행기술과 전력 기반의 BEV(Battery Electric Vehicle)가 결합하면서 인류가 경험하지 못한 새로운 미래 사회를 구현할 것으로 예상된다. 삶의 편리함에서 나아가 새로운 라이프스타일과 혁신적인 주행 환경을 제공하기 위하여 차량용 소재·부품에 대한 다양한 연구 개발이 진행되고 있다. 자율주행기술의 발전에 따라 차내 공간 탑승자의 쾌적성을 확보하고 전력 기반 주행 효율을 개선하기 위한 소재·부품 개발이 활발하게 진행되고 있다. 차량 외부에서 전달되는 열을 효과적으로 차단하고 차량 실내 난방 에너지 손실을 최소화할 수 있는 경량화 단열소재 개발과 차내 공간의 활용성을 강화하기 위한 흡차음 소재 개발이 주목받고 있다. EU를 중심으로 차량의 순환성을 확보하기 위한 ELV(End–of–Life–Vehicle) 규정이 제안되고, 플라스틱 재생원료(r–plastic) 25% 목표, 재활용 원자재 사용 의무, 차량순환성 여권제도 등의 세부 규정이 단계적으로 발효 예정인 상황이다. 국가의 주력 산업인 자동차산업의 경쟁력 강화를 위하여 정부 차원의 정책적 지원과 자원 순환 생태계 구축에 대한 적극적인 투자가 필요한 상황이다. 우리 사회의 지속 가능성을 확보하기 위하여 탄소중립, 친환경, 자원 재활용 기술과 결합된 자동차 소재·부품 연구가 주목받고 있다. 강화되는 선진 시장의 환경 규제와 무역장벽에 대응하기 위하여 자동차 자원 순환 생태계를 구축할 수 있는 리사이클, 바이오 소재, 에너지 효율성 관련 원천기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 미래차 소재·부품의 글로벌 공급망 환경 변화와 주요국의 정책 변화에 대응하기 위하여 국내 완성차 업체와 주요 중소 협력업체, 관련 학계의 유기적인 협력을 통한 대응 기술 개발이 필수적이다.
출처 및 참고자료
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