미래 자동차 소재산업의 현황과 시사점
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미래 자동차 소재산업의 현황과 시사점
조철
산업연구원
자동차에 들어가는 주요 소재와 수입 의존 현황론
자동차는 다양한 소재가 투입되어 생산된다. 2019년 한국은행 산업연관분석표에 따르면, 자동차 및 자동차부품 생산에 들어가는 총 중간투입비용 중 소재가 차지하는 비중은 26.5%에 달하고 있다. 이 중 플라스틱제품이 28.5%로 가장 큰 비중을 차지하지만, 철강 1차 제품이 22.0%, 금속가공제품이 24.4%, 비철금속 및 1차 제품 등이 7.0%, 금속 주물이 2.1% 등으로 금속 소재가 55.5%를 차지한다. 화학 소재는 플라스틱을 포함하여 고무제품 4.8%, 기타 화학제품 4.5%, 합성수지 및 합성고무 0.9%, 기초화학물질 0.2% 등으로 전체 소재 투입 비용에서 38.9%을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 유리 및 유리제품, 기타 비금속광물제품 등 비금속광물제품은 3%에, 섬유 및 가죽제품 등은 2.3%에 불과하다. 금속가공제품의 비중이 다소 감소하고, 플라스틱제품, 비철금속 및 1차 제품의 비중이 다소 상승한 것을 제외하면 최근 전체적으로 소재의 구성비가 크게 변하지는 않았다. 자동차의 경량화 추세 등으로 플라스틱제품과 비철금속 및 1차 제품의 비중이 다소 상승한 것으로 해석할 수 있다.
철강 1차 제품, 플라스틱제품, 금속가공제품 등 큰 비중을 차지하는 소재들의 국산화율이 매우 높아 자동차용 소재는 수입 비중이 크게 높지 않다. 개별 품목별로 보면, 플라스틱제품의 수입 비중은 0.7%에 불과하고, 금속가공제품도 5.1%로 매우 낮은 수준이며, 철강 1차 제품은 14.6%로 다소 높기는 하지만, 평균을 약간 상회하는 수준이다. 그러나 7%의 비중을 차지하고 있는 비철금속 및 1차 제품은 수입 비중이 63.8%로 매우 높고 최근 큰 폭으로 상승하고 있는 품목이기도 하다. 합성수지 및 합성고무, 기타 비금속광물 등은 자동차용 소재에서 차지하는 비중은 미미하지만, 수입 비중은 각각 82.1%, 63.8%로 매우 높은 수준이며, 이들 역시 수입 비중이 상승하고 있다. 기초화학물질, 고무제품, 유리 및 유리제품 등도 수입 비중이 각각 27.9%, 34.4%, 23.9% 등으로 비교적 높은 수준이다. 이들 중 유리 및 유리제품의 수입 비중만 하락하고 있고 나머지는 상승 추세를 보이고 있다. 결국, 현재 주력 소재는 아니지만 미래차나 차량의 경량화에서 비중이 높아질 가능성이 높은 소재들은 수입 비중이 높고, 수입 의존도가 크게 상승하고 있다.
미래차 전환과 소재의 변화
미래차로의 전환에 따른 소재의 변화는 차량에 새롭게 부가되거나 기존 부품을 대체하는 부품에서 발생하는 소재, 미래차에서도 중요한 경량화 관련 소재, 미래차로 전환되면서 차량 전반의 변화에 부응하여 변하는 소재들로 크게 구분할 수 있다. 최근에는 플라스틱 소재 등이 환경문제를 유발하여 바이오 소재 등으로 전환을 시도하는 소재 자체의 친환경성에 관한 논의도 이루어지고 있다. 미래차 중 가장 대표적인 것이 전기차인데 전기차는 파워트레인과 관련된 부분이 내연기관에서 전기동력으로 전환되면서 배터리 및 모터, 기타 각종 전기장치들이 장착된다. 따라서 배터리 및 모터 등에 사용되는 소재가 중요하게 된다. 또한, 자율주행차나 커넥티드카로 되게 되면, 반도체, 디스플레이, 각종 전자장치 등의 사용이 증가하게 되어 관련 소재의 사용이 증가하게 된다. 이들 미래차와 관련된 부품은 산업 분류상 자동차부품산업에 포함되지 않고 있는데, 그 자체로 중요한 산업을 형성하고 있다. 미래차 소재 중 가장 대표적인 것이 배터리 관련 소재들이다. 배터리에는 음극재, 양극재, 분리막, 전해질 등의 형태로 적용된다. 양극재, 음극재 등을 만들기 위해서는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연 등의 물질이 필요하고, 분리막은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 등의 물질이 소요된다. 한국은행 산업연관분석에 따르면, 2019년 전지를 생산하기 위해 투입되는 중간재 중 소재가 차지하는 비중이 38.1%에 달해 자동차에 비해 크게 높다. 소재 중에서는 소재 전체의 34.3%를 차지하는 비철금속이 가장 크고, 다음으로 기초 무기화학 물질이 22.1%를 차지하고 있다. 그 외 비금속광물제품 8.6%, 비철금속 1차 제품 6.1%, 기타 화학제품 5.6%, 기타 플라스틱제품 4.4%, 플라스틱 1차 제품 4.3%, 기초 유기화학 물질 2.8%, 합성수지 및 합성고무 2.4% 등 다양한 소재들이 사용되지만, 기초화학물질이나 비철금속이 대부분을 차지하고 있다. 전지 생산에 투입되는 중간재는 수입 비중이 자동차에 비해 크게 높은 30.4%를 기록하고 있다. 특히 소재는 수입 비중이 56.8%에 달해 수입 의존도가 매우 높다. 이 중에서도 전체 소재의 22.1%를 차지하는 기초 무기화학 물질은 수입 비중이 92.0%에 달해 거의 수입에 의존할 정도이다. 일정 비중을 차지하는 기타 화학제품이나 플라스틱 1차 제품 등도 수입 비중이 90%를 상회하여 절대적인 수입 의존 소재이다. 가장 큰 비중을 차지하는 비철금속이나 비철금속 1차 제품 등은 각각 39.1%, 55.4%를 차지하여 비교적 높은 수준이며, 기타 비금속광물제품도 48.2%에 달한다. 전지와 더불어 전기차의 중요한 모터의 경우 중간투입으로 들어가는 소재가 기타 철강 1차 제품, 비철금속 1차 제품, 금속 처리 및 가공품, 기타 금속가공제품 등의 비중이 높지만, 대부분 국내 생산이 가능하여 수입 의존도는 비교적 낮은 수준이다.
전기자동차는 배터리의 무게가 차량의 에너지 소모를 크게 하는 요인으로 작용하기 때문에, 에너지 효율을 높이기 위한 경량화는 미래차에서도 매우 중요하며, 이를 위해서는 소재의 경량화가 여전히 강조될 수밖에 없다. 경량화는 차량이나 부품에 알루미늄, 망간 등과 같은 비철금속 소재나 화학 소재 등의 적용, 철강 소재 자체의 경량화 추진 등을 통해 추진되고 있다. 현재에도 여전히 자동차에는 철강 소재의 적용 비중이 높지만, 비철금속 등으로의 전환도 꾸준히 이루어지고 있다. 비용이나 환경문제 유발 등의 문제가 있지만, 금속소재에 비해 경량화에 더 효과적일 수 있다는 차원에서 엔지니어링 플라스틱이나 탄소섬유 등 화학 소재의 활용도 증가되고 있다. 경량 소재로 대체할 수 있으며 차량의 무게를 30% 이상 감소시킬 수 있다고 보고 있다. 알루미늄만 하더라도 철강에 비해 약 40% 경량화가 가능하다. 그러나 알루미늄차체를 적용하는 경우 신규 프레스 설비와 조립 라인 등 대규모 투자가 이루어져야 한다. 예를 들면, 알루미늄은 자성이 없기 때문에 조립라인에 자석 대신 진공펌프로 끌어 올려야 하기 때문에 신규 설비와 생산성 저하 등을 감수해야 한다. 또한 알루미늄 가격은 철강에 비해 3배 이상 높아 비용 부담으로 작용하며, 알루미늄 가공 기술도 확보해야 하는 어려움이 존재한다. 다양한 플라스틱 소재는 차체 전체에 대한 활용보다 다양한 내외장 부품뿐만 아니라 각종 전자 시스템, 연료 시스템, 안전 시스템 등에 활용되어 경량화를 돕고 있다. 탄소섬유복합플라스틱(CFRP)가 자동차 차체에 활용될 수 있지만, 비용뿐만 아니라 공공성이 낮아 적용이 쉽지 않다. 이에 따라 철 소재는 다른 경량 소재 대비 저렴한 가격과 높은 강성으로 여전히 주력 소재로 자리 잡고 있다. 안전 규제가 강화되면서 오히려 활용도가 높아지는 측면이 있는데, 이를 위해 얇은 두께로 동일한 강도를 나타낼 수 있는 고장력 및 초고장력 강판을 경량화의 대안으로 제시하고 있다.
자율주행차 및 커넥티드 자동차가 되면 자동차가 엔터테인먼트, 업무공간 등으로의 역할이 중요하게 되고 이에 따라 내·외장재도 바뀌게 되면서 사용하는 소재도 다양해지고, 소재를 가공한 부품도 소비자의 선호에 따라 다품종 소량으로 되어 소재 가공방식도 3D 프린트와 같은 형태로 전환될 가능성이 높다. 플라스틱 소재는 과거 경량화라는 차원에서 외장재에 주로 활용되었지만, 최근 미래 자동차에서 요구하는 쾌적성이나 인포테인먼트 서비스 등에 대응하기 위해 내장재로서 주목받고 있다. 이에 따라 자동차 경량화 소재 시장은 비교적 빠르게 성장할 것으로 전망되고 있다. 금속경량소재가 연평균 8.2%로 가장 빠르게 성장하고, 플라스틱 소재가 7.7%, 복합소재가 6.3%의 연평균 성장세를 기록할 전망이다.
미래 자동차 소재 정책과 미래 방향
국내 자동차 생산을 위한 소재는 수입 의존도가 높은데, 특히 미래차와 관련된 비철금속이나 화학 소재 등은 수입 의존도가 크게 높은 편이다. 최근 수요가 급증하고 있는 전기차의 핵심부품인 이차 전지의 경우 소재의 해외 의존은 특별히 높은데, 일부 소재는 거의 수입에 의존하는 상황이다. 원자재 수급 문제 등도 있겠지만, 기술적 난이도 등에 의해 선진국 및 선진 기업들이 독점하는 경우도 많다. 이와 더불어 미래 자동차에는 새로운 신소재의 개발 및 적용도 중요한 과제 중 하나다. 특히, 이차 전지 등의 소재는 현재 소요되는 소재들의 공급 애로, 성능의 한계 등으로 차세대 전지 개발과 더불어 차세대 소재 개발에 대한 논의가 활발하게 이루어지고 있다. 차량의 경량화는 차량 전반 및 관련 부품 등에 지속적으로 중요한 과제가 되고 있다. 자동차의 자율화 및 커넥티드화에 따라 자동차의 역할과 구조가 변화되고 이에 따라 자동차 내외장 소재도 바뀌어야 하는 상황에 놓여있다. 결국, 기존에 수입되는 소재를 국산화해야 하는 것뿐만 아니라 미래 자동차를 위한 신소재 개발도 중요한 과제라는 것이다. 따라서 미래 소재의 문제는 차량의 특정 부분 문제가 아니라 자동차 전체의 문제이고, 이것이 자동차의 경쟁력을 결정해주는 중요한 요소가 된다는 것이다. 자동차 소재와 관련하여서는 단순히 소재 개발의 문제가 아니라 개발된 소재를 자동차에 어떻게 적용할 것인가도 중요하다. 이에 따라 소재의 가공기술 등의 개발이 중요하며, 특정 부품 등에 어떤 소재를 적용할 것인가를 결정하기 위해 소재와 관련한 각종 정보도 중요하다.
미래 자동차 소재에 관한 정책은 여러 부문에서 제시되고 있다. 먼저 가장 대표적인 소재 정책은 소재·부품·장비(소부장) 정책이다. 일본의 수출규제 이후 2019년 8월 발표된 ‘소재·부품·장비경쟁력 강화대책’에 선정한 100대 품목이나 2020년 7월에 발표된 ‘소재·부품·장비 2.0 전략’에 제시된 338+α개 폼목에도 미래 자동차 소재가 포함되어 있고, 특히, 이차 전지 등의 미래 소재 개발 등에 많은 관심을 두고 있다. 또한, 미래 자동차 관련 대책에서도 소재에 대해 언급하고 있다. 2019년 10월 발표한 ‘미래 자동차산업 발전전략’에는 핵심 소재·부품 자립도 제고가 주요 정책 제안의 하나였다. 이밖에 미래차 관련 핵심부품의 소재는 관련 부품에 의한 발전정책 등에서 다루고 있다. 2021년 발표한 ‘2030 이차 전지 산업 발전전략’에서는 전극 소재, 고체 전해질 등 차세대 이차 전지 소재 개발과 더불어 기존 리튬이온전지의 초격차 기술력 확보라는 차원에서 하이 니켈 양극재, 실리콘 음극재 등의 소재 개발을 언급하고 있다.
이러한 미래차 소재에 관한 정책들은 대부분 기본이 되는 정책의 부수적인 내용으로 포함되어있지 미래차 소재 전반에 관한 정책이나 전략은 마련되어 있지 않다. 미래차 소재는 차량의 미래차로의 전환에 따라 복잡하고 다양한 생태계가 관여되어 있어서 미래차를 중심으로 한 생태계 전반을 고려하지 않으면 제대로 된 전략이나 정책이 수립되기 힘들다. 이차 전지만 하더라도 단순히 성능만 좋아서는 안 되고, 차량 가격 등에 미치는 영향을 고려하여 저비용 소재 개발도 중요한 과제가 되고 있다. 최근 소재 비용이 삼원계에 비해 낮은 인산철리튬전지를 생산하는 중국이 성능 등에서는 뒤지지만, 가격 경쟁력에 의해 시장 점유율을 높여 나가고 있는 이유이다. 자율화 및 커넥티드화 됨에 따라 자동차업체뿐만 아니라 소비자들의 요구를 수용할 수 있는 내외장 관련 소재 개발이 필요한 상황이 되었다. 이러한 자동차 생태계 전반을 고려하여 종합적인 미래 자동차 소재 발전 전략이 수립되고 이에 따라 세부적인 지원정책이 제시되어야 할 것이다.
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