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[J Report] 살 빠졌네, 요즘 차


국민대 이성욱(자동차공학) 교수팀과 자동차부품 업체인 동서공업의 임규철 부장은 지난 1년 내내 ‘엔진용 피스톤 다이어트’ 씨름을 했다. 최근 두 사람은 제품 모양을 비대칭으로 바꿔 기존 296g이던 피스톤 1개의 무게를 265g으로 줄이는 데 성공했다. 현대자동차 쏘나타에 이 회사에서 만든 피스톤 4개가 들어가니까 ‘겨우’ 120여g을 줄이기 위해 1년을 투자한 셈이다. 임규철 부장은 “자체 연구 기간까지 더하면 2~3년은 된다”며 “성능을 개선하면서 무게를 줄이는 것이 가장 큰 숙제”라고 말했다.

 가볍게, 더 가볍게-. 자동차 업체들의 ‘몸무게 줄이기 경쟁’이 뜨겁다. 1974년 첫 출시됐을 당시 폴크스바겐 골프는 무게가 780㎏에 불과했다. 이후 에어백·에어컨·오디오 등 보조장치가 추가되면서 크기는 비슷하지만 무게는 두 배로 불었다. 하지만 최근 10년 새 고강도 다이어트를 추진해 7세대 모델은 이전보다 ‘100㎏ 감량’에 성공했다. <그래픽 참조>

 자동차 다이어트는 연비 경쟁이 치열해지고 미국·유럽(EU)·일본을 중심으로 환경 규제가 강화되면서 본격화되고 있다. EU는 대당 140g(1㎞ 주행 기준·2010년) 수준인 이산화탄소 배출량을 2020년 95g으로 감축하라는 방안을 내놨다. 이 기준을 맞추지 못하면 초과 g당 95유로의 벌금을 내야 한다. 미국은 2020년 이산화탄소 배출 기준을 113g으로 정해놓았다.

 한국 정부도 구체적인 차량 연비·배출가스 규제 방안을 조율하고 있다. 이성욱 교수는 “배기가스 기준을 통과하기 위해선 차체를 가볍게 하는 것이 가장 효과적인 해결책”이라며 “구조설계 변경과 신소재·공법 적용을 통해 경량화를 추진하고 있다”고 설명했다. 보통 차량 무게가 100㎏ 늘어나면 ㎞당 이산화탄소 배출량은 11g가량, 연료 소비량은 5~8mL가량 늘어나는 것으로 알려져 있다.

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 신소재로는 강철로 만들어진 자동차용 강판을 대체할 탄소섬유가 주목받는다. 기존 강판 구조(흰 뼈, Body in White) 대신 ‘까만 뼈’로 불리는 검은 차체(Body in Black) 시대가 다가온 것이다. 탄소섬유는 강철과 비교해 무게는 4분의 1에 불과하지만 강도는 10배 이상 강하기 때문이다.

 BMW가 지난달 국내 출시한 i3에는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 차체가 쓰였다. i3에 CFRP가 들어간 것은 전기차 무게가 기존 내연기관 차량보다 훨씬 무겁기 때문이다. 전기차는 엔진 대신 전기모터와 배터리로 작동하는데, 리튬이온 배터리는 무게가 500㎏가량 된다. 묵중한 배터리를 얹고 강철 차체를 쓸 경우 공차 무게가 2000㎏에 이를 수 있다. CFRP 덕분에 공차 무게를 1300㎏으로 줄였다.

 마그네슘·알루미늄 등을 적용하는 비중도 늘고 있다. 메르세데스-벤츠가 2012년 말 국내 출시한 SL63 AMG는 양산 모델 중 처음으로 차체 전체를 알루미늄으로 제작한 것으로 유명하다. 알루미늄 차체 무게가 256㎏으로 기존 모델과 비교해 110㎏가량 가벼워졌다.

 포르쉐 역시 신형 카이맨의 차체 중 바닥·문·트렁크 등 44%를 알루미늄으로 만들었다. 포르쉐코리아 관계자는 “신차 개발 때부터 알루미늄·마그네슘 같은 경량 금속을 우선 사용하고, 꼭 필요한 부분에만 강철을 쓴다는 게 원칙”이라고 설명했다. 아우디는 경량화 해법을 마그네슘에서 찾았다. 아우디코리아 관계자는 “소형차 A3의 변속기(트랜스미션)와 대부분의 차량 대시보드·스티어링 휠에 철보다 30% 이상 가벼운 마그네슘을 적용하고 있다”고 말했다.

 플라스틱 소재도 쓰임새가 확대되고 있다. 내열성·내구성이 뛰어나고 단단하면서도 강철 무게의 6분의 1에 불과한 폴리아미드가 대표적이다. 랑세스코리아 한상훈 이사는 “폴리아미드는 차량 앞쪽의 프런트엔드, 엔진 오일팬, 브레이크 페달 등에 쓰이고 있다”며 “현재 차량 구성품의 15%인 합성수지 비중은 10년 안으로 20%까지 늘어날 것”이라고 내다봤다.

 신소재는 경량화 성능은 검증받았지만 비싼 가격이 걸림돌이다. 자동차조사 전문업체인 CAR에 따르면 차체의 알루미늄 비율을 10% 높일 경우 연비는 3~4% 개선된다. 다만 일반 자동차 강판 대비 알루미늄은 5~6배, 탄소섬유는 10배 이상 비싼 것이 문제다.

 그래서 대중차인 폴크스바겐은 값비싼 소재 혁신 대신 구조 개혁을 선택했다. 이 회사는 ‘대중차’인 7세대 골프를 개발하면서 신소재를 쓰지 않고 고강력 강판 사용을 대폭 늘린다는 원칙을 세웠다. 2012년 출시된 골프는 전자·엔진·구동장치 등에서 각각 3·22·26㎏을 줄였다. 골프의 감량에는 신선한 발상이 돋보인다. 가령 운전석 계기판 옆 대시보드는 열가소성 수지 발포제를 샌드위치처럼 플라스틱 사이에 주입해 400g을 줄이는 성과를 얻었다. 폴크스바겐 측은 “자동차 각 부분 배치 및 구성 요소를 혁신한 결과”라고 말했다.

 자동차 전문가인 중앙대 이남석 교수는 “환경과 자원 등의 문제 때문에 결국 10~20년 후 자동차 차체는 강철 비중을 최소화하고 다양한 신소재를 쓰는 방향으로 갈 것”이라며 “이런 추세에 맞춰 신소재를 최소 비용으로 도입하는 업체가 미래 자동차 시장을 주도할 수밖에 없다”고 전망했다.

조혜경·이상재 기자
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‘북한의 급변사태와 안정화 전략’을 주제로 북한학 박사를 받았다. 국방연구원 안보전략연구센터ㆍ군사기획연구센터와 고려대학교 아세아문제연구소 북한연구센터에서 군사ㆍ안보ㆍ북한을 연구했다. 2016년부터는 중앙일보에서 군사ㆍ안보 분야 취재를 한다.