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  • 기사등록 2018-07-12 16:54:41
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탄소복합재, 차·항공·우주 시장 유망


최근 국내의 탄소섬유 국산화 및 탄소벨리구축사업(2011-2015년, 총 1,991억원), 탄소산업클러스터조성사업(2017-2021년, 총 714억)을 통한 탄소복합재 부품 개발 및 제작기술이 연구돼 왔으나, 국내의 탄소복합재 시장규모의 정체성과 시장 미성숙으로 탄소산업발전이 침체돼 있는 실정이다.


이에 반해 일본, 유럽 및 미국 등은 탄소배출규제(CO₂ Emission Regulation)에 대한 대응방안으로 자동차 및 항공, 신재생에너지 분야에 경량 복합재 적용(예, 자동차 100 kg 무게 경량시 CO₂ 20g/km 감소)을 증가시키고, 품질 안정적 대량생산 및 4.0 Industry 자동화 기술을 접목한 one-stop 라인업과 열가소성복합재 개발과 연구에 투자하고 있다.


■ Automation


4차산업 및 스마트 공장( industry 4.0 and smart factory)의 지능형 자동화 로봇 및 시스템의 탄소복합재 자동화 프리폼 제작 및 성형 장비 기술 접목은 대량 생산의 낮은 비용 및 높은 생산효율, 품질향상 등의 필수 경제성과 요구도를 충족시키고 있다.


특히, 자동차에 복합재를 적용할 때 생산량을 고려한 생산능력과 생산속도가 구비된 안정적 생산라인이 필요로 하는데, 실제 복합재 부품의 대량 생산은 생산저하의 원인인 프리폼 성형 시간(cutting, positioning, forming of fabric layers times)단축이 핵심으로 2005년 이후 해외 전문 장비 및 연구소들은 이를 해결하기 위한 인공지능과 로봇을 이용한 프리폼 자동화 연구가 진행되어 상용화 단계에 이르고 있다.


생산속도의 예로 hand layup(수작업)은 2∼3 lbs/hr 생산하는 반면 자동화 장비는 660 lbs/hr 이상 생산속도로 자동차 부품 200∼350만개를 제조할 수 있다.


국내 복합재 부품개발의 시작이 유럽에서의 여러 장비 생산업체의 성형시간 단축의 효과를 기반으로 국내 기업들과 연구기관들이 다양한 성형장비를 구축하였지만 양산 아이템 발굴 부재와 실제 생산을 위한 프리폼 성형 시간이 길어 양산성을 확보하지 못해 연구개발과 DB 구축 수준으로 제품화 및 기술이전이 어려운 실정이다.


따라서 이는 해외 자동화 프리폼 전문 장비를 구입 구축하는 기존의 국내 연구 기반구축 답습보다 국내의 뿌리산업인 금형기술과 IoT 및 자동화 기술을 결합한 국내 고유의 기술개발 투자가 요구된다.

▲ 자동화 프리폼 기술들과 관련기업 및 연구기관들 구도


■ 열가소성복합재의 시장전망


세계 열가소성복합재(CFRTP: Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic)시장은 2015년 기준으로 USD 2,750 million(15,680 tons)으로 연평균성장률(CAGR) 10.8% 성장예측 기준으로 2025년 USD 7,735.5 million(48,668.6 tons)성장을 예상하고 있다.


아울러 열가소성복합재는 자동차 및 항공부품으로 시장이 전개되어 더욱 성장할 것으로 예상된다. 핵심적인 시장 플레이어는 Cytec Solvay Group, Toray Industries, Hexcel Corporation, Koninklijke Ten Cate bv, Toho Tenax Co., Ltd., Zoltek Companies등이 있으며, 최근 SABIC’S가 자동차 및 항공부품의 UDMAX 브랜드로 소재공급을 추진하고 있으며, 특히 열가소성복합재의 시장 성장성은 탄소섬유 최대 생산 및 시장의 리딩업체인 Toray사가 2018년 3월 M&A 비용투자 중 최대금액인 930 million Euro(1.14 billion USD)를 투입 Tencate Advanced Composites(TCAC)를 인수, 이는 Toray사가 열가소성복합재의 경쟁력을 강화하고 향후 시장의 열경화성을 대체를 예측 대응하는 전략으로 산업용(PC Housing, Medical, 스포츠등), 자동차, 항공 및 우주 부품의 열가소성복합재 대체가 향후 5년 이내 가시적으로 이루어질 것을 입증할 수 있는 시사점으로 보인다.

▲ 세계 CFRTP 시장규모, 2014-2025, PAN 및 Pitch Base 탄소섬유


CO₂ 배출 제한·경량화, 적용분야 증가
열가소성복합재 5년 이내 가시적 성과


■ 열가소성 복합재의 자동차 부품 및 항공기 기내 부품시장 전개


최근에 복합재의 재활용과 생산성 확보를 위해 제기된 열가소성 복합재의 성장이 점진적으로 늘어나는 추세이고, 이미 한화첨단소재, LG 하우시스, 롯데케미컬 등에서는 열가소성수지를 이용한 GMT, LFT-P, LFT-D 등의 공정을 통한 자동차 내장재 등에 개발과 적용이 이루어지고 있다.


자동차의 복합재 시장은 2017년 기준으로 USD 7,369.9 million(1,074.9 kilotons)이고, 연평균성장률(CAGR) 12.26% 성장예측 기준으로 2022년 USD 13,137 million(1,603.3 kilotons) 성장을 예상하고 있다. 그 중 열가소성복합재는 2017년 기준으로 USD 2,915 million(301,9 kilotons)으로 전체 자동차 복합재 시장의 42% 수준이다.

▲ 열경화성 vs 열가소성 자동차 복합재 시장규모, 2015-2022(USD Million)

▲ 열경화성 vs 열가소성 자동차 복합재 시장규모, 2015-2022(kiloton)



특히 항공기 객실 인테리어(cabin interior) 부품에 내충격성과 FAA규정 FAR Part 25의 FST(Flame, Smoke, Toxicity)에 우수한 열가소성수지를 이용한 복합재의 적용이 증가하고 있는 추세로 CO2 배출규제의 경량화 및 연비향상을 위해 항공기 객실 인테리어 시장규모 중 30%를 차지하는 항공기 좌석(seat)의 복합재 개발과 상용화가 가시화 되고 있다.


그 예로, 항공기 공간 편의성 및 IFE(In-Flight Entertainment)의 고급화에 따른 무게중가로 이를 개선한 알루미늄 시트의 50%를 경량화한 복합재 좌석(SEAT)을 싱가포르 벤처기업인 싱가포르 Airgo Design사가 복합재 좌석(All Composite Seat)을 개발하였다.

▲ 복합재 좌석(All Composite Seat)


항공기 객실 인테리어 시장은 2017년 기준으로 USD 26.02 Billion 규모로 추정되며, 향후 6년간 연평균성장률(CAGR) 8.35%로 성장 예측시 2022년 USD 38.85 Billion 달할 것으로 전망된다.


항공기 객실 좌석(cabin seat) 시장은 2017년 기준 USD 7.32 billion, 연평균성장률(CAGR) 8.35%로 성장 예측 시 2022년 USD 11.87 billion으로 성장(항공기 객실 좌석은 항공기 객실인테리어 의 27.92% 시장규모) 예상되며, 항공기 객실 인테리어 부품의 소재 중 복합재는 2017년 기준 USD 1.62 billion, 연평균성장률(CAGR) 10.09% 성장 예측 시 2022년 USD 2.69 billion에 달할 것으로 예상된다.

▲ 항공기 객실 인테리어 시장규모


▲ 소재기준 항공기 객실 인테리어 시장규모


결론적으로 탄소복합재의 시장은 세계의 탄소섬유 제조사들(Toray-Zoltek, SGL,MCCFC,Teijin,Hexcel,DowAksa,Hyosung등)의 생산 공장 증설과 신규 제조사(India Kemrock, Russia Alabuga등)의 등장, 자동화 장비 및 열가소성 복합재의 가시적 성장세와 CO2 배출 제한과 경량화에 대한 다양한 시장의 잠재성으로 계속 적용분야가 늘어나면서 성장할 것으로 예측되며, 자동화와 재활용, 높은 생산효율 측면에서 유리한 열가소성복합재의 산업용, 자동차, 항공 및 우주 분야 부품 시장전개가 뚜렷하게 성장할 것으로 판단된다. 따라서 국내 연구기반과 정부지원 R&D 분야 및 투자도 이에 맞는 연구방향 전환과 전략이 요구된다.

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