▲ 수송기기용 초경량 Mg소재 기술 적용 흐름.

전기차, 하이브리드카 등 미래 수송수단은 에너지 효율과 탄소저감이라는 두 마리 토끼를 잡는다는 점에서 각광을 받고 있다.

이를 위해선 기존 차량과 동일한 안전성을 가지면서 경량화해야 한다는 숙제가 남아있다.

거기다 하이브리드카의 경우 배터리 등으로 인해 내연기관 자동차 대비 약 10% 정도의 중량이 더 나가는 만큼 경량화는 더욱 중요한 이슈다.

수송기기용 초경량 Mg(마그네슘) 소재는 이러한 난제를 해결할 수 있는 강력한 수단이다.

수송기기용 초경량 Mg 소재는 미세조직 구성상의 정밀제어와 제조공정의 저비용·고효율화를 통해 기존 Mg 소재 임계성능의 한계를 극복하고 경제성을 확보함으로써 저탄소 녹색성장을 주도할 수송기기 경량화의 핵심 전략소재다.

▲핵심 경량금속소재, 마그네슘

마그네슘은 구조용 금속소재 중 가장 가벼운 소재로, 수송기기 경량화를 통해 연비를 향상시킴으로써 에너지 활용의 효율성을 제고하고 탄소 배출을 획기적으로 절감시키는 대표적인 녹색 소재다.

마그네슘은 철 무게의 1/4에 불과하지만 비강도는 6배나 뛰어나고 알루미늄 무게의 70% 수준이며 또한 진동 흡수능 및 전자파 차폐성 등이 우수해 휴대폰, 노트북 등의 포터블 전자제품의 케이스에 사용되는 등 경량화가 필요한 전자기기에서부터 자동차까지 널리 쓰인다.

최근에는 자동차의 CO₂ 배출 및 연비 규제 강화 등으로 인해 스티어링 휠 코어, 시트 프레임 및 각종 브라켓 등 자동차 부품수요가 증가하고 있다.

일반적으로 차량 무게를 40% 경량화할 때 20%의 연비향상 효과가 있으며 자동차 1대당 연간 휘발유소모량은 276ℓ 절감할 수 있다. 또한 마그네슘을 수송기기에 적용하면 50kg 당 CO₂ 10%와 2,000억원의 환경비용을 줄이는 효과가 있다.

차량에 적용되는 마그네슘 사용량은 2005년 대당 5kg에서 2020년 160kg으로 급증할 전망이다. 국내 차량 중 제너시스의 경우 현재 대당 마그네슘 10kg이 사용되고 있다.

이렇듯 마그네슘 소재는 그린수송기기의 핵심소재로 연평균 12% 이상의 고속성장을 지속 중이며, 세계 각국이 전략소재로 분류, 관련 기술 개발에 집중 투자하고 있다.

이러한 세계적인 추세에 맞춰 마그네슘 수요가 늘고 있으나 마그네슘은 이른바 ‘산업의 비타민’으로 불리는 희소금속에 속해 대규모 확보가 어렵고 대부분이 중국 등에 편재돼 있다는 문제점이 있다.

우리나라는 원소재 생산량이 거의 없어 국내 소비량의 대부분을 수입에 의존하고 있으며 특히 프라이머니 잉곳은 전량 수입하고 있다.

지난해 우리나라의 주요 마그네슘 수입국은 중국이며 그 수입비중은 97%에 달했다. 이러한 상황에서 최근 중국의 희소금속 해외반출 제한조치로 인해 향후 마그네슘 확보는 더욱 악화될 전망이다.

이러한 상황에서 수송기기용 초경량 Mg 소재 기술 개발은 소재의 안정적인 수급과 그린카로 대표되는 녹색소재산업의 핵심 소재인 마그네슘 소재기술의 고도화를 통해 원천기술을 확보함으로써 고부가가치를 창출하기 위한 필수조건. 수송기기의 경량화 요구에 맞춰 고특성·저가·초경량 Mg 소재의 수요가 급증하고 있다.

포스코의 자료에 따르면 2018년 초경량 Mg 소재 시장규모는 10조원에 달할 것으로 전망됐다.

▲고성형·고강도 소재와 저비용·고효율 제조공정 확보 나선다

현재 마그네슘합금제 주조 부품은 비교적 하중이 작게 작용되는 내장재에 주로 적용되고 있다.

차체 경량화를 목표로 바디, 섀시 및 외장재에 주조 부품을 확대 적용하기 위해서는 기존 상용소재와 비교해 강도 및 인성이 향상된 신합금 개발과 내ㆍ외부 결함을 최소화한 고품위 주조재 제조기술 개발이 필요하다.

WPM사업을 통한 수송기기용 초경량 Mg 소재의 기술개발은 고성형성 Mg 판재소재와 고강도 Mg 벌크소재로 나뉘며 각각 소재와 제조기술개발이 진행된다.

수송기기 바디·외장부품용으로 수요가 급증하고 있는 고성형성 판재는 상용화를 위해 고특성화와 제조공정의 저비용·고효율화가 절실했다.

현재 국내에서는 세계적 기술력을 확보하고 연속주조 판재의 광폭화 연구를 활발히 추진 중이다.

고성형성 판재의 기술 개발 최종 목표는 2018년 폭 1,900mm, 연신율≥22%다. 현재 국내 기술수준은 폭 600mm, 연신율≥14%다.

고강도 벌크소재는 수송기기 섀시부품·내외장용부품 등에 적용되는 것으로 상용화를 위해 미세조직의 정밀제어 기술과 제조공정 최적화 기술개발이 요구되고 있다.

이 분야 기술개발의 최종목표는 압출속도≥15m/min, 인장강도≥450MPa다. 현재 국내 기술수준은 압출속도≥2m/min, 인장강도≥350MPa이며 이는 세계적인 수준이다.

▲포스코, Mg 투자 적극 나서 

지난달 14일 친환경 Smart 표면처리강판분야의 총괄주관기관 참여의사 접수 결과 포스코가 단독으로 나섰다.

글로벌 종합소재 메이커로 도약 중인 포스코는 미래 자동차 소재로 수요가 급증할 마그네슘에 주목하고 그동안 많은 투자를 진행해왔다.

지난 2002년부터 포스코는 신성장을 위해 신소재 산업으로 마그네슘사업을 추진, 포항산업과학연구원에 세계 최초로 연속주조(Strip-Casting)에서 압연까지 일괄 생산라인을 구축했다.

포스코는 2007년 7월 전남 순천에 위치한 해룡산업단지에서 국내 최초로 350억원을 투자해 연산 3,000톤의 마그네슘 판재공장을 준공했다.

또한 더 나아가 지난해 11월에는 마그네슘 원광석 최대 매장지인 강원도의 강릉시에 마그네슘 제련공장을 건설키로 했다.

포스코는 내년까지 연산 1만톤 규모의 마그네슘 제련공장을 건설하고 2014년 이후 생산시설을 10만톤까지 증설할 계획이다.

정준양 포스코 회장은 마그네슘 제련공장 건설과 관련해 “전세계 자동차 업체가 차체를 경량화하기 위해 노력하고 있다”며 “가벼운 마그네슘이 자동차 대체 소재가 될 것”이라고 말했다.

아직 마그네슘분야는 시장이 형성돼 있지 않고 수요자와 연계된 기술 개발이 미흡한 실정이지만 우수한 기술력을 보유한 인적자원과 대기업의 집중 투자를 통해 세계 시장의 30% 이상을 점유할 가능성이 매우 높은 산업이다.

따라서 포스코가 수송기기용 초경량 Mg 소재 개발에 나섬에 따라 사업전망은 밝아지고 있다.