UAM 항공소재 시장 확대 속,

韓 탄소복합재·경량금속 기술개발·자립화 시급

에어버스·보잉 등 글로벌 社 중심 기체 경량화 소재 경쟁 본격화

소재·부품·시스템 연계한 인증체계 구축과 국내 공급망 강화 必

3. 산업 및 시장 동향

3.2 해외 동향

1) 시장규모 및 전망

항공용 소재 중 알루미늄 소요량은 2018년 기준 28,355백만 달러이며, 2018~2028년 사이 연평균성장률(CAGR)은 2.3%로 꾸준한 성장이 예상된다. 민항기 기준 2019~2038년 6.8조 달러 (8,090조 원, ~400조/년) 규모로 조사되었다. 민항기 시장의 55%가 단일통로 여객기이며, 선진 항공사는 가격경쟁력 확보하고자 국제공동개발(Risk Sharing Partnership, RSP)로 공급망(Supply Chain) 확대를 추진 중이다.

(보잉의 RSP 목표는 70% 수준으로 알려져 있음) 드론, 개인용 항공기(Personal Air Vehicle,

PAV), UAM 등 차세대 모빌리티 세계시장은 2040년 1,700조 원 (모건스탠리, 미) 규모로 예상되며, 항공용 Al는 차세대 모빌리티 제작에 핵심 소재로서 사용량 증가가 예상된다.

▲ <그림 1> 전세계 항공용 소재 소요량(자료 : Aerostructure 2019-COUNTERPOINT)

항공용 복합재 산업은 부품, 조립, MRO 등 산업이 매우 활성화되어 있고 UAM 복합재 산업도 초기 단계이지만 시장은 형성되어 있는 것으로 판단된다. Markets and Markets에서 발간한 ‘Aerospace materials market-global forecast to 2026’에 따르면, 항공용 복합재 산업 시장은 2022년 300억 달러 규모이며 2023년 및 2025년에 각각 328억 달러, 391억 달러 규모가 될 것으로 내다봤다. 탄소복합재 비중과 UAM 비중을 각각 76%와 10%로 가정하면 <표 1>에 나타낸 규모로 예상된다.

▲ <표 1> UAM용 초경량/고강도 복합소재 기술 세계시장 규모 및 전망(단위 : 백만 달러)

2) 기업 현황

UAM 시스템은 향후 수년 또는 수십 년 내 급격히 활성화될 것으로 예측되어 해외의 많은 기업이 2000년대 초부터 UAM 시스템 개발에 투자하고 있다. 가장 활발히 UAM 시스템 개발에 앞장서고 있는 기업은 에어버스, 보잉, 벨(Bell), 이항, 조비 에비에이션(Joby Aviation), 볼로콥터(Volocopter) 등이며, 기존 항공용 탄소복합재 및 부품을 생산하는 기업과 협력하여 탄소복합재를 이용한 UAM 기체 경량화 기술을 선도하고 있다.

미국 알코아(Alcoa)사는 알루미늄-리튬(Al-Li) 세계 최대 공장을 보유하고 있으며, Al-Li 압출재 시장 1위 기업으로서 최근 알루미늄 판재생산 시간을 크게 단축할 수 있는 연속 제조공정인 ‘마이크로밀(Micromill)’ 기술을 개발하여 적극적으로 홍보하고 있다. 알코아 측에 따르면 기존에 20일이 소요되던 알루미늄 합금 판재 제조공정이 20분으로 대폭 줄었다.

▲ <그림 2> 항공소재 전세계 공급현황(자료 : HTF market report, Market Watch, Technavio 데이터 정리)

3.3 국내외 선도기업

UAM용 초경량/고강도 소재 기술 분야의 국내외 선도기업 및 주요 개발 내용은 <표 2>, <표 3>, <표 4>, <표 5>과 같다.

▲ <표 2> UAM용 초경량/고강도 복합소재 기술 ­ 국내 선도기업

▲ <표 3> UAM용 초경량/고강도 금속소재 기술 - 국내 선도기업

▲ <표 4> UAM용 초경량/고강도 복합소재 기술 - 해외 선도기업

▲ <표 5> UAM용 초경량/고강도 금속소재 기술 - 해외 선도기업

4. 미래의 연구방향 및 정책 제언

4.1 미래의 연구방향

UAM 기체 개발의 소재·구조 분야에서 에너지 효율을 위한 차체 경량화와 함께 중요한 부분을 차지하는 것이 조종사와 승객의 안전 확보이다. 금속소재 대비 높은 비강도, 내마모성을 가지는 탄소복합재를 이용하여 경량화는 일정부분 가능할 것으로 보이나 고도가 높아짐에 따라 낮아지는 온도에 대응하고, 불시의 외부 충격 피해를 최소화하려면 현재보다 높은 수준의 내충격성을 가지는 탄소복합재가 필요하다. 이에 내충격 강도와 연성이 높은 기지수지를 이용한 탄소복합재 부품을 개발해야 한다.

UAM 시스템이 항공기나 자동차와 같이 대량생산 체제가 요구되기 전까지는 프리프레그 수작업으로 구조부품을 제조할 수 있다. 앞으로 UAM 시스템이 활성화되어 대량생산이 요구될 경우, 기존 항공기와 자동차 기술을 그대로 적용하면 양산성 확보에는 문제가 없을 것으로 판단된다. 그러나 UAM 시스템이 항공기와 자동차의 중간이어서 구조부품의 요구사항을 재설정할 필요가 있다.

특히 소비자의 안전성에 대한 우려를 불식할 새로운 특성 구조부품을 개발해야 하며 탄소복합재 기술도 이러한 요구를 만족시켜야 할 것으로 예상된다.UAM용 금속소재 기술은 기존 항공소재와 마찬가지로 비행 안전성과 비용 절감을 동시에 만족하는 데 개발 방향이 집중되고 있다.

항공기용 소재 개발에서는 과거와 달리 스마트화·경량화가 중요한 요구 조건으로 제시되는데, 이 점은 UAM용 소재에서 더욱 강조된다. 항공용 소재 스마트화는 운항 중 실시간으로 항공기 구조물에 부과되는 하중을 감시하는 등 항공기 안전 위험요소를 실시간으로 제어할 수 있는 소재 기술을 비롯하여 기존 항공용 소재에서는 요구되지 않았던 새로운 특성을 의미한다.

기능적인 측면과 아울러 항공기를 경제적으로 운용하고자 검사·정비 시간을 단축한 비용 절감에 적합한 고기능 소재의 필요가 많이 증가하고 있다. 정리하면 UAM 개발 시 새롭게 개발된 고성능 소재를 적용해 UAM 성능 향상 및 운영 비용 절감을 달성하려는 연구개발이 활발하게 진행 중이다.

4.2 정책 제언

기존 민항기 시장은 선진국 정책 및 시장논리 측면에서 후발 국가 및 기업에 큰 진입장벽이 존재하는 반면, UAM은 자동차와 항공기 사이의 틈새시장(niche market) 영역으로서 향후 기술 상용화가 예상되는 2030년 전후까지 소재·부품·시스템 엔지니어링 벨류체인 전체를 아우르는 신규 시장 진입, 기술 개발 및 인프라 구축의 필요성이 증대되고 있다.

즉 UAM은 자율주행차 이후 혹은 자율자동차와 함께 등장할 미래형 교통수단으로 주력산업으로 성장할 가능성이 높으므로 핵심 기술을 확보해 경쟁력을 강화할 필요가 있다. 대한민국이 보유한 주력산업 기술을 토대로 상대적으로 낮은 진입장벽을 빠르게 극복할 신산업 분야로 적합하다.

이에 정부 주도로 ①인증기술 개발 및 핵심 소재 기술 검증용 비행시제기 개발 ②국내 인증기술기준 및 안전운항체계 마련 ③신시장을 선도할 기술 도입이 불가한 핵심 기술 개발 착수가 시급하다.

항공용 금속소재 자립화는 UAM 산업에서도 중요한 의미가 있다. 이를 이루려면 금속소재 가공-조립 공급체계를 고려한 공동 개발체계를 구축해야 한다. 또한, 관련기술을 지원할 연구소, 대학 및 장비 투자, 제도정비 등도 지원해야 된다.

항공용 소재를 개발, 생산하는 기업에서는 항공산업 요구도를 반영한 제조기술 표준화 및 품질이력관리체계 구축이 필수이며, UAM 체계를 생산하는 수요기업은 시험·평가로 소재 품질 인증 지원 및 트랙 레코드(track record) 기획을 제공할 필요가 있다. 이에 항공소재 시험 데이터베이스 구축을 반드시 지원해야 한다. 이로써 항공용 소재 자립화 및 UAM 적용 등으로 소재 시장을 확대할 수 있으며 타 산업 진출로 추가 수요도 창출할 수 있다.

▲ <그림 3> 항공소재 자립화 전략