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유럽의 에너지 저감 자동차 방안
독일 메이커가 자동차에 탄소 섬유와 마그네슘의 적용을 서두르고있고 피아트가 브라질에서 식물성 소재 적용을 검토하고 있다. 유럽 자동차 재료의 환경 대응으로 두 개의 방향이있다. 경량화와 식물성 소재의 이용이다.
◆ BMW가 "탄소 섬유 EV"
경량화의 효용은 먼저 연비 향상이다. 일반적으로 차량 무게를 100kg 가볍게하면 1km 당 8 ~ 11g의 CO 2 절감된다. EV 경우 항속 거리를 늘리는 것도 가능하다. 부수적인 효과는 주행 성능 향상과 스포티한 주행 감각 등의 부가 가치를 낳을 수 있다. 또한 최고의 경량 소재를 활용하면 혁신적인 브랜드 이미지를 구축할 수 있다.
독일 BMW는 도시 지역에서의 이용에 중점을 둔 EV 리무진 "메가 시티 차량"을 "2013 년 시판한다"고 발표했다. EV의 사용을 전제로 개발된 신형 섀시는 알루미늄 스페이스 프레임 위에 탄소 섬유 강화 수지 (CFRP) 차체를 조합한 것이다.
CFRP는 독일의 탄소 섬유 복합 재료 제조 업체, SGL 사의 자회사이다 SGL 자동차 탄소 화이바즈 사와 공동 개발, 탄소 섬유 생산 공장을 공동으로 건설한다. 앞서서, 미쓰비시는 SGL 사와 함께 탄소 섬유용 원사를 제조 판매하는 합작 회사, MRC - SGL 를 설립했다.
종래의 CFRP의 공정은 탄소 섬유로 짠 옷감에 수지를 스며들게하여 여러 층으로 겹쳐 성형한 후 오토 클레이브에서 가열 경화시키는 "프리 프레그 법"이 일반적이다. 그러나, BMW이 채용한 "레진 트랜스퍼 몰딩 (RTM)법"은 가열하지 않는다. 탄소 섬유로 짠 천을 넣고 압력을 가하면서 수지를 함침시켜 경화하기 때문에 생산성이 높아진다. CFRP는 충돌시 충격에서 거주 공간을 지키는 역할 및 섬유 구조로 충돌시 충격을 흡수 분산하는 기능을 갖게 할 수도 있다.
독일의 아우디는 1990 년대부터 알루미늄이나 마그네슘 등의 경금속을 사용하여 생산 라인의 80 %를 자동화하고있다. "A8"는 알루미늄 프레임을 가진 대형 세단으로 현재 알루미늄보다 가벼운 마그네슘이나 폴리아미드 등의 엔지니어링 수지의 이용을 연구 중이다.
마그네슘의 비중은 철의 1 / 4, 알루미늄의 3 분의 2으로 가볍고 강도가 높고, 굴곡 탄성률이 높다. 합금 기술에 의해 충격을 흡수 할 수있는 마그네슘 소재를 개발하고 있다.
CFRP와 유리 섬유 강화 폴리아미드 수지와 같이 고강도로 고온에 견딜 수지의 이용도 늘어나고있다. 클러치 페달과 신뢰성이 필요한 부품에 CFRP를 검토하고있다. 이 회사는 섬유의 배향에 따라 강도에 방향성이있는 것에 주목하고 얇고 가벼운 소재와 충격을 흡수하는 구조의 개발 연구 중이다. 이 특성을 이용하여 일정한 방향에서 충격에 강한 저가 CFRP도 개발하고 있다고 한다.
◆ 브라질의 식물 소재를 활용
다임러는 고급 스포츠카 "SLR"로 CFRP 제의 모노 코크 (섀시와 차체 일체형) 구조를 채택했다. 앞으로 승용차에의 응용을 목표로, 도레이와 CFRP를 공동 개발한다고 발표하고있다. 도레이가 개발한 "하이 사이클 RTM 성형"는 부품의 성형에 필요한 시간이 10 ~ 15 분 정도로 짧고, 양산성을 기대할 수 있다. 도레이는 자동차 부품에 이상적인 탄소 섬유의 개발뿐만 아니라, 부품 설계 및 성형 공정 개발을 담당한다. 다임러는 접합 기술을 개발하여 3 년 이내에 승용차에 CFRP를 적용 시작할 계획이다.
독일 폭스바겐 (VW)도 그룹 전체로 경량화 기술의 응용에 종사한다. 2009 년 프랑 크푸르트 모터쇼에서 발표한 컨셉트카 "L1"은 유럽 연비 측정 모드에서 1L로 72.46km, CO 2 배출량은 1km 당 36g의 낮은 연비이다. 저 연비를 실현한 요인은 가볍고 공력 특성의 향상에 있다. 새시를 알루미늄과 철의 혼합재로, 차체는 CFRP를 사용한다. 3813mm, 1200mm, 1143mm의 크기로 차체 무게는 불과 380kg의 초경량이다.
식물성 소재의 이용도 늘어나고있다. 피아트가 브라질에서 생산하는 "우노"는 야자 섬유, 사탕수수 젖을 찌꺼기 등 현지에서 생산하는 식물 유래의 소재와 폐기물을 활용한 것이다. 야자 섬유 50 % 라텍스 (천연 수액) 40 %를 포함시킨 섬유를 내장 표피재 등에 이용하거나, 폴리 프로필렌 80 % 사탕수수 젖을 가루를 20 % 혼합한 수지 부품에 응용하고 있다.
자동차는 내구성과 신뢰성이 요구되는 제조 업체는 새로운 소재에 소극적이었다. 그러나 유럽에서는 소비자의 환경 의식의 고조되는 가운데, 경량화 및 천연 소재의 이용이 급속히 진행되고 있다.
출처 : 녹색기술정보포털
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