◆ 멀티 머티리얼(다중 재료)의 변용

주로 철강재로 만들어졌던 차체에 알루미늄이나 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등의 이종 재료를 조합하는 “멀티 머티리얼”이라는 단어는 환경 규제가 강화된 2010년대 초 무렵부터 널리 사용되게 되었다. 멀티 머티리얼의 주된 목적은 차체 경량화를 통한 연비 개선이었다. 그러나 그 후 BEV화와 탄소 중립화라는 큰 흐름 속에서, 멀티 머티리얼에 의한 경량화는 그림자가 옅어졌다. BEV에 탑재되는 배터리는 300~500 kg으로 무거워서 차체 경량화의 노력이 무색해지게 된다. 또한 라이프 사이클 전반에서 탄소 중립을 목표로 하는 분위기가 고조된 것도 “단순히 가볍게 만들면 된다”는 단조로운 논의로부터의 탈피를 촉구했다.

◆ 모듈+기가캐스팅과 멀티 머티리얼의 부활

Tesla가 2020년에 도입한 기가캐스팅(Gigacasting)은 새로운 차체 트렌드다. 중국의 EV 스타트업이 뒤를 따르면서 일본 메이커 3사(Toyota, Honda, Nissan)도 2020년대 후반에 기가캐스팅을 도입할 예정이다.

현재 Tesla의 《Model Y》에서는 전후 언더 플로어에 기가캐스팅이 사용되고 있으나, 사이드 실이나 도어 프레임에는 초고장력강(핫스탬핑)이나 연강이 사용되고 있다. Tesla는 Unboxed process를 제창하며 앞으로도 이와 같은 모듈식 접근을 적용할 것임을 시사했다. 다른 OEM도 차체를 모듈화하고 일부에 기가캐스팅을 적용할 계획이다. 즉, 멀티 머티리얼이 기본이 되는 것이다.

◆ 철강 메이커는 부품을 통합하는 모노 머티리얼(단일 재료)로 대항

알루미늄 기가캐스팅에 대항하여 철강 메이커들은 부품 통합을 추진한다. 예를들어 ArcelorMittal은 Multi Part Integration(MPI)으로 불리는 부품 통합 기술을 OEM에 판매하고 있다. MPI는 강도가 다른 복수의 철강재를 레이저 용접 블랭크(LWB)로 통합한 후에 스탬핑하는 기술이며, 차체 조립 공정을 간소화할 수 있다. 비용도 절감되며 설계 자유도가 증가하고 큰 폭의 경량화도 기대할 수 있다. ArcelorMittal에 따르면 대형 SUV의 경우 차량 1대 당 부품 수가 64개에서 14개로 줄고(48개 부품을 절감), 약 45 kg의 경량화가 가능하다고 한다. 이와 같은 방법의 경우 모두 철강재를 사용하는 모노 머티리얼로 현재와 비슷한 생산공정을 유지할 수 있다.

◆ 경량화 + 재료 순환을 중심으로 한 차세대 차체 골격에 대한 기대

멀티 머티리얼이든 모노 머티리얼이든 경량화가 다시금 중요해진다. EU의 소형차 CO2 배출 규제는 2025년 이후 평균 차량 무게가 가벼운 OEM일수록 목표값이 완화된다. 배기가스 규제 Euro 7에서는 타이어와 브레이크의 분진이 새로운 기준 항목으로 추가되고, 여기서도 경량화가 요구된다. BEV화를 면죄부로 삼아 무게 증가를 암암리에 정당화해 온 최근 몇 년 간의 트렌드는 서서히 끝이 나고 있다.

M-Benz는 2005년 콘셉트카 《Bionic》에서 바이오닉스(생체공학)를 차체 설계에 적용했다. 열대어의 조형에서 힌트를 얻어 단단한 골격과 경량화를 모두 실현하면서, 공기저항계수(Cd값) 0.19를 달성했으며, 그 이후의 차체 설계에 영향을 미쳤다. 그로부터 약 20년이 지난 지금 차체 개발에는 재료 순환이라는 관점도 추가되었다. 비용도 포함하여 다양한 개발 과제가 넘쳐나고 있는 가운데, 새로운 발상과 기술의 등장이 기다려진다.

▲ Tesla 《Model Y》의 화이트 바디와 재료 구성

▲ ArcelorMittal의 Multi Part Integration(MPI)