[패션저널&텍스타일라이프:이세림 기자]국내 섬유소재 산업은 중국의 맹추격으로 의류용 소재는 이제 설 자리가 더욱 좁아졌다. 화섬원사기업들이 의류용 중심에서 탈피해 고기능성 고성능 산업용소재 비중을 확대해 가고 있는 것도 이 때문이다. 본지는 새해 신년특집으로 세계 고기능 및 고능성섬유 시장의 향후 전망을 다룬다.(편집자주)
□ 고기능섬유 시장 개요
철보다 가볍고, 고강도인 섬유로 1,500℃ 이상의 고온에서도 그 강도와 유연성을 유지할 수 있는 고기능섬유(탄소섬유, 아라미드섬유, 고분자필름, 엔지니어링플라스틱 등)가 개발되면서 산업용자재로서 지속적으로 시장개척이 진행되고 있다.
항공기나 자동차의 원재료로서 그동안 철이 주로 사용되었으나, 2000년 이후 가볍고, 고탄성을 지닌 탄소섬유 등의 소재로 전환됨으로써 기체나 차체의 경량화, 연비의 향상을 꾀할 수 있게 됐다.
고부가가치 섬유로 주목을 받고 있는 탄소섬유는 BMW, 벤츠(Benz) 등의 양산 차와 보잉(Boeing) 및 에어버스(Airbus) 등의 항공기에 본격적으로 채용하고 있다. 거대한 시장이 잠재하는 자동차 관련시장의 공략이 고기능섬유 시장 확대의 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아니다.
고기능섬유 시장은 자동차나 항공기의 경량화(금속대체), 구조의 강화재로서 수요와 내열, 난연소재, 에너지 관련분야에서의 수요 증가 등에 힘입어 시장이 확대되고 있다.
아라미드(Aramid) 섬유, 초고분자량 PE섬유 등은 산업분야를 중심으로 한 씬(Scene)으로 수요를 획득하고 있다. 그러나 기존 고객에 대한 수요개척은 일순한 것으로 보여 향후 새로운 용도의 창출과 신흥국의 수요개척이 과제가 되고 있다.
한편, PAN계 탄소섬유는 자동차와 항공기의 경량화, 고강도화를 위한 채용이 증가하고 있으나, 양산성이나 코스트 등의 과제가 남아있어 탄소섬유기업이나 최종제품 기업을 중심으로 소재의 연구, 개발 등이 추진되 고 있다.
< 에너지, 축전 Device분야 > 셰일가스, 풍력발전, 조력발전, 연료전지 등 신에너지가 세계 각국에서 추진되고 있는 가운데 가스탱크 등의 압력용기와 풍력발전 블레이드 등의 발전기재로서 PAN계 탄소섬유의 채용이 증가하고 있다.
2015년 시장규모는 4만톤을 상회한 것으로 추정돼 가장 큰 시장으로 부상하고 있다..
< 산업기계, 설비관련 분야 > 고기능섬유로서 역사가 긴 Para계 Aramid 섬유가 다양한 Scene으로 채용되고 있으며, 내열성, 난연성이 뛰어난 Meta계 Aramid 섬유 등도 산업용필터 등으로 채용되고 있다. 2015년 시장규모는 4만톤에 육박한 것으로 추정되고 있다.
< 항공·자동차 분야 >
저연비 추진을 위한 구조의 경량화가 실현 가능한 PAN계 탄소섬유의 채용율이 높아지면서 시장을 견인하고 있다.
< 기타 > 건축분야에서는 콘크리트나 연약지반의 강도 향상에, 스포츠 용품분야에서는 Performance성의 향상 등에 고기능섬유가 채용되고 있다. 공장작업복 등의 유니폼과 소방복 등의 특수의류에도 안정된 수요가 형성돼 있다.
□ 탄소섬유 복합재료 시장 개요
탄소섬유 복합재료는 탄소섬유가 갖은 경량성과 고강도라는 기본 특성이 높음에 따라 항공기나 풍력발전 블레이드, 압력용기, 스포츠, 레저용품을 비롯해 최근에는 다양한 용도로 채용이 증가하고 있다.
특히, 자동차 분야는 기타 경합재료에 비해 압도적인 경량화가 가능하기 때문에 세계 각국에서 연비규제가 강화되는 시장 환경에 맞춰 수요가 확대될 것으로 전망되고 있다. 단, 현 시점에서는 탄소섬유 복합재료는 경합재료에 비해 높은 비용이 최대 과제가 되고 있다.
탄소섬유를 중심으로 한 Material Base에서의 코스트 삭감에 더해 중간기재나 성형가공공정에 있어서 비용절감을 위해 세계적으로 산?학?관이 연계한 연구개발 프로젝트가 줄이어 발족되고 있다.
탄소섬유 복합재료는 열경화성수지기반의 CFRP와 열가소성수지기반의 CFRTP로 대별되는데, 연구개발 프로젝트에서는 특히 성형가공시간의 대폭적인 단축이 가능한 CFRTP의 연구개발이 활발히 전개되고 있다.
< CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) >
Epoxy수지 등의 열경화성수지를 Base수지로 해 탄소섬유와 융복합한 재료로 경량/고강도재로서 각종 산업계에서 채용되고 있다. RTM(Resin Transfer Molding) 성형 등 성형가공의 기술개발이 진행되고, 일부 양산 자동차 용도로 채용되고 있어 향후 발전에 주목이 집중되고 있다.
2014년 세계 시장은 90,706억원 규모였다. 항공기와 풍력발전 블레이드, 스포츠·레저용품, 압력용기 등에서 경량/고강도재료로서 채용이 확대되고 있다.
2020년 전후부터 유럽을 중심으로 자동차 용도에서의 수요확대가 예상되고, 2025년경에는 시장이 약 25조 2,076억원 규모로 전망되고 있다.
높은 코스트가 과제이지만, 현재 주류를 이루고 있는 RTM에 추가로 2020년 전후부터는 SMC(Sheet Molding Compound)와 PCM(Prepreg Compression Molding)의 하이브리드 성형 등, 단시간 성형기술의 개선이 추진될 것으로 보여 성형코스트의 하락이 전망되고 있다.
< CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics) >
매트릭스 수지로 열가소성수지를 사용한 탄소섬유 복합재료의 성형가공 제품이다. CFRP에서 문제가 되고 있는 성형가공시간을 대폭 단축할 수 있는 기술이 주목을 받고 있으며, 양산자동차 용도를 중심으로 세계에서 연 구개발이 활발히 전개되고 있다. 열가소성이기 때문에 Recycle성이 높은 것도 자동차용 재료로서 호평을 받고 있다. 현재는 단섬유를 수지에 Compound한 Pellet가공품이 정전부품, 접동부품 등으로 채용되고 있다.
CFRTP의 전자파 Shield 특성과 대전방지, 경량 고강도 특성을 살린 용도 전개로 고기능 제품으로서 수요가 확대되고 있다. 현 시점에서는 단섬유 중심의 시장에 추가로 2020년 전후부터는 연속섬유인 CFRTP가 자동차 용도를 중심으로 채용이 개시돼 시장을 견인할 것으로 예측된다.
□ 기능성 고분자 Film 시장
기능성 고분자 Film이란 Base 재료인 Plastic Film에 Coating과 증착 등의 표면처리와 Laminate 등의 2차 가공 또는 Base Film 자체의 고기능화와 Hybrid화 등에 의해 어떤 기능을 부여한 Film이라 할 수 있다. Electronics, Energy, 자동차, 포장, Medical 등 매우 광범위한 분야에서 응용되고 있다.
< FPD 용도 >
TV의 대형화와 스마트폰?태블릿 등의 수요증가에 의해 시장이 확대되고 있다. 단, TV 출하대수의 정체감과 스마트폰, 태블릿의 보급 일단락으로 FPD용 시장의 성장 둔화가 전망되고 있다.
< Energy 용도 >
태양전지용 Film과 LiB용 필름(Film) 시장은 향후 확대될 것으로 전망되고 있다. 태양전지용 필름은 태양전지 모듈시장 동향에 연동된다. LiB용 필름은 용도가 매우 다양해 신규 용도로 채용이 증가를 보이고 있다.
< 자동차·산업용도 >
자동차 생산대수의 증가, 특히 HV?EV 등의 생산대수 증가에 의해 시장이 확대되고 있다. 전사 필름과 필름 콘덴서용 필름, MLCC용 이형 필름은 전자기기의 비중이 높다.
< 반도체·실장용도 > 스마트폰과 태블릿 시장의 확대가 이 시장의 성장에 크게 기여하고 있다. 향후 스마트폰과 태블릿 시장의 성장이 둔화될 수도 있지만, 차량 탑재용은 수요가 대폭 확대될 것으로 예상되고 있다.
< 건축자재, 인프라용도 >
세계 각국의 고성능 건축자재의 발전과 Green House, 친환경 주택 등의 보급으로 매년 시장 수요가 큰 폭으로 증가를 보이고 있다.
< Life Science용도 >
생분해성 Multi Film은 농작물 수확 후 벗겨내는 작업을 할 필요로 하지 않기 때문에 수요가 급증을 보이고 있다.
< Barrier Film용도 >
세계적으로 Food Lose의 삭감요청, 병, 캔의 대체와 Retort시장의 성장 등에 의해 수요가 증가하고 있다.
□ 전동자동차 시장
2014년 세계 승용차 판매대수는 6,749만대였지만, 2030년에는 7,235만대로 증가 할 것으로 예측되고 있다. 전동자동차의 판매 구성비는 2014년 3%에서 2030년에는 20%를 넘을 것으로 예상되고 있다.
세계적인 연비규제강화에 따른 차량연비 향상과 동급엔진차량과의 가격 갭을 줄이고, 판매 대수의 확대를 꾀하는 것이 전동자동차에 있어서 요구되고 있다. 모터나 인버터는 EV?PHV?HV의 구동과 그 제어를 담당하는 가장 중요한 부품으로 차량 연비향상을 위한 중요한 기술개발 대상부품이라 할 수 있다.
차량연비 향상 방법으로서는 에너지 손실을 저감하는 방법과 구성부품의 소형화와 경량화를 꾀하는 방법이 있으며, 모터와 인버터와 관련해 냉각구조개선이나 재료의 개선, 변경 등의 개발이 진행되고 있다.
특히, 인버터의 Power 반도체 소자재료를 Si에서 Full SiC 모듈로 변경하는 것이 차량연비 향상에 미치는 영향이 매우 커, 해당기술의 실제 차량으로의 채용과 차량의 조기 판매가 요망되고 있다.
< EV >
차량탑재 리튬이온 2차 전지의 가격이 고가이기 때문에 당연히 차량자체 가격도 고가를 형성할 수밖에 없음. 양산 메리트도 아직은 충분히 발휘되지 못하고 있는 상황이다.
< PHV > 원유가격 하락으로 PHV의 구입메리트가 감소하고 있기 때문에 향후 오일 가격의 동향을 주시할 필요가 있다. 세계적으로 강화되고 있는 환경규제로 인해 미국, 일본, EU 등 선진국을 중심으로 시장이 확대될 것으로 보인다.
또한, 중국은 신에너지 차량으로서 EV와 PHV의 보급대수 확대정책을 내걸고 있기 때문에 주목시장으로 부상하고 있다.
< HV >
가솔린 차량 등에 있어서는 가솔린 가격이 사용자의 경제적 부담을 좌우하는 요인이 되고 있다. 종전 자동차와 같은 감각으로 사용하기 편리하고 라인업도 충실히 갖추고 있어 전용차와 Base차의 HV화가 추진되고 있다.
< FCV > 수소 Station 건설 코스트의 삭감과 시설 가동률의 향상 등 수소 Station이 사업으로서 성립하기 위한 구조 만들기가 요구되고 있다. 수소 Station 정비나 운영의 실태, 그리고 연료 코스트 창출방법의 검토 등 다양한 과제에 대응하면서 선진국을 중심으로 2030년까지 시장기반의 형성과 보급 확대가 추진될 것으로 전망되고 있다.
□ Compound 시장
Compound 시장은 2014년까지 호조를 보였지만 2015년은 중국의 경기침체로 대부분 성형업체의 가동률이 크게 떨어지면서 일제히 전년실적을 밑돌았다. 2016년 이후도 전망이 불투명해 그 동안 중국시장 공략에 집중적으로 투자한 많은 메이커는 세계전략의 재검토를 추진할 수밖에 없는 상황이다.
범용수지는 신흥국의 경제발전에 따라 수요확대가 기대되고 있지만 기존의 고정적인 용도에서 벗어나 신규 용도개척을 추진하는 것이 과제로 남아있다. 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic)과 수퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic)은 자동차용에서 활로를 모색하는 움직임이 활발히 전개되고 있다.
금속 대체나 전장화에 의한 고강도부품, 고내열, 경량부품으로의 채용을 꾀하고 있다. 또한, 장래성이 기대되는 CFRTP(탄소섬유강화열가소성 플라스틱) 시장도 순조로운 성장을 보이고 있다. 2020년 이후부터는 자동차용에서 급성장이 전망되고 있다.
범용 Engineering Plastic은 자동차 분야의 용도로 수요비중이 높은 PA6, PA66의 비중이 보다 높아질 것으로 보인다. GF-PET는 저렴한 GF-PBT로 수요가 옮겨 갈 것으로 예상된다.
세계적으로 스마트폰 보급의 일순으로 LCP 수요의 침체가 두드러지게 나타나고 있다. 반면, PPS는 자동차 부품용도로 수요확대가 계속되고 있다.
< 범용수지 > 2014년 시장은 2,385만톤으로 약 68조1,615억원 규모였다. 중국, 동남아시아, 남미, 중동 등 신흥국에서 수요가 크게 확대를 보이고 있다. 그러나 중국에서의 설비과잉, 동남아시아와 남미 등에서의 정정불안이 우려되고 있어 성장률이 크게 둔화를 보이고 있다.
중국 경제의 침체 등도 있지만, 범용수지 Compound의 대부분은 다양한 용도로 사용되고 있어 2016년 이후에도 장기적으로 수요는 견조한 추이를 보일 것으로 전망된다. 향후 중국, 신흥국에서의 안정된 수요 확대로 인해 연평균 2~3%의 성장이 기대되고 있다.
< 범용 Engineering Plastic >
2014년 시장은 415만톤으로 약 16조4,461억원 규모였다. 전기, 전자분야의 수요는 성장이 둔화를 보이고 있지만 자동차분야의 수요는 견조한 성장세를 보이고 있다. 2015년은 중국경제의 성장부진으로 범용 Engineering Plastic의 수요가 크게 침체됐다.
또한 독일 폭스바겐사의 부정행위로 인해 2015년말 이후 EU에서의 자동차 생산대수의 감소가 예상되고 있음. 유럽시장에서는 자동차부품으로 Engineering Plastic 사용량이 많기 때문에 자동차분야에서의 수요 침체가 우려되고 있는 상황이다.
< Super Engineering Plastic > 2014년 시장은 19만톤으로 약 2조152억원 규모였다. PPS를 중심으로 자동차 부품의 고강도화, 금속대체, 전장용품 등이 시장을 견인하고 있다. 향후 연율 3% 이상의 성장이 기대되고 있다.
PPS나 PA9T, PA6T는 자동차·전기전자용의 고기능부품으로 채용되기도 해 중국시장의 둔화 추세가 선명한 상황에서도 비교적 견조한 수요를 유지하고 있다. Engineering Plastic 보다 성장률은 높지만 LCP는 커넥터용이 침체돼 있기 때문에 신규수요 개척이 요구되고 있다.
□ 자율운전차량 시장
ADAS(Advanced Driving Assistant System : 첨단운전지원시스템)란 차량탑재 카메라 시스템이나 Sensor 그래픽 등을 이용해 운전 중에 주의의 리스크를 감지해 운전자에게 경고해 주는 응용프로그램 및 그 시스템을 지칭한다. 특히, 자율운전차량의 경우 ADAS는 그 핵심적 Application으로서 기기, 소프트웨어 등에서의 시장 확대가 기대되고 있다.
자율운전차량의 진화 및 보급으로 스마트폰 전용 Application에 의한 Remote 자동송영, 주차장의 자동출입고, 도로혼잡완화, 고령자/장애자의 자유도 향상과 이들의 도입에 따른 이동시간 유효이동 등이 기대되고 있다.
표에서와 같이 "Level 0”에서 “Level 2”에는 이미 시판차에 있어서 자동차 탑재 카메라나 차량용 밀리파 레이더 등의 장치를 추가함으로서 준자율운전(반자동운전)이라고 불리는 충돌회피나 차선유지 등의 "ADAS” 탑재 차량이 증가하고 있다.
"Level 3”이상과 관련해서는 자동차 메이커가 실용화에 이르게 되는 시점을 2020년경으로 예상하고(Google Car는“Level 4”상당의 완전자율운전차량의 실용화를 2017년으로 예상하고 있음.)있으나, 아직 안전을 담보 할 수 없다는 점과 사고시 책임의 소재, 해킹대책, 자동운전에 필요한 3D 지도의 고도화(Mapping+Matching) 등을 비롯한 방대한 데이터양의 처리를 필요로 하는 등 많은 과제가 남아있다.
□ 연료전지 시스템 시장
2015년도 시장규모는 1조4,553억원으로 추정됐다. 산업, 업무용 연료전지와 가정용 연료전지에 더해 연료전지자동차가 상용화되면서 주요 상품군으로 부상하고 있다.
산업용시장이 60% 이상을 점유하고 있으며, 그 뒤를 가정용시장이 차지하고 있어 이 두시장이 90% 이상을 점하고 있다. 시장은 아직 초창기로 많은 개발과제가 남아있으며, 특히, System cost 저감은 향후에도 중요한 테마가 될 것으로 보인다.
산업·업무용, 가정용 연료전지는 고효율화가 추진됨으로서 분산형 전원으로서의 기대가 높아지고 있어 2030년까지 견조한 성장세를 보일 것으로 전망된다.
2015년도의 시장은 MCFC, SOFC, PEFC의 규모가 거의 같은 수준으로 대항하고 있다. MCFC는 산업·업무용으로 특화해 향후에도 시장확대가 지속될 것으로 보인다.
SOFC, PEFC는 분야의 확대와 신규 참가로 연료전지 시스템의 2대 기술로 부상하고 있다. SOFC는 대형용도에서 가정용으로, PEFC는 가정용과 연료전지 자동차에 의해 시장이 확대되고 있다.
< 산업·업무용 연료전지 >
연료전지 시스템은 Co-generation과 Mono-generation으로서 채용되고 있으며, 도입 확대에 관해서는 기존의 Energy 구입 Cost에 관한 Merit가 포인트가 되고 있다. 연료로서 소화가스를 채용한 경우 일본 등 고정가격 매입제도의 대상이 되고 있는 지역도 있어 연료전지 도입의 메리트가 되는 경우도 있다.
< 가정용 연료전지 >
주택에서 이용하는 연료전기시스템으로 미국, 독일, 일본 등 선진국에서는 Co-generation으로 상품화되고 있다. 발전부인 연료전지 시스템과 연료전지가 발전할 때의 열을 이용하는 급탕시스템, 여기에 보조열원으로서 백업 급탕기를 갖춘 구성이 되고 있다.
< 연료전지차 >
2014년말에 상품화 돼 수소관련 인프라와 함께 향후 성장이 기대되고 있다. 2015년 이후 일본 메이커가 선행하는 형태였으며, 뒤를 이어 기타 해외 기업도 제품화를 예정하고 있다.
2018년경에는 선행하는 자동차 메이커에서 제품화한 제1세대 연조전지차의 제조코스트가 너무 고가여서, 수 만대 규모의 양산은 2020년경이 될 것으로 예상된다.
연료전지차는 상품화까지 준비가간만 10년 이상이 소요됐으며 2016년 에는 다른 연조전지시장 보다 출하규모(출력 base)가 커질 것으로 예상된다.
< Portable/Back Up 연료전지 >
기존 경쟁제품과의 코스트 경쟁에 있어서는 힘든 상황이지만 신뢰성과 장시간 가동 등 연료전지의 특성을 살려 Telecom 등 일부 산업분야에서 채용이 추진되고 있다.
□ 차량탑재 전장장치와 컴포넌트 산업시장
시스템과 정보기기 OEM을 통합한 협의의 시장은 2014년 176조3,212억원,2025년 시장은 339조4,446억원 규모로 전망된다. 이는 환경규제, 편리성 추구, 안전성 확보 관점에서 일반차량에도 쉽게 탑재할 수 있는 가격대의 시스템이 증가해 탑재가 확대될 것으로 전망되고 있기 때문이다.
정보기기는 자동차 메이커가 구축하는 IVI(차량탑재 Infotainment) 시스템 등으로 통합되고 있기 때문에 시장은 축소되고 있다.
< 시스템 >
2014년은 파워 트레인계 시스템 시장 규모는 75조2,400억원이었다. 환경규제의 강화에 의해 향후에도 이 분야는 확대됨과 동시에 HV/PHV/FV/ FCV계 시스템 시장이 대폭 확대될 것으로 전망된다.
기본적으로 환경규제와 배기가스 규제의 강화를 배경으로 다양한 대책이 실시되고 있다. 연비개선 관점에서는 다운사이징과 아이들링스톱 시스템의 탑재가 유력시되고 있다.
다운사이징에 의해 엔진은 소형화되지만 배기량을 보완하기 위한 기기와 Sensor의 탑재가 필요하게 된다. 규제대책의 관점에서는 운전상황에 따른 최적의 치밀한 제어를 행함으로서 규제를 Clear하여 나가는 개발을 추진하고 있다.
시스템의 전자 제어화와 Sensor를 늘려 피드백 정보를 높여 나가는 등 장치의 탑재수가 증가할 수 있는 요인이 많다.
< Device & Component > 차량 한 대에 탑재수가 많은 Wire Harness와 탑재 Connector 등 Device가 시장의 대부분을 차지하고 있다. 차량탑재 전장품의 탑재에 불가결한 Device이기 때문에 시장이 대규모라 할 수 있다.
Sensor Module은 Sensing 용도의 다양화에 의해 탑재수가 증가하고 있다. 이러한 경향은 2025년경에 가일층 진전될 것으로 전망되고 있다. HV/PHV/EV/FCV 관련 장치는 HV/PHV/EV/FCV의 보급으로 2025년에는 Sensor Module을 상회할 것으로 전망된다.
< ECU(Electronic Control Unit) >
ECU란 자동차의 각종 Actuator를 제어하는 ??컴퓨터 장치로 차량 탑재 마이크로 컴퓨터를 실제 장착한 제어기판을 ECU라 한다. ECU는 마이크로 컴퓨터와 그 주변부품, 통신 IC 등으로 구성된다.
신흥국을 중심으로 자동차 한 대당 ECU 탑재수가 증가하고 있기 때문에 자동차 생산대수의 증가에 따라 대폭 확대될 것으로 전망된다.
그러나 중/장기적으로는 ECU의 통합 등이 활발히 전개되고, 선진국을 중심으로 자동차 한 대당 탑재수가 감소할 것으로 전망된다. 따라서 자동차 생산 증가에 비하면 완만한 성장에 그칠 가능성이 높다. (패션저널&텍스타일라이프 ⓒ www.okfashion.co.kr)
