재료 과학
천연 섬유가 자동차 복합재의 미래인가?
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자동차는 이산화탄소(CO2) 배출의 주요 원인 중 하나입니다. 특히 사용 중 배출되는 배기 가스만이 원인이 아니라, 자동차 생산 자체도 온실가스, 특히 CO2 배출에 기여합니다.
강철과 같은 재료의 에너지 집약적인 제조 공정 및 전기차 배터리와 같은 부품 생산도 기후 변화에 큰 영향을 미칩니다.
그 결과, 자동차 산업은 생산 과정에서 CO2e를 줄이는 작업에 적극적으로 나서고 있습니다. CO2e, 즉 탄소 배출량 등가는 다양한 온실가스가 지구 온난화에 미치는 영향을 측정하고 비교하는 표준 단위입니다.
이를 달성하기 위해 자동차 제조업체들은 지속 가능한 재료 도입, 제조 공정 최적화, 새로운 기술 채택 등 다양한 전략을 사용하고 있습니다.
가장 최근에, BMW Group (BMW-DE:XETRA) 발표했으며, 수년간의 개발과 심층 연구 끝에 자연 섬유 복합재를 활용한 획기적인 돌파구를 달성했고, 이제 이 복합재가 양산 모델에 적용될 예정이라고 밝혔습니다.
BMW’s Breakthrough with Natural Flax Fiber Composites
세계 최고의 프리미엄 자동차 및 오토바이 제조업체는 2019년 포뮬러 E 시즌에 BMW M Motorsport에서 재생 가능한 원료를 처음 사용했으며, 이후 BMW M4 DTM 및 M4 GT4에서도 자연 섬유 복합재가 탄소 섬유 플라스틱(CFRP) 부품을 대체했습니다.
CFRP는 탄소 섬유와 다른 재료를 결합해 만든 고기술 복합재입니다. 대부분의 산업, 특히 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 다른 경량 소재보다 우수하지만 원료 비용이 높아 비쌉니다.
그래서 독일 자동차 제조업체와 같은 기업들은 자연 섬유 복합재에 눈을 돌리고 있습니다. BMW Group이 2022년에 언급했듯이, BMW M4 GT4의 거의 모든 CFRP 부품이 혁신적인 자연 섬유 복합재로 교체되었습니다. 당시 회사는 다음과 같이 밝혔습니다:
“양산 시리즈 중 이 정도 양의 자연 섬유 복합재 부품을 사용하는 GT 레이싱 차량은 없습니다.”
아마 섬유 솔루션은 대시보드와 센터 콘솔을 포함한 실내, 그리고 보닛, 프런트 스플리터, 트렁크, 리어 윙, 도어와 같은 차체 부품 전반에 적용되었습니다. 차량 지붕을 제외하고는 CFRP가 사용되지 않았습니다. 이제는 재생 가능한 원료로 만든 복합재가 정부가 인증하는 차체 구조의 엄격한 요구 사항을 충족하면서 지붕에도 적용되고 있습니다.
다음 세대 BMW Group 차량의 지붕에 탄소 섬유 복합재를 자연 섬유 복합재로 교체하면 생산 과정에서 약 40%의 CO₂e 감소 효과가 있으며, 폐기 단계에서도 추가적인 이점을 제공한다고 밝혔습니다.
이러한 천연 아마 기반 경량 부품을 위해 BMW는 스위스 청정 기술 기업인 Bcomp와 협력했으며, BMW i Ventures를 통해 지분을 보유하고 있습니다. BMW i Ventures는 뮌헨 기반 자동차 제조업체의 벤처 캐피털 부문으로, 자동차 분야의 빠르게 성장하는 스타트업에 투자해 모빌리티 혁신을 지원합니다.
BMW 외에도 Generali, Airbus Ventures, Porsche Ventures, Volvo Cars Tech Fund와 같은 고프로파일 OEM도 Bcomp에 투자하여 “고성능 탈탄소화 솔루션” 개발을 지원하고 있습니다.
Bcomp는 잎맥에서 영감을 얻어 얇은 껍질 요소의 한쪽 면에 3D 구조를 형성해 최소 중량으로 강성을 극대화하는 powerRibs 보강 기술을 개발했습니다. 이후 ampliTex 보강재는 아마 섬유 층을 가시적으로 추가해 커버링 재료를 강화했습니다.
이를 통해 회사는 실내 패널링에 사용되는 플라스틱 양을 최대 70%까지 줄이고 CO2 배출량을 60% 감소시켰으며, 날카로운 파편과 조각이 없어 안전성도 향상되었습니다. 여기서 사용된 재생 가능한 원료와 천연 섬유는 대마, 케나프, 아마 등이며, 기존 재료 대비 약 50% 무게를 줄이는 데 기여했습니다.
혁신적인 복합재 솔루션을 BMW M4 GT4에 적용한 뒤, 이제는 미래 모델의 양산에 자연 섬유 복합재를 활용해 한 단계 더 도약하고 있습니다.
경량 소재 개발은 자동차 제조업체에게 여전히 중요한 과제이며, 탄소 발자국을 줄이는 자연 섬유의 중요성도 커지고 있습니다.
“자연 섬유 복합재는 모터스포츠에서 혁신적인 경량 솔루션의 핵심 요소이며, 제조 과정에서 CO₂e 배출을 감소시키는 데 기여합니다.”
– BMW M GmbH CEO, Franciscus van Meel
BMW Group에 따르면, 소재 평가 결과 섬유가 특히 외관 및 실내 부품에 매우 적합함이 확인되었습니다. 이제 이 경량 소재는 궁극적인 성능 테스트를 받게 됩니다. 이 소재는 Nürburgring 24시간 레이스에 출전한 BMW M4 GT4에 적용되었습니다. Franciscus van Meel은 덧붙였습니다:
“자연 섬유는 ‘레이스 트랙에서 탄생, 거리에서 완성’이라는 BMW M의 주장을 완벽히 구현하는 혁신입니다. 따라서 우리는 공식 #BMW M Motorsport 파트너 Bcomp과 함께 이 소재의 양산 성숙도를 확인하게 되어 기쁩니다. 앞으로 이 소재가 향후 BMW M 제품 라인에 적용되는 것을 기대합니다.”
Why Natural Fiber Composites Matter in the Auto Industry
복합재는 비용 효율성과 환경 친화성 때문에 소재 산업에서 중요한 역할을 합니다. 복합재는 두 개 이상의 구성 재료를 결합해 만든 재료를 의미합니다.
다양한 특성을 가진 재료를 결합하면 강도 증가, 무게 감소, 내구성 향상 등 특별한 특성을 부여할 수 있어 여러 산업에서 필수적입니다.
가장 흔한 복합재로는 유리섬유, 탄소섬유, 콘크리트, 강화 플라스틱, 세라믹 매트릭스 복합재 등이 있습니다.
유리섬유 강화 폴리머(GFRP)와 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)는 고강도 대비 경량 비율, 부식 저항성, 유연성, 내구성, 연료 효율성 및 충돌 안전성 때문에 자동차 산업에서 가장 많이 사용되는 복합재입니다.
하지만 전기차로의 전환을 촉진한 재생 에너지와 지속 가능한 관행에 대한 전 세계적인 전환은 자연 섬유 복합재 채택을 가속화하고 있습니다.
자동차 제조업체에게 재료 재사용 및 재활용을 요구하는 법규도 자연 섬유 복합재 사용이 증가하는 이유 중 하나입니다. 그 결과, 자동차 산업에서 바이오 기반 재료 사용이 늘어나고 있습니다.
이들은 실제로 섹터를 더 깨끗하고 친환경적으로 만들면서 상당한 이점을 제공하고 있습니다.
그 중 하나가 효율성 향상과 무게 감소입니다. 자연 섬유 복합재는 경량 특성을 가지고 있어 대시보드, 도어 패널, 기타 실내 부품을 제작할 때 차량 무게를 줄일 수 있습니다. 무게 감소는 차량 이동에 필요한 에너지를 줄여 연료 소비를 낮춥니다.
또 다른 큰 장점은 강도와 일상적인 마모에 대한 내구성으로, 차량의 내구성과 신뢰성을 향상시킵니다.
무엇보다도 자연 섬유는 재생 가능한 자원으로, 지속 가능성을 핵심에 두고 있습니다. 이러한 복합재를 사용하면 자동차 제조업체가 화석 연료 기반 유해 물질에 대한 의존도를 줄여 배출량을 감소시킬 수 있습니다.
자연 섬유 분야에서 소재 산업에 크게 기여하는 대표적인 섬유는 대마, 황마, 시잘, 아마, 대나무, 쌀, 케나프 등이 있습니다.
이 중 아마는 다른 자연 섬유에 비해 우수한 기계적 특성 때문에 복합재에 가장 널리 사용됩니다. 아마는 아마 또는 아마씨 식물의 줄기에서 얻으며, 아마 원단은 일반적으로 린넨이라고 불리며 가장 오래된 섬유 중 하나입니다.
아마의 셀룰로오스 섬유는 길고 연속적이며, 뛰어난 강성 및 인장 강도로 복합재 보강재로 적합합니다. 또한 아마는 독특한 자연스러운 외관을 가지고 있습니다.
생분해성이며 비용이 낮고 가벼운 특성 때문에, 자연 섬유는 일반적으로 폴리머와 결합해 자동차 부품용 강하고 내구성 있는 재료를 만들지만, 합성 섬유만큼의 기계적 특성은 부족합니다.
예를 들어, 탄소 섬유의 경도는 아마 섬유보다 75% 이상 높으며, 탄소 섬유는 아마 섬유보다 5배 강하고, 유리 섬유는 4배 강합니다.
또한 합성 섬유의 굽힘 탄성계수는 자연 섬유보다 다소 높지만, 자연 섬유의 마모율은 낮아 마모 환경에 적합합니다. 진동 주파수는 합성 섬유와 비슷하지만, 유리 섬유의 충격 에너지 저장 용량은 탄소, 플렉스, 케나프 섬유보다 큽니다.
물론 자연 섬유는 습기에 민감하고, 섬유 품질 및 일관성 문제와 폴리머 매트릭스와의 결합력이 약한 단점이 있습니다. 그러나 자연 섬유와 다양한 합성 섬유를 결합한 자연 섬유 복합재(NFC)는 차세대 복합재 혁신으로 기대됩니다.
이미 자동차 제조업체들은 자연 섬유 복합재를 광범위하게 사용하고 있습니다. BMW 외에도 Ford (F )는 10년 넘게 자연 섬유 복합재를 활용해 지속 가능한 자동차 실내를 만들기 위한 실험을 진행해 왔습니다.
Mercedes-Benz (MBG.DE ) (MBG-DE:XETRA)도 특히 실내 패널에 자연 섬유 활용을 앞당기고 있습니다. A‑class, C‑class, E‑class, S‑class 모델의 일부 부품이 시잘, 대마, 양모, 아마 등 다양한 자연 섬유로 제작되었습니다.
몇 년 전, Bcomp은 Mercedes‑AMG의 개발 파트너인 HWA AG (H9W.DE ) 에 고성능 자연 섬유 기술을 공급해 Mercedes‑AMG GT4 레이스카의 앞 범퍼에 적용했다고 보고했습니다. 완전한 자연 섬유로 만든 범퍼는 열 에너지 회수에 활용될 수 있어 저장된 에너지의 약 80%를 재생 에너지로 전환합니다.
How Motorsports Drive Natural Fiber Tech to Mass Market
전 세계 자동차 제조업체들은 무게 감소와 지속 가능성 향상을 위해 차량 내부와 외부에 자연 섬유 복합재를 적극 도입하고 있습니다.
특히 BMW Group은 자연 섬유 복합재의 양산 성숙도를 달성했으며, 레이스카에서 성공적으로 활용한 뒤 이제 양산에 적용할 준비가 되었다고 밝혔습니다. 이는 고급·프리미엄 차량에만 제한됐던 혁신적인 소재 기술과 그 혜택을 대중에게 확대하는 의미입니다.
이는 고성능 스포츠카가 주류 시장에 기술을 전파하는 첫 사례가 아닙니다. 자동차 제조업체들은 고성능 차량을 기술 인큐베이터로 활용해 왔습니다.
그 이유는 명확합니다. 고가이며 저량 생산되는 고성능 차량은 제조업체가 실험을 감당할 수 있는 여지를 제공합니다. 이들은 대량 생산에 비용 효율적이고 확장 가능해지기 전, 첨단 소재와 기술을 시험할 수 있는 장이 됩니다.
시간이 흐르면 이러한 소재·공정·기술은 주류 차량에 스며들게 되며, 이는 역사를 통해 여러 차례 확인되었습니다. 새로운 소재 중에서는 탄소 섬유가 좋은 예입니다.
수세기 동안 자동차의 주재료는 강철이었으나, 1900년대 후반 알루미늄이 가볍고 강도 높은 대안으로 부상했습니다. 알루미늄은 경량이라 레이스카에 매력적이었지만, 주로 엔진 블록에 사용되었습니다. 가볍고 연비가 좋으며 부식에 강하지만, 강도가 충분히 높지 않고 비용도 비쌌기 때문입니다.
그때 탄소 섬유가 등장해 산업을 혁신했습니다. 포뮬러 1과 하이퍼카에서 광범위하게 사용된 탄소 섬유는 뛰어난 강도 대비 무게 비율을 자랑합니다.
강도와 무게 면에서 강철·알루미늄보다 가벼운 탄소 섬유는 자동차 제조업체가 차량 무게를 줄이면서 성능과 연비를 향상시킬 수 있게 해줍니다. 또한 충돌 시 에너지 흡수 능력이 뛰어나 레이스카에 이상적입니다. 이 때문에 포뮬러 1 레이스카 차체는 거의 전부 탄소 섬유로 제작됩니다.
따라서 1980년대 McLaren이 최초의 탄소 섬유 F1 차를 공개한 이후, 다른 F1 팀들도 뒤따랐고, 결국 1992년 McLaren의 F1이 일반 도로용 차량에 탄소 섬유 복합재를 적용한 최초 사례가 되었으며, 이후 Ferrari와 Lamborghini도 이를 따랐습니다.
하지만 복합재의 높은 비용과 제조 공정의 복잡성 때문에 차량 전체가 아닌 특정 부품에만 탄소 섬유·CFRP가 적용됩니다.
마찬가지로 초고강도 강철과 탄소‑세라믹 브레이크도 일상 차량에 도입되었습니다. 소재 자체가 유일한 혁신은 아니며, 고성능 스포츠카에서 주류 시장으로 전파된 혁신은 다양합니다.
첨단 3D 프린팅(적층 제조)과 같은 공정도 마찬가지 예시입니다. 프리미엄 차량 부품을 3D 프린팅한 뒤, 공정이 확대되면서 대량 부품에도 적용되었습니다.
지속 가능성 혁신도 중요한 사례입니다. 자연 섬유 복합재 외에도 바이오 기반 복합재, 재활용 탄소 섬유, 친환경 알루미늄 생산 등이 배출 규제 대응을 위해 도입되고 있습니다.
친환경 소재 테스트베드 역할 외에도, 변속기, 서스펜션, 디스크 브레이크, 정교한 인포테인먼트 시스템, 첨단 안전 장비 등도 처음에는 고급 차량에 적용된 뒤 일반 차량에 보급되었습니다.
따라서 고성능 스포츠카는 제조업체가 최첨단 기술과 디자인을 비용 효율적으로 시험하고, 이후 대량 생산에 적용하기 전 한계(비용, 유연성 부족, 맞춤화 제한, 품질 저하 위험, 재고 위험 등)를 극복할 수 있게 해줍니다.
프리미엄·한정판 모델에 새로운 기능을 도입함으로써 제조업체는 기술과 공정을 더 잘 제어하고, 새로운 기준을 설정하면서 다른 기업도 혁신하도록 촉진합니다.
Investing in Natural Fiber Composite Tech
복합재 분야의 선두주자인 Hexcel Corporation (HXL ) 은 상업용 항공우주, 방위, 산업용 분야에 사용되는 탄소 섬유 제품군을 보유하고 있습니다. 또한 특수 보강재, 섬유 강화 매트릭스 재료, 수지, 벌집 구조, 복합 구조물 등에도 관여하고 있습니다.
몇 년 전, Hexcel은 바이오 기반 수지와 자연 섬유 보강재를 결합해 자동차 및 기타 분야용 소재 솔루션을 제공하는 새로운 제품군을 개발했다고 발표했습니다.
당시 회사는 HexPly Nature 라인업이 석유 기반 소재 솔루션에서 바이오 기반 솔루션으로 전환하면서도 성능이나 공정 효율성을 저해하지 않는 선택지를 제조업체에 제공한다고 강조했습니다.
Hexcel Corp
Hexcel의 시장 실적을 살펴보면, 시가총액은 45억 7천만 달러이며 HXL 주가는 56.87달러(연초 대비 -9.3%)에 거래되고 있습니다. EPS(TTM)는 1.51, P/E(TTM)는 37.66이며, 배당 수익률은 1.20%입니다.
재무 측면에서 2025년 1분기 매출은 4억 5,700만 달러였으며, 이 중 상업용 항공우주 부문이 2억 8,010만 달러, 방위·우주·기타 부문이 1억 7,640만 달러를 차지했습니다. GAAP 희석 EPS는 0.35달러, 조정 희석 EPS는 0.37달러였습니다. 분기 총이익률은 22.4%였습니다.
(FWONK )2025년 1분기 영업활동 현금 사용액은 2,850만 달러였으며, 현금 기준 자본 지출은 2,610만 달러였습니다. 자유 현금 흐름은 (-5,460)만 달러였습니다.
이 기간 동안 Hexcel은 주식 매입 및 배당을 통해 주주에게 6,400만 달러를 반환했으며, 고정 금리 부채 3억 달러를 재융자했습니다.
“Hexcel의 근본적인 가치 제안은 견고합니다. 혁신적인 경량 복합재에 대한 수요가 지속적으로 강력한 순환 및 장기 매출 성장을 견인할 것입니다.”
– CEO Tom Gentile
Latest Hexcel Corp (HXL) Stock News and Developments
Final Thoughts: The Future of Natural Fiber in Cars
자동차 제조업체가 탈탄소화 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라 자연 섬유는 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 탄소 섬유는 여전히 뛰어난 강도로 가치가 높지만, 아마 기반 솔루션과 같은 자연 섬유 복합재는 자동차 생산을 혁신할 잠재력으로 주목받고 있습니다.
탄소 배출을 줄이고, 경량 설계를 가능하게 하며, 엄격한 성능 요구 사항을 충족하는 자연 섬유 복합재는 탄소 섬유에 대한 설득력 있는 대안으로 부상하고 있습니다. 이러한 자연 복합재는 다음 세대의 중요한 혁신이 되어 프리미엄 스포츠카에서 일상 차량까지 지속 가능한 모빌리티를 확대하고, 자동차 산업을 보다 친환경적인 미래로 이끌 것입니다.
