알루미늄 소재 산업의 정부지원과제 현황
김희국
한국산업기술평가관리원
1. 서 론
본 기술동향보고서는 후방의 소재산업부터 전방의 전기전자, 자동차 및 기계 산업에서 중요한 역할을 하고 있는 알루미늄 부품소재 산업의 개념, 기술분류, 산업현황 시장동향 등을 살펴 보고, 이와 연계하여 지식경제부가 알루미늄 부품소재 산업에 지원한 과제의 기술별, 연구주체별, 적용분야별 지원현황을 분 석하여, 앞으로 알루미늄 부품소재 산업과 연관된 연구개발사업 의 효율적인 지원방안을 제시하고자 함.
2. 알루미늄 소재의 산업현황 2.1 알루미늄 소재의 개요 2.1.1 기술의 개념
알루미늄은 비중이 2.7로 대표적인 경량금속이면서, 전연성이 풍부하고, 내식성이 우수하며 열 및 전기전도도가 동소재의 60% 이상으로 높고, 무자성, 무취, 무독성 등 인체에 무해한 금속으로 건축 기자재, 자동차 부품, 우주항공부품, 식음료 표 장재료, 스포츠 레저, 전가전자 및 IT 부품 등의 다양한 산업 에 사용되고 있는 비철소재임[1].
알루미늄 부품소재 기술은 표준산업분류상 1차 금속산업에 속하고 있으며 순알루미늄을 용해 및 주조 후에, 정련, 용해, 합금처리, 주조, 압출, 압연, 단조 및 금속표면처리와 기타 가공 을 거쳐서 각종 형태의 금속제품을 생산하는 산업 등으로 이루 어져 있음[2].
2.1.2 기술의 분류
알루미늄은 원광석인 보크사이트(Bauxite)를 정제하여 알루미 나 (Alumina, Al2O3)로 만든 후에 다시 전해 공정을 거쳐서 알루미늄 지금을 만들게 되며, 이러한 알루미늄 지금을 이용하 여 봉, 선, 관 및 판재 등의 형태로 가공되는 과정을 거침[3].
알루미늄 부품소재의 기술을 가공 산업의 종류만이 아니라, 합금의 종류에 따른 합금별 분류도 가능하며, 최종제품에 대하 여 요구되는 특성에 따라서 기계적 가공을 필요로 하는 전신재 (wrought alloy)와 액상에서 고상으로의 상변태를 이용하기 때 문에 후가공을 최소화 할 수 있는 주조재(casting alloy)로 분 류할 수 있음.
2.1.3 기술의 적용산업
국내 1차 지금은 전량 수입에 의존하고 있지만, 알루미늄 소 비량은 전 세계 5위로 스크랩 재활용을 활용하는 2차 지금부터 주조재, 압연재, 압출재 및 단조재 생산 공정으로, 수송기계, 건
축기자재, 패키징/소비재, 송전케이블, 모터코어, 용접봉 및 탈산 제까지 산업 전반에 걸쳐서 폭넓게 활용되고 있음.
2.2 알루미늄 소재의 산업현황 2.2.1 국내 현황
원재료 1차 지금은 1991년 대한 알루미늄에서 생산을 중단 한 이후에, 전량을 수입에 의존하고 있으며, 2차 지금 중에서 일부를 스크랩 재활용을 통하여 생산하고 있으나, 실질적인 지 금의 물량은 수입에 의존하고 있음[2].
알루미늄 판재 산업 분야는 연간 80만톤 정도의 산업 규모 로 국내 알루미늄 소비량의 50% 정도를 차지하고 있으며, 대 부분 초기 투자비용이 상당히 크기 때문에 대기업 및 중견기업 이 대부분임.
알루미늄 주조 산업은 연간 45만톤 정도의 안정된 시장을 확보하고 있으며, 자동차 및 기계분야 산업의 규모에 맞추어서 지속적으로 동반 성장하고 있음.
알루미늄 압출 산업은 자동차 및 수송기기 분야에서의 경량 화요구 증대와 IT 가전산업에서의 프레임 부품의 수요가 지속 적으로 늘어나면서 안정적인 30만톤 정도의 시장 규모 확보와 연간 10% 이상의 성장이 지속되고 있음.
알루미늄 선재 산업은 2009년까지 연간 소비물량이 3만톤 정도의 작은 틈새시장이었으나, 전기자동차 및 하이브리드 자동 차 그리고 송전 분야에서 전기전도도는 동의 60% 정도로 낮 지만 같은 요구 성능에서 경량화 효과가 30% 이상 되기 때문 에 지속적으로 수요가 늘어나고 있음.
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Fig. 1. 알루미늄 부품소재 생산 및 성형 기술 공정도 (Ref : 소
재원천, 상/조직 복합제어 고비강도화 기술, 과제기획 제
안서, 2008).
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2.2.2 해외 현황
알루미늄 산업에서 소비 규모 및 성장을 주도하고 있는 것이 중국을 중심으로 한 아시아 신흥국가이며, 원소재 산업에 있어 서도 2007년을 기준으로 중국이 전 세계 물량의 40% 이상인 1,400만톤 정도를 생산하고 있으며, 2015년까지 연간 10% 이 상의 성장을 지속할 것으로 예상됨[4].
알루미늄 판재 산업은 박판의 호일과 패키징 분야가 안정적 인 시장규모를 바탕으로 성장을 하고 있으며, 특히 IT 분야의 프레임 및 자동차 분야와 같은 고부가가치 판재 산업은 일본 및 유럽 등의 기술 선진국을 중심으로 지속적인 성장이 이루 어지고 있음.
알루미늄 압출재 분야는 건축 기자재로 사용되는 것이 가장 큰 비중을 차지하고 있으나, 판재와 유사하게 자동차, 가전 및 기계 부품을 중심으로 고부가가치 부품 분야의 성장이 지속되 고 있음.
알루미늄 주조재의 가장 큰 적용 분야는 수송기계 산업이 유럽의 경우 70% 이상을 차지하며, 이러한 적용 분야별 점유
율은 대부분의 국가에서 유사한 경향을 보이고 있음.
알루미늄 주조산업은 기존의 수송기계에서 단순 하우징류에 적용되던 것에서 벗어나서 차체, 샤시 및 파워트레인 부품까지 다양하게 그 적용 분야가 확대되고 있기 때문에, 수송기계 분 야의 높은 점유율이 지속될 것으로 전망됨.
2.3 대상기술의 산업 역량
알루미늄 부품소재 산업이 속하여 있는 1차 비철금속 분야 는 한국은행에서 발행한 2010년 기업경영분석을 바탕으로 살펴 보면 영업손익이 5.03%로 6,89%의 제조업에 비하여 비율적으 로는 30% 이상의 차이를 보이고 있음.
그러나, 알루미늄 부품소재 산업이 건축, 토목, 수송기계, 전 기전자, 기계설비, 패키징 및 스포츠 레저산업까지 다양한 전방 의 제조업 분야 산업을 지원하기 때문에 제조업 영업손익 향상 에 기여한 것으로 해석할 수 있음.
알루미늄 부품소재 산업은 전방 제조업에 큰 영향을 미치는 산업적 역량을 가지고 있는 기술이기 때문에 원천기술의 확보 가 필요한 기술임.
3. 알루미늄 소재의 국내외 시장 동향 3.1 국외 시장 동향
북미, 일본, 유럽 등과 같은 기존의 선진국은 알루미늄 소비 량의 50% 이상을 차지할 정도로 안정적인 시장을 가지고 있지 만, Fig. 5에서 확인할 수 있듯이, 기존의 시장을 유지하는 정 도이며, 알루미늄 산업의 핵심은 중국을 비롯한 아시아 국가들 이 산업을 주도하고 있으며, 향후에도 이러한 전망은 지속될 것으로 전망됨.
Fig. 2. 알루미늄 부품소재의 전·후방 적용 산업 (Ref : 알루미늄 Value Chain Map 및 기술수준조사 보고서, KEIT, 2011).
Fig. 3. 2007년 전 세계 알루미늄 정련 국가별 생산량 현황 (Ref
: Aluminum, A worldwide market review, BMR, 2009).
3.2 국내 시장 동향
알루미늄 부품소재 산업은 2010년을 기준으로 제조업의 0.8% 매출액인 약 12조원 정도의 매출액을 차지하고 있으며, 1차 비철금속산업의 36%를 차지하고 있음[5].
알루미늄 판재의 경우, 2010년을 기준으로 약 879천톤의 수 요가 있었으며, 알루미늄 부품소재 산업 매출액의 절반 수준인 6조원 정도를 차지하고 있지만, 가장 부가가치가 높은 자동차, 조선, 반도체 및 IT 분야에 사용되는 핵심소재는 일본 및 유
럽에서 80천톤 정도를 전량 수입하여, 해외 메이커에 시장을 내주고 있는 상황임.
알루미늄 압출재는 판재에 비하여 핵심소재에 대한 수입이 거의 없으며, 2010년을 기준으로 약 280천톤 규모의 시장이 형성되었으며, 가장 큰 비중을 차지하던 건축 기자재의 수요는 감소하고, 전기전자, 조선 및 자동차 등의 고부가가치 분야의 시장이 지속적으로 성장하고 있으며, 이러한 시장동향은 당분간 지속될 것으로 전망됨.
Fig. 4. 알루미늄 부품소재 산업 공정도 및 적용 분야 점유율 (2007년) (Ref : Aluminum, A worldwide market review, BMR, 2009).
Fig. 5. 2007-2009년 알루미늄 국가별 소비량 및 2010-2015년 소비전망 (Ref : Aluminum, A worldwide market review, BMR, 2009).
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알루미늄 주조재 시장은 압출재와 비슷하게 핵심소재에 대한 수입이 거의 없으며, 대부분 KS 규격 소재를 수입한 원소재를 이용하여 국내에서 합금화하여 시장에 공급하고 있으며, 2010 년을 기준으로 약 500천톤 정도의 시장이 형성되어 있고, 알 루미늄 주조재 시장의 가장 큰 전방산업이 자동차 산업이기 때문에, 자동차의 국내 생산량이 늘어남에 따라서 자동차 산업 과 연계하여 지속적으로 늘어날 것으로 전망됨.
알루미늄 선재 시장은 연간 30천톤 정도의 작은 시장 규모 를 가지고 있지만, 전선 및 전기자동차 경량화 추세에 따라서 향후 알루미늄 부품 소재 시장의 평균 성장률 이상의 성장이 가능할 것으로 예상됨.
4. 알루미늄 소재의 개발 동향 4.1 세계 기술개발 현황
알루미늄 판재 소재의 경우에는 A1050, A3003, A5052 및 A6061 정도의 강도가 낮은 소재가 대부분이었지만, 강도와 연 신율이 모두 높은 고인성 소재를 요구하는 자동차, 전기전자, 반도체 및 IT 분야에서는 Mg 함량이 높은 A5xxx계 합금 소 재가 필요하지만 Mg 함량이 3% 이상으로 높아지게 되면 판재 압연 및 가공시 특유의 결함인 Stretcher Strain Mark (SSM) 이라는 표면결함이 발생되기 때문에, 선진메이커들을 중심으로 이러한 SSM문제를 해결할 수 있으면서 강도와 연신율이 높은 합금 소재의 개발과 합금 제조방법에 대한 기술개발이 진행되어 원천 기술로 확보하고 있음[6].
알루미늄 압출재의 경우에는 각각의 합금계의 특성을 최대한 으로 살릴 수 있는 소재들이 개발되고 있으며, 내압특성이 요 구되는 A3xxx계는 Mn 함량과 Cu 함량을 조절하여 내압특성 이 향상된 소재가 개발되었으며, 철강소재 정도의 강도를 낼 수 있는 A7xxx계 합금의 경우에는 Sc과 Be의 함량을 조절하 여 강성을 향상시키는 소재들이 개발되고 있음.
알루미늄 주조의 경우에는 기존의 적용 소재를 부품의 특성 에 맞추어서 개량하는 정도의 기술이 대부분이었지만, 다이캐스 팅 설비가 금형의 진공을 제어하는 전자기펌프 및 제어기술의 발전으로, 다이캐스팅시 가장 큰 문제점으로 지적받던 기공을 제어할 수 있는 고압 고진공 다이캐스팅 기술이 개발되었음.
알루미늄 산업에서도 환경규제에 능동적으로 대응하기 위하여, 재활용이 용이한 개념의 소재를 개발하기 위한 기술적인 제안이 있었으며, Subodh K. Das 박사에 의하여 Unialloy라고 명명되 었음[7].
4.2 국내 기술개발 현황
국내의 알루미늄 부품소재 기술개발과 관련한 정부지원 현황 을 파악하기 위하여 국가과학기술종합정보서비스 (NTIS, http://
www.ntis.go.kr)를 이용하여 지난 20년간의 지식경제부를 통하 여 정부지원이 진행된 과제의 기술개발 현황을 정리하였음.
Fig. 6에서 확인할 수 있듯이, 지난 20년간 지식경제부를 통 하여 지원된 연구개발지원은 총 106건이며, 매년 5건 정도의 알루미늄 관련 연구개발 신규지원이 이루어졌고, 대부분의 과제 가 2-3년의 연구개발 기간을 가지고 있기 때문에 연간 10건의
이상의 연구개발 지원이 이루어 졌음을 확인할 수 있음.
지식경제부 사업 중에서 알루미늄과 관련된 사업은 부품소재 기술개발 사업이 가장 많은 40건을 차지하고 있으며, 공통핵심 기술개발 사업과 청정생산기반기술개발사업 및 첫걸음부품소재 기술개발사업이 그 뒤를 따르며, 산업원천기술개발사업과 ATC 사업은 지원이 미미한 것으로 조사되었음.
Fig. 8에는 지난 20년간의 알루미늄 관련 지원과제의 주관기 관별 지원현황을 나타내었으며, 대기업의 비중은 타분야에 비하 여 낮은 12% 정도로 낮은 수준이며, 연구소 및 조합의 비율 도 대기업에 정도의 수준이지만, 중소기업은 지원과제의 75%
이상을 차지하고 있으며, 이는 국내의 알루미늄 산업이 중소기 업형 산업임을 반영하고 있으며, 특히 알루미늄의 제조 적용 기술이 Fig. 9에 나타낸 것처럼 다양한 것도 중소기업형 산업 임을 간접적으로 나타내고 있음.
Figs. 8, 9 및 앞장의 산업현황에서 확인할 수 있듯이 국내 의 알루미늄 산업은 중소기업이 주도하고 있지만, 생산제품의 최종적용 분야는 국내 산업의 주력 분야인 전기전자, 자동차 및
Fig. 6. 알루미늄 분야의 연도별 신규 연구개발 지원 현황 (NTIS).
Fig. 7. 지식경제부 연구과제 지원 중 알루미늄 분야의 사업별
지원현황.
기계분야 등에 적용되고 있기 때문에, 고부가가치를 창출하기 위하여서는 단발성의 과제지원이 아니라 장기간의 원천기술개발 에 대한 투자도 필요한 상황임.
5. 시사점 및 정책 반영사항
알루미늄 부품소재 산업은 기술 선진국과 중국을 중심으로 한 아시아국가들이 각각 고부가가치 시장과 저부가가치 시장을 양분하고 있으며, 유럽, 북미 및 일본 등의 기술 선진국의 경우 에는 신규 시장의 성장은 거의 없지만 기술적인 차별성을 가지 는 원천 소재 및 가공 기술을 바탕으로 고부가가치를 창출하고, 이를 지속적인 친환경 연구개발에 다시 투자하는 방향으로 진행 이되며, 중국 및 아시아 등의 후발 국가에서는 저부가가치의 원 소재 제련 및 주조재를 중심으로 그 수요가 늘어나고 있음.
국내의 알루미늄 부품소재 산업도 기업의 99% 이상이 중소 기업으로 저부가가치의 주조재가 대부분을 차지하며, 중견기업
을 중심으로 압출 및 단조 등의 부가가치 향상을 위한 기술개 발이 진행되고 있으나, 판재를 생산하고 있는 대기업의 경우에 도 설비에 특화된 부품만을 생산하며, 선진국의 고부가가치 소 재 및 부품은 전량 수입에 의존하고 있음.
국내의 경우에는 순알루미늄 원소재 생산이 전혀 없이 수입 에만 의존해야 하기 때문에, 알루미늄 부품소재 산업이 국제적 인 경쟁력을 가지기 위하여서는 전략적인 지원과 이를 바탕으로 원천적인 기술을 확보해야 함.
알루미늄 합금 소재의 경우에는 현재까지 재정된 표준의 소 재를 부품의 요구 특성에 맞추어서 단순히 개량하는 것이 아니 라, 신 개념의 원천 소재 개발에 전략적으로 투자를 하여, 소 재의 측면에서 전 세계 표준을 선도할 수 있는 개념의 원천 소재가 개발되도록 지원하여야 중소기업이 99% 이상을 차지하 는 국내의 알루미늄 부품산업의 부가가치 향상에 실질적으로 기여할 수 있음.
알루미늄 부품소재가 적용되는 전방산업들 중에서 부가가치가 높아서 기술 선진국 및 메이커에서 집중적으로 개발하고 있는 분야가 자동차 및 조선 등의 수송기기 분야와 전기·전자 및 반도체 등의 IT 분야로, 판재의 경우에는 5xxx계 고인성 판재, 압출재의 경우에는 스틸 소재를 실질적으로 대체할 수 있는 고 탄성 소재, 주조재는 박육 일체형의 차체 부품 등임.
국내의 알루미늄 부품소재 산업의 경쟁력을 확보하기 위하여 서는 앞에서 언급한 소재 및 설비의 원천 기술개발이 이루어져 야 하지만, 현재 정부지원 과제의 86% 이상이 부품단위로 지 원되고 있는 것이 현실이며, 원천기술이 아니라 제품의 설계, 시작품 제작 및 평가 등의 과정으로 그 부품이 적용되는 최종 대기업으로 수혜가 집중되는 결과를 보이고 있음.
국내의 알루미늄 부품소재 산업의 99%를 차지하는 중소기업 은 고부가가치의 알루미늄 판재 및 압출재 등의 전신재를 생 산할 수 있는 실질적인 능력이 없기 때문에, 소재단위로만 공 급 받거나 수입에 의존하고 있어서 단순히 기존의 소재를 개 량하는 것도 상당히 어려운 문제가 되고 있는 것이 현실적인 문제이기 때문에, 준양산이 가능한 pilot 규모의 연구개발 설비 를 원하는 중소기업에서 자유롭게 활용하고 연구개발을 지원할 수 있는 새로운 시스템이 구축되어야 혁신적인 원천소재의 실 적용을 통한 고부가가치 창출이 가능함.
일례로, 2010년에 국내에서 개발된 Eco-Al의 경우에는 주조 및 압출재까지는 현재 적용되어 국내의 중소기업에서 양산이 되고 있지만, 가장 큰 고부가가치를 창출 할 수 있는 판재의 경우에는 국내에서 양산이 아니라 연구개발 조차 불가능한 상 태로, 현재 연구개발이 가능한 설비를 갖춘 해외로 기술이전을 검토하고 있을 정도로, 고부가가치 창출이 가능한 설비 개발에 대한 새로운 차원의 시스템 구축의 정부지원이 시급한 상황임.
참고문헌
