탄소섬유가 에어택시 eVTOL 미래를 앞당기는 이유: WIRED 기사 반박 및 최신 기술 소개

WIRED 기사 주장 반박: 탄소섬유 복합소재 생산이 eVTOL 개발 발목 잡지 않는다

이 블로그는 2019년 1월 WIRED 잡지 기사에 대한 반론입니다. 해당 기사는 탄소섬유 복합소재 생산이 도심 항공 모빌리티 및 에어택시 시장을 위한 전기차(EVTOL)/수직이착륙(VTOL) 항공기 개발을 지연시킨다고 주장합니다. 이 주장에 반박하며 잠재적으로 파괴적인 신기술도 소개하니 끝까지 읽어보세요.

급성장하는 산업을 다루고 제조 용이성을 고려한 설계 필요성을 지적한 점은 칭찬하지만, 복합소재 산업에 대한 이해 부족으로 오해도 있습니다. 예를 들어:

기술적으로 맞는 말이지만, 에어버스(Airbus)는 2019년 중반까지 월 60대 A320 생산 체제를 갖췄고, 보잉(Boeing)도 2019년 월 57대 B737 생산을 향해 가고 있습니다. A320 기준 하루에 6.3m 높이 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 수직 꼬리날개 조립체 3대와 12.45m 스팬 CFRP 수평 꼬리날개 조립체 3대를 생산한다는 뜻입니다.

에어버스는 차세대 A320 네오 플러스(A320 Neo Plus)를 위해 월 60-70대 생산 목표로 복합소재 기술을 연이어 인증해왔습니다. 수지 이송 성형(RTM), 시트 몰딩 컴파운드(SMC) 압축 성형, 열가소성 복합소재(TPC) 등 포트폴리오가 다양하며, 사이클 타임이 연 700대 이상 생산에 충분합니다. 최신 개발 기술들은 CFRP 부품 사이클 타임을 4시간에서 15분 이하로 단축했습니다. 새로 인증된 기술 대부분은 고도로 자동화되어 있으며, 새로운 조립 공법도 마찬가지입니다.

자동차 산업도 eVTOL 필요량(WIRED 인용: 2035년까지 23,000대 예상)보다 훨씬 높은 대량 생산 길을 열었습니다. BMW는 전면 CFRP 승객 셀을 가진 i3와 i8 생산을 일 130대에서 200대로 늘렸고, 아우디 공급사 포이트 컴포지트(Voith Composites)는 A8용 CFRP 리어 월을 일 150-300대 생산합니다. BMW i3와 i8 모듈은 아래 에어버스 헬리콥터스 EC135 기체와 매우 유사하며, 두 제조사 모두 이 프레임에 외장재와 내장 부품을 체결합니다.

아우디 A8 리어 월은 건식 탄소섬유 테이프 자동 배치와 RTM으로 5분 사이클 타임에 제작됩니다. 테이프 길이와 섬유 방향을 특정 하중에 맞춰 조정하며, 기본 6플라이(1.5mm)에서 국부 보강이 필요한 부위는 19플라이(3.7mm)까지 변형됩니다. 이 단일 부품이 드라이브 셀 비틀림 강성의 33%를 담당하면서 3-5개 용접 알루미늄 부품 조립 대비 50% 중량으로 구현됩니다.

열가소성 복합소재(TPC): 보잉 NMA 채택 유력, 용접으로 조립 혁신

위 사례들은 아직 열가소성 기술조차 활용하지 않은 것입니다. 보잉의 신형 중형 항공기(NMA) 채택이 유력한 열가소성 복합소재는 1990년대부터 항공기 부품에 적용돼 왔으며, 에어버스와 유럽 1차 공급사들이 더 큰 날개와 동체 섹션(통합 스티프너 포함) 프로토타이핑을 계속해 올해 풀사이즈 동체 데몬스트레이터까지 확장했습니다. 열가소성 복합소재는 용접도 가능해 패스너와 접착제 추가 제거 기회를 제공합니다.

TPC 소재 및 가공 공급망은 지난 3년간 빠르게 통합됐습니다. 주요 탄소섬유 공급사 모두 열가소성 테이프 생산 중이며, 다수 기업이 항공우주 및 자동차 용도 저사이클 타임 오버몰딩 부품 시연, 열가소성 용접도 다수 기업에서 시연 완료.

Composites in Manufacturing 2017년 7월호 기사 "오버몰딩: 복합소재를 위한 인에이블러, 항공우주부터 자동차까지" 중 CCP 그랜즈덴(CCP Gransden) 스콧 킹(Scott King) 인터뷰 발췌:

최신 기술: 2014년 이후 추가 발전

열가소성 오버몰딩 열경화성 복합소재

AZL 아헨의 OPTO-Light 프로젝트에서 탄소섬유/에폭시 복합소재 부품에 열가소성 복합소재(TPC) 리브와 클립 오버몰딩 시연.

오버몰딩 + UD 하중 지지 펄트루전

MAI 스켈렛(MAI Skelett) 프로젝트에서 2단계 75초 공정으로 TPC 펄트루전 오버몰딩해 구조용 루프 멤버/윈드실드 프레임 제작. BMW i3 부품 요건 초과 충족하며 부착부와 클립 통합, 파손 거동을 취성에서 연성으로 변경해 BIW 잔존 강도 향상.

프로젝트 파트너 SGL 카본은 이제 단일 매트릭스 솔루션(PP 또는 PA6 계열)용 적정 사이징 탄소섬유 공급, 펄트루전, 오가노시트, 오버몰딩 컴파운드뿐 아니라 경량 응용 센터(LAC, 독일 마이팅엔)를 통한 설계 및 공정 전문성도 제공.

WIRED 기사 무지한 주장에 대한 재반박

이 CFRP 생산 방식이 수년간 쓰인 건 사실이나, 항공기와 자동차 제조사들은 이미 더 자동화되고 근제로 웨이스트에 가까운 소재·공정, 패스너 제거·재활용성/재생원료 사용·수리 용이성 입증된 열가소성으로 전환했습니다.

결국 WIRED 저자는 eVTOL 선구자 아이콘(ICON)이 CFRP 기체로 나아갈 뿐 아니라 대형 항공기 부품도 제조할 계획이라고 밝힌 점 때문에 자기 논리를 스스로 모순시킵니다. 탄소섬유는 eVTOL을 주저앉히는 게 아니라, 공중과 지상의 다양한 미래 차량에 대해 영리한 엔지니어링으로 나아가는 기업들의 핵심 역할을 이미 하고 있습니다. 최신 기술을 쓰는 게 타당한데, 이 모든 신차는 어차피 인증받아야 하니까요.

WIRED 기사에서 베타테크놀로지스(BetaTechnologies) CEO 카일 클라크(Kyle Clark)가 한 가지 핵심 지적은 했습니다.

블루 포스 테크놀로지스(Blue Force Technologies) CEO 스콧 블레드소(Scott Bledsoe)도 공기역학, 추진, 스타일링, 구조 및 제조 팀이 설계 개발 각 단계마다 동등한 자리를 가져야 한다고 강조했습니다.

하지만 가장 중요한 건 복합소재 제조 기술이 어디로 가는지 최신 동향을 파악하고, 전문 지식을 공유하고 미래 응용 개발을 돕고자 하는 수많은 소재·장비·기술 공급업체와 연결되는 것입니다. CompositesWorld에 연락하세요. 그게 우리가 하는 일입니다. 신뢰할 수 있는 기술적 연결과 정보를 제공합니다.