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에어리스 타이어
에어리스 타이어(airless tire)는 공기 주입 없이 우레탄 망으로 이루어진 타이어이다. 접지면이 마모되어도 재사용할 수 있으며 금속 등 다양한 소재로 제조할 수 있다. 본래 군사용으로 개발되었으나, 타이어 펑크 등과 같은 안전사고 예방과 타이어의 중량 감소로 에너지소비효율이 좋고 공기압을 관리할 필요가 없어 편리한 미래 타이어로 각광받고 있다. 아직은 상용화되지 않아 일상에서는 보기 힘들지만 소형 레저용 카트나 킥보드 등에 간혹 사용되기도 하며, 전기자동차로서는 제너럴모터스(GM)의 차세대 볼트 EV에 최초로 에어리스 타이어가 적용될 예정이다.
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목차
등장배경
바퀴용 고무가 처음 개발된 것은 1840년대, 그리고 그 고무타이어에 공기를 불어넣은 공기타이어가 최초로 등장한 것은 1880년대다. 공기압을 지닌 타이어는 오늘날까지 원리나 기능이 거의 그대로 유지되고 있다. 그만큼 바퀴 또는 타이어의 역사는 길지만 그 형태나 구성 그리고 소재의 변화는 적은 편이었다. 타이어 제조사들은 공기타이어의 단점과 한계를 알고 있었지만 오랫동안 그것을 피할 명쾌한 답을 내놓지 못했다. 공기타이어는 공기 주입량에 따라 타이어의 특성이나 성격이 제대로 발휘되지 못하는 경우도 있고, 타이어가 파손된 경우 공기가 빠져나가면서 타이어가 제 역할을 하지 못했다. 또 타이어의 공기압은 온도에 따라 달라지기도 하는데, 그래서 안전운전과 효율적인 주행을 위해서는 주기적으로 공기압을 점검해야 한다. 그런데 공기압 점검이 점점 사소하게 느껴져서 주기적으로 공기압을 측정하는 운전자는 그리 많지 않다. 물론 타이어가 파손되어 공기압이 줄어들어도, 단단한 사이드월로 타이어 형상을 유지하며 일정 속도로 일정 거리를 주행할 수 있는 런플랫 타이어(run-flat tire)도 존재하긴 하지만, 이것도 공기타이어의 명확한 단점을 완전히 극복하지는 못한다. 임시방편일 뿐 결국 타이어를 수리해야 교체해야 한다.[1] 그래서 공기타이어의 한계를 극복하는 방법으로 타이어 제조사들이 선택한 것은 다름 아닌 공기를 아예 배제시키는 것이었다. 공기 없이 자동차의 무게를 견딜 수 있게 새로운 구조를 지닌 타이어를 계획했다. 사실 전 세계 유수 타이어 제조사들이 수십 년 전부터 개발에 뛰어들었지만 비용, 기술 부족 등 문제로 상용화에는 실패했다. 하지만 2015년부터 본격적으로 에어리스 타이어의 콘셉트들이 등장하기 시작했다. 타이어 고무에 구멍을 뻥뻥 뚫어 공기를 주입하지 않는 대신 벌집, 나뭇잎의 비정형적 패턴 등을 사용해 구조의 안정성을 높인 형태가 적용되기 시작했다. 새로운 구조를 지닌 에어리스 타이어는 트레드, 구조물 등이 서로 얽혀있어서 적절하게 자동차의 하중을 견딜 수 있다. 또 기존의 공기타이어에 비해 유지비가 절감되고 타이어 공기압 경보장치(TPMS)와 같은 센서가 필요하지 않기 때문에 제품의 단순화도 유리하다.[2]
특징
주행 안전성
에어리스 타이어의 가장 큰 장점은 타이어 펑크를 방지해 타이어 손상으로 인한 사고를 줄일 수 있다는 점이다. 자동차 사고의 원인중에는 타이어도 있다. 놓면과 맞닿은 트레드가 닿으면 충분한 접지력을 확보하기 어렵디. 비 오는 날 물을 밖으로 흘려보내는 기능도 잃는다. 뾰족한 물건을 잘못 밟으면 펑크가 날 우려도 있다. 이처럼 바람이 빠지거나 트레드 마모가 심하면 갑작스러운 돌발 상황에서 대처하기가 힘들다. 에어리스 타이어는 펑크로부터 자유롭다. 구멍이 나더라도 아랑곳하지 않고 달릴 수 있을 뿐만 아니라 압력이 맞지 않아 발생하는 편마모 현상도 사라지며, 더 나은 승차감 확보를 위해 공기를 넣지 않기 때문에 요철에 손상을 입어도 피해가 없다. 따라서 TPMS와 같이 타이어의 압력을 체크하는 센서도 필요치 않다.[3] 즉 타이어 공기압을 확인하고 조정하는 등 유지보수가 필요 없어진다. 게다가 에어리스 타이어는 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)으로 만들어지기 때문에 기존 공기타이어의 화재나 폭발 위험에서도 자유롭다.[4] 유리섬유 강화 플라스틱은 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운 소재로 외부 충격에 강하고 장력 강도가 크다.[5]
승차감 향상
에어리스 타이어는 승차감 향상에 있어서도 상당한 이점이 있다. 충격을 흡수하는 소재가 유체가 아니기 때문에 점성에 의한 상호 반응이 거의 없어서 둔덕 위를 지나갈 때도 전보다 훨씬 안정감 있는 승차감과 더불어 그립을 확보할 수 있으며, 특히 구조물의 형태가 측면으로 쉽게 기울지 않도록 디자인되어 있기 때문에 코너에서 사이드월이 일그러지면서 타이어가 측면으로 삐져나오는 현상을 최소화할 수 있다. 게다가 장시간 주행에도 공기의 팽창에 따른 타이어 접지면적의 변화가 없어 매 순간 일정한 마찰력을 확보할 수 있다.[3]
지속가능성
에어리스 타이어의 경쟁력은 지속가능성이다. 타이어 수명이 늘어나면서 쓰레기 매립지에 쌓이는 타이어 개수를 줄이는 데 도움이 되기 때문이다. 타이어의 수명은 트레드와 사이드월을 이루는 고무보다 수명이 짧다. 따라서 타이어가 마모 한계선 이상으로 마모되면, 하중 지탱과 충격 흡수를 담당하는 카커스 부분이 외부로 드러나 공기가 빠져나갈 위험이 높다. 타이어 수명을 3만km로 잡는 이유다. 반면 에어리스 타이어는 트레드 부분의 고무가 닳아도 쓸 수 있다. 그 결과 에어리스 타이어 수명은 공기타이어보다 3배 이상 오래 지속된다고 알려졌다.[6] 또 타이어 원자재 사용량과 생산 에너지를 줄이는 효과까지 있다. 원재료와 폐기물을 모두 줄이는 셈이다. 타이어 교체 시기가 다가오면 허브와 스포크는 동일하게 유지하면서 트레드(타이어 접지면) 부분만 새것으로 교체하면 된다.[7]
해결과제
에어리스 타이어 초기 버전에서 확인된 일반 공기타이어에 비해 크게 발생하는 소음 문제, 높은 비용, 낮은 충격 흡수율, 불편한 승차감 등은 해결해야 할 과제로 남았다. 우선 내부를 지탱하는 구조물의 내구성이 어느 정도인지 완벽히 검증되지 못했다는 것이 가장 큰 문제다. 쉽게 말해 공기는 절대로 부러질 일이 없지만, 고무 혹은 알려지지 않은 소재로 만들어진 구조물은 반복되는 변형에 언젠가는 피로파괴가 일어날 수밖에 없다. 게다가 고무와 유사한 소재라면 반복되는 형태의 변형에 따라 열이 발생할 수 있으며, 그렇게 된다면 일정한 형태를 꾸준히 유지하기 힘들 것이다. 그렇다고 무턱대고 내열, 내구성만을 고려할 수도 없는 노릇이다. 지나치게 단단하면 굉장히 피곤한 승차감을 제공할 수 있기 때문이다. 공기 대신 구조체를 넣어야 하기 때문에 타이어 중량이 그만큼 증가한다는 단점도 있다. 특히 타이어는 스프링 상질량에서 가장 높은 비중을 차지하는 부품 중 하나이기 때문에 타이어 자체의 무게 증가가 일어날 경우 자동차의 조향성부터 댐퍼의 피로도에 이르기까지 다양한 부분에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 그리고 사이드월이 막혀있지 않다면 아마도 공기저항에도 부정적 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 타이어를 지탱하는 내부 구조물은 노면의 소음을 거의 여과 없이 휠에 전달할 수 있다. 따라서 타이어 측면을 스치고 지나가는 바람 소리와 더불어 노면의 소음에 이르기까지 주행 소음에 시달릴 가능성도 충분해 보인다.[3] 타이어 표면에 있는 구멍에 이물질이 쉽게 낀다는 것도 문제이다. 진흙 등이 끼어 그대로 말라 붙으면 충격 흡수 등 원래 역할에 지장이 있을 수밖에 없다. 화물차 등 무거운 중량을 견디는 데에도 아직까지는 한계가 있다.[8]
주요 제품 및 회사
미쉐린 업티스
프랑스의 타이어업체 미쉐린(Michelin)의 경우 ‘업티스(Uptis)’로 불리는 에어리스 타이어의 양산을 준비하고 있다. 미쉐린 측은 빠르면 2025년쯤 업티스가 장착된 자동차가 등장할 수 있다고 전했다. 미쉐린은 2009년 업티스를 개발하기 시작했으며 이와 관련하여 50여 개 이상의 특허를 출원한 상태다. 2019년 공식적으로 외부에 공개했는데, 당시 테스트카로 소개한 모델이 볼트EV였다.[9] 이미 미쉐린과 제너럴모터스(GM)는 2022년형 볼트EV에 업티스를 장착하고 시험 주행까지 완료한 상태다. 미쉐린이 에어리스 타이어 개발에 나서기 시작한 것은 2005년부터다. 약 20여 년 동안 미쉐린은 에어리스 타이어에 대한 연구와 개발을 꾸준히 진행해왔고, 2022년에 들어 첫 상용화란 문턱 앞에 서게 되었다. 미쉐린이 에어리스 타이어를 개발하기 시작한 이유는 폐타이어 때문이었다. 미쉐린이 공개한 자료에 따르면 매년 폐기되는 타이어의 개수가 약 10억 개에 이른다고 한다. 폐타이어들의 비중을 살펴보면 불규칙한 마모로 인한 폐기가 8%, 공기 손실 유지 불가로 인한 폐기가 12%, 도합 20%의 비중을 차지하고 있다. 이는 약 2억 개에 달하는 수치로, 그 무게가 무려 에펠탑 200개의 무게와 맞먹는다고 한다. 미쉐린은 에어리스 타이어를 통해 폐타이어의 비중을 낮추고, 이를 통해 폐타이어가 원인이 되어 발생하는 환경오염을 줄이고자 에어리스 타이어를 개발하기 시작했으며 그 결과로 개발된 것이 바로 업티스이다.[10]
굳이어 터프커맨드
미국의 타이어업체인 굳이어(Goodyear)는 2017년 산업용 에어리스 타이어인 ‘터프커맨드(TurfCommand)’를 선보였다. 운송업에 종사하는 차의 원활한 유지를 위해 개발했다. 3년 뒤에는 전기자동차 전용 에어리스 타이어도 만들었다. 타이어 가운데에 캡슐을 집어넣으면 타이어가 직접 고무를 충전한다. 더불어 타이어가 스스로 외부 환경에 맞춰 특성을 바꾸는 기능도 갖췄다. 굳이어는 2022년 5월 에어리스 타이어 프로토타입의 주행 영상을 공개했다. 굳이어는 타이어 테스트를 위해 룩셈부르크에 자리한 굳이어 테스트 트랙을 찾았다. 시험에 사용된 차량은 테슬라(Tesla) 모델3로, 시속 160㎞로 약 12만㎞을 주행했다. 영상에 따르면, 에어리스 타이어를 신은 모델3는 다양한 장애물을 가뿐히 지나갔다. 차체 하중이 한 쪽으로 쏠리는 굽잇길에서도 안정적인 거동을 자랑했다.[11] 자동차뿐만이 아니다. 굳이어는 미국항공우주국(NASA)의 아폴로 달착륙 프로젝트에 참여하여 나사뿐만 아니라 다른 우주 기관도 사용할 수 있도록 자사의 고급 에어리스 타이어 기술이 접목된 차세대 달 이동 차량을 개발하고 있다.[12] 이 차량에는 달 탐사선이 달 표면의 극한 컨디션을 견디게 하기 위해 지구에서 사용되는 굳이어의 첨단 에어리스 타이어 기술이 적용된다.[13]
한국타이어 아이플렉스
한국타이어앤테크놀로지㈜는 2013년 자체 개발한 에어리스 타이어 콘셉트를 공개했다. 이후 2022년 1월 개최된 CES 2022를 통해 에어리스 타이어 ‘아이플렉스(i-Flex)’를 처음 공개했다. 아이플렉스는 모든 사물에 이동성을 부여하는 MoT(Mobility of Things) 생태계를 구축하기 위한 핵심 기술인 현대자동차그룹의 PnD 모듈(플러그 앤드 드라이브 모듈)에 적용된다. 아이플렉스는 직경 400㎜, 폭 105㎜에 10인치 크기다. 내부에 공기가 없어 펑크 사고의 위험이 없으며 적정 공기압 유지 관리도 필요하지 않아 자율주행차에 최적화된 제품이다. 주행 중 필요한 충격 흡수와 하중 지지 성능을 구현하고자 다양한 생체 모방 연구 과정을 통해 탄생했다. 생물 세포 구조에서 착안한 멀티 레이어 인터로킹 스포크 디자인이 적용됐다. 멀티 레이어 인터로킹 스포크는 생물의 세포 구조를 3D로 입체 구조화시켜 주행 중 노면에서 발생하는 충격을 흡수한다. 또 서로 다른 강성의 육각, 사각 형태의 셀 구조가 유기적으로 맞물리게 설계돼 더욱 안정적인 하중 지지가 가능하다. 또 C자 형태의 오목한 프로파일 적용으로 극대화된 접지면을 확보해 안정적인 주행이 가능하도록 설계됐다. 트레드에도 셸 구조를 형상화해 자율 선회 주행에 최적화된 패턴을 적용했다.[14]
금호타이어 핀스레드
금호타이어㈜는 독일에서 열린 '더 타이어 쾰른 2022'에 참가해 에어리스 타이어 시제품 '핀스레드(Fin-Sread)'를 선보였다. 핀스레드는 자율주행차에 우선 장착할 계획이며, 5G를 통해 노면 상태와 교통 정보 등 각종 정보를 자율주행차에 전달할 수 있게 설계했다. 특히 파손·마모됐을 때 타이어를 통째로 폐기하지 않아도 된다. 해당 부분만 교체가 가능해 폐타이어 발생을 최소화할 수 있다.[15]
각주
- ↑ 이승훈 기자, 〈타이어의 진화...펑크나도 달리고 빗길에도 안전하게〉, 《매일경제》, 2011-02-14
- ↑ 한국교통안전공단, 〈타이어 역사상 가장 큰 변화...'공기없는 타이어'가 상용화를 준비하고 있다!〉, 《네이버 블로그》, 2021-12-29
- ↑ 3.0 3.1 3.2 박종제 에디터, 〈미쉐린, 2024년부터 에어리스 타이어 공급 예정〉, 《오토뷰》, 2020-08-03
- ↑ 이혜영 기자, 〈‘공기 없는 자동차 타이어’ 시대 3년 뒤 열린다〉, 《글로벌이코노믹》, 2021-09-20
- ↑ 변지희 기자, 〈친환경차 바람 타고… 공기 없는 ‘에어리스 타이어’ 상용화 채비〉, 《조선비즈》, 2022-02-24
- ↑ 최진욱 기자, 〈공기압 걱정 없는 굿이어 에어리스 타이어, 핵심 특징은?〉, 《네이버 포스트》, 2022-05-31
- ↑ 이후림 기자, 〈펑크 걱정 없는 에어리스 타이어, 친환경도 잡을까? 〉, 《뉴스펭귄》, 2022-05-23
- ↑ 노경목 기자, 〈중국 내에 확산되는 '공기 없는 타이어'〉, 《모바일한경》, 2018-11-19
- ↑ 박상준 기자, 〈‘에어리스 타이어’ 미쉐린 업티스, 차세대 볼트EV에 들어갈까?〉, 《모터플렉스》, 2022-02-21
- ↑ 오코모, 〈이게 타이어야? 기존 상식 싹 뒤엎은 타이어 개발됐다〉, 《브런치》, 2022-03-02
- ↑ 최지욱 기자, 〈공기압 걱정 없는 굿이어 에어리스 타이어, 핵심 특징은?〉, 《로드테스트》, 2022-05-31
- ↑ 김동호 기자, 〈굿이어 타이어, 달 착륙 프로젝트 참여…달 탐사 시 이동성 극대화에 기여〉, 《서울경제》, 2022-07-20
- ↑ 이지선 기자, 〈(특파원 리포트) 굿이어 타이어(GT.O), 에어리스 타이어 기술 록히드 마틴(LMT)의 달 표면 탐사선에 적용〉, 《인스탁데일리》, 2022-07-21
- ↑ 김능현 기자, 〈한국타이어, 공기없는 타이어 '아이플렉스' 공개 (CES 2022)〉, 《서울경제》, 2022-01-05
- ↑ 정연우 기자, 〈미쉐린이 연 에어리스 타이어, 韓 3사 뒤집기 나선다〉, 《아주경제》, 2022-05-30
참고자료
- 이승훈 기자, 〈타이어의 진화...펑크나도 달리고 빗길에도 안전하게〉, 《매일경제》, 2011-02-14
- 노경목 기자, 〈중국 내에 확산되는 '공기 없는 타이어'〉, 《모바일한경》, 2018-11-19
- 박종제 에디터, 〈미쉐린, 2024년부터 에어리스 타이어 공급 예정〉, 《오토뷰》, 2020-08-03
- 백상한 매니저, 〈美, 주목 받기 시작하는 친환경 타이어 시장〉, 《한국무역협회》, 2021-02-20
- 이혜영 기자, 〈‘공기 없는 자동차 타이어’ 시대 3년 뒤 열린다〉, 《글로벌이코노믹》, 2021-09-20
- 한국교통안전공단, 〈타이어 역사상 가장 큰 변화...'공기없는 타이어'가 상용화를 준비하고 있다!〉, 《네이버 블로그》, 2021-12-29
- 김능현 기자, 〈한국타이어, 공기없는 타이어 '아이플렉스' 공개 (CES 2022)〉, 《서울경제》, 2022-01-05
- 차진재 기자, 〈차세대 쉐보레 볼트 EV에 미쉐린 공기없는 타이어 장착〉, 《엠투데이》, 2022-02-21
- 박상준 기자, 〈‘에어리스 타이어’ 미쉐린 업티스, 차세대 볼트EV에 들어갈까?〉, 《모터플렉스》, 2022-02-21
- 변지희 기자, 〈친환경차 바람 타고… 공기 없는 ‘에어리스 타이어’ 상용화 채비〉, 《조선비즈》, 2022-02-24
- 오코모, 〈이게 타이어야? 기존 상식 싹 뒤엎은 타이어 개발됐다〉, 《브런치》, 2022-03-02
- 이후림 기자, 〈펑크 걱정 없는 에어리스 타이어, 친환경도 잡을까? 〉, 《뉴스펭귄》, 2022-05-23
- 정연우 기자, 〈미쉐린이 연 에어리스 타이어, 韓 3사 뒤집기 나선다〉, 《아주경제》, 2022-05-30
- 최진욱 기자, 〈공기압 걱정 없는 굿이어 에어리스 타이어, 핵심 특징은?〉, 《네이버 포스트》, 2022-05-31
- 최지욱 기자, 〈공기압 걱정 없는 굿이어 에어리스 타이어, 핵심 특징은?〉, 《로드테스트》, 2022-05-31
- 김동호 기자, 〈굿이어 타이어, 달 착륙 프로젝트 참여…달 탐사 시 이동성 극대화에 기여〉, 《서울경제》, 2022-07-20
- 이지선 기자, 〈(특파원 리포트) 굿이어 타이어(GT.O), 에어리스 타이어 기술 록히드 마틴(LMT)의 달 표면 탐사선에 적용〉, 《인스탁데일리》, 2022-07-21
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