모터의 희토류, 절반으로 줄인다
모터의 희토류, 절반으로 줄인다
  • 이홍철 기자
  • 승인 2018.09.07 15:00
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토요타가 네오디뮴(Nd)의 비중을 50% 이하로 낮춘 자석을 개발했다고 밝혔다. 증가하고 있는 전기차 수요에 대응하여 희소 금속인 희토류의 의존도를 줄이고, 잠재적인 수급 불안 요소를 제거하기 위함이다. 토요타에 따르면, 이 자석은 모터 제조 비용을 50%까지 낮출 수 있는 바 산업용 전기모터에도 영향을 끼칠 수 있는 기술로 주목된다. 

희토류(稀土類)는 글자 그대로 희귀한 흙이라는 뜻이다. 지각 내에 총 함유량이 300ppm(100만분의 300) 미만인 금속으로, 원자번호 57~71번인 란탄 계열 15개 원소와 스칸듐, 이트륨 등을 포함한 17개 원소를 하나로 묶어 희토류로 총칭된다. 

이 중  가장 수요가 높은 희토류는 네오디뮴(Nd)으로, 현재 전체 희토류 소비의 40%가 네오디뮴의 수요이다. 네오디뮴 수요가 높은 까닭은 네오디뮴을 첨가할 경우, 자석의 자력을 10배 가량 높일 수 있기 때문이다. 자석의 소형화는 곧 더 작고 더 강력한 전기모터가 가능함을 의미하며, 전기차·로봇의 확대 등 전기모터의 수요 확대에 따라 네오디늄의 수요 역시 크게 증가하고 있다. 

하지만 희토류는 추출이 어렵고, 채굴과 추출과정에서 심각한 환경오염이 발생하기 때문에 생산량이 풍부하지 않다. 현재 전세계 희토류 생산량의 절대량이 중국에 의존하고 있는 상황으로, 중국의 정책(희토류 생산량 제한 등)에 따라 가격이 널을 뛰고 수급불균형으로 인한 불확실성이 늘 문제로 지적된다.

수급 불확실성 제거·비용절감 실현
토요타가 새로운 자석을 개발한 까닭은 전기차의 수요가 급격히 성장하고 있기 때문이다. 이에 잠재적인 수급 불안 요소를 갖고 있는 희토류 사용을 줄일 수 있는 기술 개발에 나선 것이다. 

도요타는 전기차의 급증으로 이르면 2025년부터 전세계 네오디뮴 공급을 초과하는 수요가 발생한다고 예측하고 있으며, 이에 신규 자석으로 자사 생산 차량의 전기모터 수요를 충족시킬 방침이다.

토요타에 따르면, 새로운 자석은 네오디뮴의 사용을 최대 50%까지 억제하며, 네오디뮴 자석에 필요한 또다른 희토류인 지르코늄(Tb)과 디스프로슘(Dy)도 전혀 사용하지 않는다. ▲자석 입자의 미세화 ▲2층 구조 ▲란타넘과 세륨의 비율 조정 등의 신기술 적용이 네오디뮴 사용량을 줄인 비결이다. 

구체적으로, 이 자석은 기존 네오디뮴 자석에서 발견되는 자석 입자의 1/10 이하로 미세화를 실현하여 입자 경계 영역을 확대하고, 2층 구조의 표면에 네오디뮴을 집중시키는 방식으로 자원을 더 효과적으로 사용함으로써 총량을 감소시킨다. 또 더 저렴한 희토류인 란타넘과 세륨을 네오디뮴과 조합하여 합금화함으로써 네오디뮴 총량 감소에 따른 특성 저하를 방지했다. 

토요타는 2020년 상반기부터 차량의 전기 파워 스티어링 모터에 네오디뮴을 줄인 새로운 자석을 사용할 계획이다. 나아가 새로운 자석이 전기차량의 구동 모터로는 물론 로봇, 가전 기기 등 크기 대비 고출력을 필요로 하는 모터에서 광범위하게 활용될 것으로 기대했다.

한편 일본 기업들은 중국이 좌우하는 희토류 의존도를 줄이기 위한 작업에 열중하는 모습이다. 중국 정부의 정책에 따라 큰 가격변동성의 위험에 더하여 2010년 센카쿠 열도 분쟁 당시 일본에 대한 희토류 원소 수출 중단이라는 초강경 조치의 직격탄을 맞은 경험 때문이다. 이에 토요타 외에도 미쯔비시, 파나소닉 등이 폐기되는 에어콘에서의 희토류 금속 추출 기술 개발에 나서는 등 중국 의존도 줄이기에 한창이다.

 



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