중희토류가 병목이 된 이유
전기차와 하이브리드차 모터의 핵심에는 자석이 있습니다. 상용 자석 가운데 가장 강력한 것은 네오디뮴 철 붕소 자석입니다. 이 자석은 작은 모터에서 높은 토크를 냅니다. 하지만 문제가 있습니다. 네오디뮴 자석은 온도가 높아지면 자력이 약해지기 시작합니다. 열에 대응하기 위해 제조업체들은 전통적으로 디스프로슘과 터븀을 중심으로 소량의 중희토류 원소를 첨가합니다. 두 원소는 보자력, 즉 자석이 탈자에 저항하는 정도를 높여 견인 모터가 뜨거워져도 자석이 자력을 유지하도록 합니다.
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중희토류 공급은 특정 지역에 집중돼 있습니다. 업계 조사와 최근 보도에 따르면 중국은 세계 희토류 광석의 상당량을 채굴하고 산화물과 금속의 대부분을 정제하며, 자동차와 전자제품에 들어가는 자석의 약 90%를 생산합니다. 수출 규제가 강화되면 공급망은 빠르게 영향을 받습니다. 최근 몇 달간 자동차 제조업체들은 자석 소재의 대체 공급처를 찾아 분주히 움직였습니다. 스즈키자동차는 부품 부족으로 일부 조립 라인을 일시적으로 멈췄고, 공급업체들은 반도체 부족 사태를 연상시키는 공급난 가능성을 경고했습니다. 로이터통신은 희토류 병목 현상에 자동차 제조업체와 부품업체들이 크게 당황하고 있다고 전했습니다.
일본 신형 자석의 가능성
일본 소재 전문업체들은 모터 성능과 중희토류 금속의 연관성을 끊기 위해 나서고 있습니다. 과거 히타치금속이었던 프로테리얼은 중희토류를 전혀 쓰지 않고도 성능을 유지하는 견인 모터용 네오디뮴 자석을 개발했다고 밝혔습니다. 회사 측은 제조 과정에서 불순물과 미세구조를 정밀하게 제어해 전기차와 하이브리드차에 충분한 성능을 내는 자석 등급을 구현했다고 설명했습니다.
업계 자료에 공개된 기술 세부사항에 따르면 디스프로슘과 터븀을 쓰지 않는 신형 소결 네오디뮴 자석 두 등급이 개발됐습니다. 첫 번째 등급은 구동 모터와 전동식 파워 스티어링, 압축기를 겨냥하며, 잔류 자속 밀도 B_r은 약 1.40테슬라, 고유 보자력 H_cJ는 최소 1671킬로암페어/미터입니다. 더 높은 토크가 필요한 용도의 두 번째 등급은 B_r을 1.42테슬라로 높이고 H_cJ를 1830킬로암페어/미터 이상으로 끌어올렸습니다. 간단히 말해 B_r은 자석이 낼 수 있는 자속의 크기를, H_cJ는 고온에서 자석이 얼마나 쉽게 탈자되는지를 나타냅니다.
프로테리얼은 첫 번째 등급의 양산 라인 시제품이 이미 공급 가능하며, 내열성을 높인 제품은 2026년 4월까지 시제품 공급이 가능해질 것이라고 밝혔습니다. 회사는 네오디뮴 소결 자석 관련 특허를 수백 건 보유하고 있으며, 일부 모터 코어의 무게와 손실을 줄일 수 있는 고자속 연자성 합금 개발도 강조해 왔습니다. 견인 모터 분야에서 핵심은 토크와 내열성의 주요 기준을 충족하면서 중희토류를 제거하는 것입니다.
회사는 사이타마현 구마가야와 효고현 야부에서 국내 생산을 준비하고 있습니다. 계약이 체결되면 자동차 업체들이 베이징의 정책 변화에 덜 노출된 공급처를 찾는 시점에 견인 모터용 자석의 일본 내 공급원이 생기게 됩니다.
초기 성과를 보이는 다이도특수강
다이도특수강과 자회사 다이도전자공업은 중희토류를 전혀 쓰지 않는 하이브리드차용 네오디뮴 자석을 이미 상용화했습니다. 자석 내부의 결정립 크기를 더 잘게 다듬는 방식으로 보자력을 높이고 모터가 가열될 때 성능을 안정적으로 유지합니다. 혼다는 2016년 주요 완성차 업체로는 처음으로 이 자석을 하이브리드 모델에 적용했습니다.
수요가 다시 늘고 있다는 신호도 나타나고 있습니다. 다이도특수강은 일본과 미국 자동차 제조업체들로부터 하이브리드차와 배터리 전기차용 제품에 대한 문의가 늘었다고 밝혔습니다. 예상 주문에 대응하기 위해 기후현 나카쓰가와에 있는 다이도전자공업 공장에 50억 엔을 투자할 계획입니다. 목표는 2026년 봄까지 월 생산능력을 약 45톤으로, 2030회계연도에는 약 150톤으로 끌어올리는 것입니다.
회사는 중희토류를 쓰지 않고 기존 소결 방식보다 제조 과정의 전력 소비를 줄이는 열간 가공 자석 기술도 개발하고 있습니다. 이는 공장 단계의 탄소 배출을 줄이고 희토류 시장의 공급이 가장 빠듯한 부문에 대한 의존도를 낮출 수 있습니다. 다이도전자공업은 일본과 태국, 중국, 미국으로 생산과 고객 지원을 분산하고 있으며, 오하이오주에서 견인 모터용 자석을 제조할 계획도 세우고 있습니다.
신형 자석은 전기차의 발열을 견딜 수 있을까
가정용 승용차의 견인 모터 내부 온도는 섭씨 150도를 훌쩍 넘을 수 있으며, 가파른 경사로를 오르거나 반복적으로 가속하면 국부적인 고온 지점은 더 뜨거워집니다. 열은 자석의 자력을 약화시키며 고유 보자력이 충분히 높지 않으면 되돌릴 수 없는 자력 손실을 일으킬 수 있습니다. 중희토류를 첨가하면 H_cJ가 높아지기 때문에 가장 까다로운 사양의 자석에는 중희토류가 표준적으로 쓰여 왔습니다.
프로테리얼은 소결 과정에서 불순물과 결정 방향을 제어해 디스프로슘이나 터븀 없이도 적정한 H_cJ와 B_r을 확보했다고 밝혔습니다. 분석가들은 진전을 환영하면서도 제3자 검증을 주시할 것으로 보입니다. 수천 차례의 열순환과 모든 속도·부하 범위에서 성능이 유지돼야 하며, 습기와 염수 분무에 노출된 뒤에도 성능이 보존돼야 합니다. 초기 업계 평가에서는 신형 자석이 성능과 비용 면에서 디스프로슘이 들어간 최고 등급 제품과 동등하거나 이를 능가하는지도 확인해야 한다는 지적이 나옵니다.
엔지니어들이 검증할 항목
설계팀은 작동 온도별 전체 탈자 곡선을 작성한 뒤 과부하 상황 이후 비가역적 자력 손실이 있는지 시험합니다. 자석 자체의 특성만 보는 것이 아니라 발전기와 인버터 조합을 고려해 토크와 효율을 확인합니다. 기계적 내구성도 중요합니다. 자석 등급과 형상, 코팅, 접착제, 로터 슬리브가 모두 반복되는 열적·기계적 스트레스를 견뎌야 합니다.
검증에는 생산 일관성도 포함됩니다. 시범 생산에서 규격을 충족한 제품은 대량 생산에서도 매달 같은 기준을 맞춰야 합니다. 공급업체는 통계적 공정 관리 자료와 추적성 정보, 가속 수명 시험의 고장 분석을 요구할 것입니다. 실험실 시험에는 수개월이 걸릴 수 있으며, 부품이 시제 차량에 장착된 뒤에는 1년 이상 소요될 수 있습니다.
세계적인 공급 확보 경쟁과 대안
희토류 정책은 자동차 업계의 압박 요인으로 떠올랐습니다. 중국은 정제 분야 대부분과 자석 생산의 약 90%를 장악하고 있습니다. 최근 허가 절차가 지연되는 동안 유럽 공급업체들이 일시적으로 생산라인을 중단했고, 안정적인 자석 공급이 이뤄지지 않으면 일부 자동차 제조업체의 공장 가동도 멈출 수 있다는 경고가 나왔습니다. 반도체 공급난을 떠올리게 하는 불안감에 기업들은 기술과 생산 지역을 모두 다변화하고 있습니다.
대체 모터 설계도 대응책의 일부입니다. 권선형 동기 모터와 유도 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터는 영구자석을 사용하지 않습니다. 일부 모터는 풍부하지만 자력이 약한 페라이트 자석을 새로운 구조와 결합해 성능을 보완합니다. 유럽의 여러 브랜드는 일부 모델에 자석이 필요 없는 모터를 도입했습니다. 테슬라는 차세대 영구자석 모터에 희토류를 사용하지 않을 것이라고 밝혔으며, 이는 신소재와 새로운 모터 구조를 찾는 움직임을 촉진했습니다. 시장조사에 따르면 2015~2022년 전기차에서는 영구자석 모터가 여전히 4분의 3이 넘는 점유율을 차지했지만, 희토류 사용량을 줄이고 대체 모터가 점진적으로 늘어나는 추세입니다.
중국 이외 국가들도 공급 공백을 메우기 위해 서두르고 있습니다. 인도에서는 모터 제조업체와 스타트업들이 페라이트 자석과 릴럭턴스 원리에 기반한 자석 없는 견인 모터 설계의 라이선스를 확보하고 있으며, 국내 재활용 업체들은 전자 폐기물에서 희토류를 회수하는 작업을 진행하고 있습니다. 목표는 임시방편에 그치지 않습니다. 빠르게 성장하는 차량 사업을 뒷받침할 수 있는 지역 공급망을 구축하는 것입니다.
북미에서는 재활용과 신규 처리 시설 구축이 탄력을 얻고 있습니다. 온타리오주에 기반을 둔 사이클릭 머티리얼스는 화학업체 솔베이와 재활용 희토류 공급 계약을 맺었으며, 캐나다는 미주와 유럽 고객에게 공급할 처리 역량에 투자하고 있습니다. 업계 관계자들은 무역 긴장으로 독립적인 공급망 구축 계획에 속도가 붙었다고 말합니다. 유코어의 팻 라이언 최고경영자는 최근 정책 변화에 관한 발언에서 이런 분위기를 잘 드러냈습니다.
