희토류란? (Rare Earth Elements)
정의: 희토류는 주기율표에서 란타넘족(Lanthanides) < 란타넘족은 주기율표에서 원자번호 57~71번까지의 원소로, 화학적 성질이 유사하고, 대부분 희토류로 분류되어 첨단 기술 산업에서 매우 중요 > 원소 15개에 '스칸듐(Sc)'과 '이트륨(Y)'을 더한 총 17개 원소를 말한다.
과학적 특징
- 대부분 3가 양이온(RE³⁺) 상태로 존재 -> 화학적 성질이 유사하다.
- 자기적, 광학적, 전기적 특성이 독특해서 특정 산업에만 쓰일 수 있다.
- 매우 유사한 화학적 성직 때문에 원소 간 분리, 정제가 매우 어렵고 비용이 크다. 희토류의 다양한 용도로 쓰인다.
- 전기차: 모터의 영구자석으로 사용되어 효율을 높인다.
- 풍력 발전: 터빈의 자석으로 사용되어 발전 효율을 향상한다.
- 전자제품: 스마트폰, 디스플레이, 스피커 등 다양한 부품에 사용된다.
- 군사 장비: 레이더, 미사일, 항공기 엔진 등에도 필수적인 소재이다.
특히 네오디뮴-프라세오디뮴(NdPr) 자석은 전기차와 풍력 발전 분야에서 수요가 급증하고 있다.
<산업 분야사용 원소쓰임>
| 전기차 모터, 풍력터빈 | Nd, Pr, Dy, Tb | 고성능 네오디뮴 자석 (NdFeB) |
| 스마트폰, LCD, OLED | Eu, Tb, Y | 형광체 및 컬러 필터 |
| 정유 산업 | Ce, La | 석유 정제용 촉매 |
| 군사 장비 | Dy, Gd, Sm | 레이더, 미사일, 유도 시스템 |
| 의료기기 |
지구상 분포와 생산
- 중국: 전 세계 정제 기준 90% 이상 생산
- 호주, 미국: 채굴은 하지만 정제 능력 부족
- 북한: 세계 6위 자원 보유량 추정 (활용 미진)
경제·지정학적 중요성
- 희토류는 전략자원으로 간주됨 (군사, 첨단산업 필수)
- 공급국(중국)이 수출 통제를 할 경우 → 세계 산업 마비 가능
왜 세계가 ‘희토류 대체’에 매달리고 있는가?
이는 단순한 과학적 이유가 아니라, 지정학적, 경제적, 산업안보적 이유가 모두 얽혀 있다.
1. 무기화, 공급 독점 : 전 세계 희토류 정제의 90% 이상, 광물 생산의 약 70%를 중국이 차지하고 있기 때문에 중국의 희토류 ‘무기화’, '공급 독점' 가능성이 있다. 실제 사례로 2010년 일본과 센카쿠 열도 분쟁 → 중국, 일본에 희토류 수출 중단, 2023년 이후 미중 갈등 격화 → 중국, 희토류 수출 통제 및 제한 발표 한 바 있다. 이런 상황이 반복되면 미국, 유럽, 한국, 일보능 첨단산업 전체가 마비될 수 있다.
2. 환경과 인권 문제 : 중국의 희토류 채굴 지역(내몽골, 장시성 등)은 방사성 물질 노출, 수질·토양 오염 문제 심각하다. 따라서 친환경적이고 지속 가능한 대체 소재 필요성 증가되었다.
3. 경제적 리스크 → 공급망 다변화 : 희토류 가격은 중국 수출 제한 발표만으로도 급등하고 가격 불안정성은 전 세계 산업계에 불확실성 제공한다.
4. 기술 주도권 경쟁 : 미래 산업은 배터리 + 모터 + 반도체 + 자석 기술의 통합 경쟁이다.
한국의 희토류 대체 자석 기술 개발 현황
1. Mn-Bi(망간-비스무트) 비희토류 영구자석 개발
한국재료연구원(KIMS)의 박지훈·김종우 연구팀은 세계 최고 수준의 성능을 발휘하는 Mn-Bi(망간-비스무트) 기반의 비희토류 영구자석 제조 기술을 개발했다. 이 자석은 희토류를 사용하지 않으면서도 높은 자기 에너지(최대 10.5 MGOe)를 구현하며, 전기차 모터, 발전기, 반도체 부품 등 다양한 산업에 적용될 수 있습니다. 현재 이 기술은 자석 제조 기업인 노바텍에 기술 이전되어 상용화를 추진 중이다.
2. 2단계 입계확산공정으로 중 희토류 없는 고성능 자석 개발
한국재료연구원과 연세대학교 공동 연구팀은 고가의 중희토류 없이도 고성능 영구자석을 제작할 수 있는 2단계 입계확산공정을 개발했다. 이 공정은 기존의 중희토류 사용을 대체하며, 전기차 모터나 드론 등 고부가가치 산업에서 쓰이는 영구자석의 제조 원가를 절감하고 성능을 향상할 수 있다.
3. 현대차·기아, 국내 대학과 희토류 대체 소재 공동 연구
현대차·기아는 연세대학교를 비롯한 국내 주요 대학들과 협력하여 '현대자동차그룹 자성재료 공동연구실'을 설립하고, 전동화 부품 소재 기술 경쟁력 확보를 위한 연구를 진행 중이다. 이 공동연구는 전기차의 핵심 부품인 영구자석 기술 경쟁력 향상을 목표로 하며, 희토류 소재를 대체하고 재활용할 수 있는 기술 확보를 추진하고 있다.
中 희토류 자원에 의존하던 영구자석 국산화 공정 개발 : 동아사이언스
中 희토류 자원에 의존하던 영구자석 국산화 공정 개발
중희토류 없이도 영구자석을 만들 수 있는 2단계 입계확산공정을 개발한 한국재료연구원 연구팀. 재료연 제공 국내 연구팀이 중국 의존도가 높은 고가의 희토류 자원을 사용하지 않고도 고성능
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