희토류 의존, 이제 바꿔야 할 때
요즘 전기차나 스마트폰, 풍력발전 뉴스를 보면 ‘희토류’라는 단어가 꼭 등장하죠.
그만큼 현대 산업의 필수 원소지만, 문제는 너무 비싸고 너무 편중돼 있다는 겁니다. 중국이 전체 공급의 80% 이상을 차지하다 보니, 공급 차질 한 번이면 세계 시장이 휘청합니다.
저도 얼마 전 전기차 구입을 고민하면서 알게 됐어요. 모터에 들어가는 자석 대부분이 희토류라, 원가의 10% 이상을 차지한다고 하더군요.
그런데 이제는 ‘희토류 없이도 강력한 자석’을 만들 수 있다는 소식이 들려옵니다.
오늘은 실제로 산업 현장에서 검증 중인 희토류 대체물질의 현실과 미래를 정리해봤습니다.
전기차 모터, 이제 희토류 없는 구동 시대가 열린다
1) 유도모터와 릴럭턴스 모터의 부상
테슬라가 초기에 선택했던 유도모터(Induction Motor)는 ‘자석이 없는’ 대표적인 방식입니다. 희토류가 필요하지 않아 공급 위험이 적고, 제조 단가도 15~20% 낮습니다.
최근엔 효율을 개선한 릴럭턴스 모터(SynRM)도 주목받고 있습니다. 이 방식은 자기저항을 활용해 자속을 제어하기 때문에 희토류를 거의 사용하지 않죠.
2) Fe-N 자석의 상용화, 게임체인저가 될까
2025년 CES에서 미국 Niron Magnetics가 선보인 Fe-N(철-질소) 자석은 현재 가장 주목받는 희토류 대체물질입니다. 철과 질소라는 저렴하고 풍부한 원소로 구성되지만, 네오디뮴 자석과 비슷한 자기력을 내는 게 강점이죠.
이 회사는 연간 1,500톤 규모의 생산 설비를 착공했으며, GM과 삼성전기가 협력 중입니다.
개인적으로 이런 소식이 반가운 이유는, 기술이 ‘연구실 단계’가 아니라 ‘양산 단계’로 옮겨가고 있다는 점이에요.
| 기술 | 희토류 사용 여부 | 특징 |
|---|---|---|
| 유도모터 | 없음 | 비용 절감, 내구성 우수 |
| 릴럭턴스 모터 | 거의 없음 | 고효율, 구조 단순 |
| Fe-N 자석 | 없음 | 강한 자성, 상용화 단계 |
풍력발전과 전력산업에서도 대체소재가 등장했다
1) 희토류 없는 발전기 구조
기존 풍력발전은 ‘직결형 영구자석 발전기(PMSG)’를 많이 씁니다. 하지만 이 방식은 MW당 600~1,000kg의 NdFeB 자석이 들어가죠.
최근엔 희토류 대신 이중여자유도발전기(DFIG)를 사용하는 방식이 확산되고 있습니다. 효율은 약간 떨어지지만 유지보수가 쉽고, 공급 안정성이 큽니다.
2) Mn-AlC 합금, 차세대 대체 후보
Mn(망간)-Al(알루미늄)-C(탄소) 합금은 희토류를 전혀 쓰지 않으면서도 강한 자성을 갖습니다. 다만 내열성과 보자력이 아직은 부족해 상용화까지는 2~3년의 연구가 필요합니다.
가전제품과 전자기기: 페라이트 자석의 부활
1) 스피커·가전 모터에 다시 쓰이는 세라믹 자석
페라이트(세라믹) 자석은 한때 희토류 자석에 밀렸지만, 최근 원자재 가격 급등으로 다시 주목받고 있습니다.
전자레인지, 세탁기, 냉장고 모터 등 ‘고출력보다는 내구성’이 중요한 제품군에서는 페라이트 자석이 충분히 대안이 됩니다.
저도 얼마 전 중저가 블루투스 스피커를 분해해봤는데, 내부 자석이 네오디뮴이 아니라 페라이트였어요. 제조사 입장에서는 30% 이상 원가를 줄이면서도 음질엔 큰 차이가 없다고 하더군요.
- 비용: Nd 자석 대비 약 1/3 수준
- 내열성: 250°C 이상에서도 안정적
- 내식성: 희토류 자석 대비 우수
산업 전반의 변화: 촉매, 형광체, 연마재까지
1) 촉매 분야의 전이금속 산화물
자동차 배기가스 정화에 쓰이는 세리아(CeO₂)는 대표적인 희토류 소재입니다. 이를 대체하기 위해 최근엔 Mn, Co, Ni 기반의 페로브스카이트 산화물이 개발되고 있습니다.
실제로 일부 상용화 테스트에서는 기존 세리아 대비 90% 수준의 정화 효율을 보였다고 합니다.
2) LED·디스플레이의 비희토류 형광체
탄소 기반 퀀텀닷(CQDs)과 금속유기골격체(MOF) 기반 형광체는 희토류 없는 백색광 구현의 대안입니다.
내구성과 수명 문제가 있었지만, 최근 Zn₃V₂O₈, ZnO 기반 신소재 덕분에 수명이 1.8배 이상 향상됐습니다.
3) 세륨 연마재의 대체재
유리 및 반도체 웨이퍼 연마에 쓰이는 세륨산화물 대신 알루미나(Al₂O₃)와 다이아몬드 슬러리가 각광받고 있습니다.
가격은 세륨 대비 40% 저렴하고, 표면 품질은 약간 떨어지지만 공정 속도와 유지보수비 절감 효과가 큽니다.
희토류 대체물질 핵심 요약표
| 대체소재 | 구성원소 | 장점 | 한계 |
|---|---|---|---|
| Fe-N 자석 | 철, 질소 | 강한 자성, 희토류 無 | 대량생산 공정 미성숙 |
| Fe-Ni 테트라테나이트 | 철, 니켈 | 고자화, 고온 안정성 | 합성 난이도 높음 |
| Mn-AlC 합금 | 망간, 알루미늄, 탄소 | 저가, 내식성 우수 | 자성 세기 낮음 |
결론: 완전한 대체보다 ‘지속 가능한 전환’이 핵심
희토류를 완전히 대체할 수 있는 소재는 아직 초기 단계지만, 분명 방향은 바뀌고 있습니다.
전기차 모터에선 이미 유도·릴럭턴스 방식이 주류로 자리 잡았고, Fe-N 자석은 상용화가 눈앞입니다. LED, 촉매, 연마재 분야에서도 ‘부분 대체’가 현실이 되고 있죠.
저는 이 흐름을 ‘탈(脫)희토류’라기보다 ‘희토류 의존의 다변화’라고 생각합니다. 중요한 건 특정 자원에 휘둘리지 않는 산업 구조를 만드는 거니까요.
만약 제조나 연구 분야에 계신다면, 지금이 바로 대체소재 포트폴리오를 검토할 시점입니다.
2025년 이후 공급 불안과 원자재 가격 급등은 더욱 심해질 가능성이 높기 때문입니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q1. Fe-N 자석은 네오디뮴 자석을 완전히 대체할 수 있나요?
이론상 가능하지만, 아직은 고온 안정성과 제조 단가가 변수입니다. 다만 2025년부터 본격 양산이 시작돼 자동차, 전자기기 분야에서 점진적 대체가 이뤄질 전망입니다.
Q2. 전기차 제조사들이 희토류를 안 쓰는 이유는 뭔가요?
원가 절감도 있지만, 중국 의존도가 높아 공급 리스크가 크기 때문입니다. 예를 들어 토요타는 ‘희토류 절감형 자석’을, 테슬라는 ‘유도모터’를 통해 이를 줄이고 있습니다.
Q3. 일반 소비자에게도 희토류 대체 소재가 영향을 줄까요?
그럼요. 전자제품 가격 안정화, EV 가격 인하, 친환경 에너지 전환 등으로 이어집니다. 결국 대체소재 개발은 산업뿐 아니라 우리의 일상에도 직접적인 변화를 가져올 것입니다.
