이 정 구_ 한국기계연구원 부설 재료연구소 책임연구원

1. 서   론

최근 에너지/환경문제 해결을 위해 산업전반의 패러다임이 빠르게 변화하고 있다. 예를 들어 에너지 산업에서는 기존의 화력/원자력 발전을 축소하고 태양광/풍력 발전과 같은 친환경 발전방식이 확대되어 가고 있다. 또한, 자동차 산업으로 대표되는 주력산업에서는 기존의 엔진구동기반에서 하이브리드/전기자동차와 같이 전력구동기반으로 변화하고 있다. 따라서, 이러한 전 지구적 차원의 지속가능한 방향으로의 패러다임에 신속히 대응하지 못한다면 우리나라의 산업전반에 엄청난 재앙이 초래될 것이다. 한편, 에너지 생산방식의 변화에 따른 에너지 부족 문제를 극복하기 위해 에너지저장 장치와 같은 에너지 저장기술 개발도 활발히 진행되고 있다. 에너지 소비와 관련해서는 현재 전세계 전기에너지의 약 55%(약 75%는 산업용, 25%는 가정용)를 각종 모터구동에 소비하고 있다. 만약 국내에서 사용되는 모터효율을 1%만 향상시켜도 1GW급 원자력발전소 1기에 해당하는 전기를 절약할 수 있고, 전 세계적으로 수십 기의 원자력발전소를 줄일 수 있는 효과가 있다. 이와 같이, 현재 지구가 직면하고 있는 에너지/환경문제 해결을 위해서는 에너지생산/저장/소비와 관련된 소재의 고특성화와 부품의 고효율화가 매우 중요하다고 할 수 있다.
모터의 성능은 사용되는 영구자석의 특성에 크게 의존하기 때문에 자석의 자력을 높이면 모터의 고출력, 소형화, 고효율화가 가능하다. 지금까지 인류가 개발한 영구자석 중에서 희토자석, 그중에서 1983년 일본 Sagawa박사에 의해 발명된 Nd-Fe-B계 희토자석(이하, Nd희토자석으로 명칭함)이 발명된 지 35년 동안 가장 자력이 높은(이론적 최대자기에너적은 64 MGOe)것으로 산업에 널리 사용되고 있다.
하지만, Nd희토자석은 2010년도부터 자원수급문제가 발생하여 지금까지 자원리스크가 지속되고 있다. 특히 고온 환경 하에서 작동하는 하이브리드/전기자동차의 구동모터용 Nd희토자석에 필수 원소인 Tb, Dy와 같은 중희토 자원문제는 매우 심각하여 차세대 산업에서 필요한 고성능 모터 공급에 큰 장애요인이 되어 왔다. 하지만, 그 동안의 많은 연구개발을 통하여 최근 중희토를 저감하는 기술이 개발되어 상용화 단계까지 와 있다. 한편, Nd희토자석의 약 30wt.%를 차지하는 경희토인 Nd의 가격도 중희토보다는 저렴하지만 2016년 이후 친환경자동차 수요증가와 함께 지속적으로 상승하고 있다. 예를 들어 2017년도 Nd가격은 약 80% 상승하였고, 2025년에는 Nd수요가 공급을 초과할 것이라는 예측도 나오고 있다. 따라서, Nd희토자석에서 중희토는 물론 경희토인 Nd를 보다 저렴한 물질로 저감/대체하는 기술개발도 시급하다.     
본 고에서는 이러한 Nd희토자석에서 희토류 저감/대체 기술개발 동향에 대해서 살펴보고자 한다.
<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2018년 8월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>