글로벌오토뉴스

상단배너

  • 검색
  • 시승기검색
ä ۷ιλƮ  ͼ  ī 󱳼 ڵδ ʱ ڵ 躴 ͽ ǽ ȣٱ Ÿ̾ Auto Journal  Productive Product

희토류와 자동차 산업

페이지 정보

글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-11-17 06:05:36

본문

1. 서론

지난 2010년 중국의 대일본 희토류 수출금지 조치 이후 희토류는 전 산업에 걸쳐 중요한 화두로 등장했다. 당시 희토류의 가장 기본적인 원료인 세륨(Ce) 및 란탄(La)의 가격이 50배나 급등했고, 일부 희토류는 금보다더비싼가격에거래되기도했다.‘ 희토류(Rare Earth)는 정말 희귀한가(Rare)’라는 문제에 대해서 그간 공급 상황과 시장 수요에 따라 여러 의견이 있어왔지만 현 시점에 이르러서는‘그렇지 않다’는데 대체로 의견이 모아지고 있다.

글 / 조성환 (한국솔베이)
출처 / 오토저널 9월호

희토류 광산은 중국은 물론 미국, 캐나다, 호주 등 전 세계에 걸쳐 있으며 매장량은 수천만 t에서 1억 t으로 추정하고 있다. 반면 시장 수요는 연간 10~15만 t 정도에 불과해서 거시적인 수급은 전혀 문제가 될 여지가 없다. 이런 관점에서 보면, 지난 세계적 희토류 파동은, 중국 정부의 인위적인 공급 통제, 즉 수출 쿼터라는 방식으로 수출을 제한하면서 생긴 인재라고 할 수 있다. 결국 중국 정부의 희토류 수출 제한 정책은 경제학에 있어서 인위적인 정부의 개입이 얼마나 비효율적인가를 보여주는 한편의 드라마로 마감되었다.

그러나 희토류 시장을 이렇게 일반화하기에는 현실적으로 여러가지 불확실한 요소들이 있다. 희토류는 란탄족 원소인 원자번호 57(La)부터 71(Lu)까지의 15개의 원소와 이트륨(Y, 39), 스칸디움(Sc,21)를 포함하는 17 원소를 말하며 각 원소는 각각 다른 산업과 용도로 사용되고 있다.

이 17가지 원소 중 세륨(58), 란탄(57) 및 네오디뮴(60), 이 세가지가 전체 희토류 생산량의 85%를 차지하고 그 나머지의 14 원소 중 일부는 생산량이 극히 미미해 그 용도나 수요에 따라 향후 공급이 부족할 수도 있을 것으로 전망이다. 특히 일부 중희토(Heavy Rare Earth)류는 중국에서 99% 이상 생산되며, 당분간 중국 이외에서 공급되기 어려운 실정이다. 최근 새로 시작한 미국과 캐나다의 신규 희토류 광산에서도 이런 중희토류는 거의 생산되지 않는다.

38048_1.jpg

지난 희토류 가격 폭등의 배경에는 하이브리드차 및 전기차의 생산 급증의 영향이 그배경에 있다. 이런 2차 전지를 사용하는 차량은 큰 용량의 모터가 필요하고 모터의 핵심인 자석의 수요가 급증하게 되는데, 주 원료가 희토류로인 네오디뮴(Nd)를 포함해서 생산량의 1% 정도 밖에 되지않는 중희토류인 디스프로슘(Dy)가 포함되어 있다. 그간 희토류를 사용하지 않는 영구자석의 개발도 진행되어 왔으나 아직 상용화되지 않고 있다.

따라서 앞으로도 이런 희토류 원소들은 자동차 시장의 트렌드와 기술의 방향에 따라서
언제든지 다시 품귀현상이 생겨 가격이 폭등하거나, 더 나아가 자동차 및 전자산업의 생산 자체를 위협하는 상황에 직면할 위험성이 항상 내재되어 있다. 한국에서만 연간 1억 대 이상 생산하던 LCD TV의 BLU(Back Light Unit)에 형광물질로 필수적으로 사용되는 Eu과 Tb도 0.2% 밖에 생산되지 않는 또 다른 희귀한 중희토류이다. 다만 TV나 조명시장이 LED로 대체되어 감에 따라서 Eu와 Tb은 수요가 급감하여 가격이 떨어지고 있는 추세이다.

희토류는 자동차 뿐만 아니라, Battery나 Display 등 전기, 전자 산업, 그리고 정유, 의료 및 원자력 등의 모든 산업에 걸쳐 다양한 용도에 적용되므로 현대산업의 비타민이라고 불리우기도 한다. 특히 희토류는 자동차 산업에 있어 여러 용도로 사용되고 있는데 대표적인 사례는 다음과 같다.

2. 배기 시스템

가솔린 자동차 배기가스 정화장치의 경우 삼원 촉매(Three Way Catalyst)로써 산화와 환원이 동시에 일어나야 한다. 따라서 촉매가 배기가스 중 산소를 빠르게 흡수하고 내어주는 물질(OSC=Oxygen Storage Capacity)이 필수적이다.

삼원촉매의 핵심 원료인 OSC 물질이 희토류의 대표격인 세륨(Cerium Oxide)이다. 이런 OSC 물질은 90년대 이후 세륨-지르코늄 합성물질(Cerium-Zirconium Mixed Oxide)로 발전되었고 최근들어 합성 기술 및 입자 표면 처리 기술의 개발로 OSC 성능 뿐만 아니라 내열성이 더 향상된 물질이 계속 개발되고 있다.

또한 세륨은 디젤 차량의 질소화합물 촉매(Lean NOx Trap Catalyst)에서 질소화합물을 포집(NOx trap)하는 물질로 널리 사용된다. 특히 세륨은 저온 배기 조건(250℃)에서 포집 능력이 뛰어나면서 내황성도 우수해 Euro6 LNT에 상용화되고 있다. 그 외에도 산소센서도 희토류인 Y가 포함된 Y-Zr Oxide로 조성되어 있다.

3. 영구자석

자동차의 모터는 모두 희토류(Nd, Dy)가 포함된 영구자석이다. 이미 언급했듯이, 향후 하이브리드 및 전기차의 수요가 증가되면 이런 영구자석의 수요는 급증하리라 예상되며, 이에 따른 희토류 수급은 중요한 이슈가 될 여지가 있다.

4. 하이브리드 및 전기차 전지 (NiMH Battery)

전기차의 NiMH 전지에 희토류인 란탄(La)이 사용된다. Toyota의 하이브리드차인 Prius의 경우 La Oxide가 차 한 대 당 15kg이나 사용된다. 이는 자동차에 적용되는 희토류의 중량으로 볼 때 가장 큰 부분으로 모터에 희토류(Nd)가 수 백 g에서 1kg 정도 사용되고, 배기가스 정화장치에 수 십 g 정도의 희토류(Ce)가 사용되는 것에 비해서 월등히 높은 양이나 란탄(La)은 생산량이 충분해서 문제가 되지 않을 것으로 예측된다.

5. 조명 및 디스플레이

자동차 내의 조명 및 디스플레이가 LED로 바뀜에 따라 희토류의 사용량도 급감하고 있다. 그러나 LED도 극소량이지만 특정 희토류계 형광체(Y, Eu, Lu)를 사용할 수 밖에 없어 희토류에서 완전히 자유롭지는 않다.

6. 유리

희토류 중 세륨은 유리에 여러 가지 용도로 적용된다. 자외선 차단 효과가 탁월하여 유리의 자외선차단제로 사용되고, 또 자동차 미러의 표면 연마제로도 사용되기도 한다. 희토류는 원소에 따라 유리 첨가제로 빛의 반사나 확산(Reflection or Refraction) 기능이 있어 향후 자동차 유리나 조명에 새로운 용도로 적용될 가능성이 있다.

7. 고적층 세라믹콘덴서 (MLCC)

자동차의 전장 장치적용이 점점 늘어남에 따라 고적층 세라믹콘덴서의 수요도 급증하고 있다. 현재 스마트폰 1대에 200개 이상의 고적층세라믹콘덴서 칩이 적용되고 있는 것과 비교하면, 자동차에서 고적층세라믹콘덴서의 수요는 계속 늘어날 것으로 예상된다. 이 고적층 세라믹콘덴서의 핵심 성분 중 생산량이 미미한 중희토류인 디스프로슘(Dy)이 포함되어 있다.

8. 연료첨가제

세륨은 디젤 연료의 첨가제로 사용되어 Euro V 이후 차량의 DPF 재생을 도와주는 역할을 한다. Peugeot-Citroen이 이 기술을 응용한 첨가제 방식 DPF의 선두업체이다. 또한 세륨이 포함된 연료첨가제는 연비 개선의 효과가 있다고 알려져 있다.

9. Nd 부타디엔고무 타이어

부타디엔고무 합성에 희토류인 Nd촉매를 사용한 타이어는 다른 촉매(Ni, Co)를 사용한 부타디엔고무 타이어에 비해 우수한 Rolling Resistance와 Cracking Resistance를 나타낸다. 미쉐린 타이어가 이런 종류의 타이어의 선두업체이며 이런 고급 타이어의 수요는 급증하고 있는 추세이다.

38048_2.jpg


10. 결론

이상으로 살펴보았듯이 희토류는 자동차 산업에 있어 여러 용도에 걸쳐 다양하게 사용되고 있는 필수불가결한 원료이다. 세계 희토류 시장의 97%를 중국이 장악하고 있는 현 시점에서 중국 정부의 자원 무기화정책 등 희토류 수급의 불안 요인에 대비한 장기적인 대책 마련이 시급하다. Toyota가 인도 등에 중희토류광산에 직간접 적으로 투자하는 것을 본보기로 삼을 수 있다.

또한 원료 확보와 더불어 희토류의 처리, 가공, 개발 분야도 간과할 수 없는 중요한 부분이다. 이러한 분야의 기술을 가진 해외 기업과 장기 공급 계약, 기술 제휴 등을 통해 공급 안정과 더불어 기술 확보를 위한 노력을 해 나가야 할 것이다.

한국의 자동차 산업의 미래를 위해서 희토류 산업의 특성을 이해하고 그 중요성을 재인식 하는 것은 매우중요하다. 안정적인 공급선 확보와 아울러 희토류를 응용한 새로운 기술 개발을 위해 적극적인 관심과 노력이 필요하다.
  • 페이스북으로 보내기
  • 트위터로 보내기
  • 구글플러스로 보내기
하단배너
우측배너(위)
우측배너(아래)