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2024-11-24 (일)

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[신소재 신기술(57)] 영국 스타트업, AI로 희토류 없는 영구자석 개발

영국의 한 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 희토류를 사용하지 않고도 영구 자석을 제작했다. 런던에 본사를 둔 스타트업 머티리얼스 넥서스(Materials Nexus)는 영국 헨리 로이스 연구소 및 셰필드 대학교와 협력해 AI 기반 소재 발굴 플랫폼을 활용해 희토류 원소를 사용하지 않고 새로운 영구 자석인 '마그넥스(MagNex)'를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링(IE)이 11일(현지시간) 보도했다. 영구 자석은 외부 에너지 공급 없이도 자기장을 유지할 수 있는 자석이다. 전자레인지 문이나 스피커, 하드디스크 드라이브뿐만 아니라 풍력 터빈 로터, 첨단 로봇, 전기자동차(EV)에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 현재 사용되는 영구 자석은 네오디뮴과 디스프로슘 등과 같은 희토류 광물을 사용해서 만들어진다. 이들은 매우 희귀하며 공급망 문제에 매우 취약한 광물이다. 머티리얼스 넥서스는 강력한 인공지능 모델을 활용해 기존 재료를 대체하거나 프로세스를 줄이는 새로운 재료를 설계해 산업생산 과정의 여러 문제를 해결하고자 했다. 새로 개발된 영구 자석 제작은 기존 프로세스보다 200배나 빨랐고, 탄소 배출량은 70%나 절감됐다. 조나단 빈(Jonathan Bean) 머티리얼스 넥서스 공동 설립자 겸 CEO는 "이 AI 기반 플랫폼은 원하는 물성을 지닌 원소 조합을 빠르고 체계적으로 주기율표에서 검색한다. 모든 데이터는 자체 양자역학 계산을 통해 생성되기 때문에 실험 데이터 세트보다 정확성과 범위가 넓다. 이 데이터는 기계 학습 알고리즘을 통해 입력되고 최적의 공식을 생성한다"고 설명했다. 1억개 이상 후보 물질 조성 연구팀은 이 기술을 희토류를 사용하지 않는 영구 자석 개발에 적용하여 1억 개 이상의 후보 물질 조성을 분석해 새로운 유형의 영구 자석을 제작했다. 보도자료에 따르면 연구팀은 3개월간의 설계 및 테스트를 거쳐 기존 방식 대비 20% 저렴한 소재 비용으로 마그넥스를 개발하는데 성공했다. 개발 속도는 기존 방식의 200배나 빨랐다. 셰필드 대학의 야금 및 재료 가공교수인 이안 토드(Iain Todd)는 "머티리얼스 넥서스와의 첫번째 협력이 이처럼 긍정적인 결과를 낳게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 토드 교수는 "재료 발견을 위해 AI를 사용하는 머티리얼스 넥서스의 접근 방식과 셰필드의 헨리 로이스 연구소에서 고급 합금을 제조하기 위해 보유하고 있는 세계적인 시설이 결합되어 새로운 자성 재료를 놀라운 속도로 개발할 수 있었다. 이 접근 방식의 추가적인 이점은 현재 사용 가능한 희토류 재료에 비해 탄소 배출량이 70% 감소한다는 것이다"라고 강조했다. 탄소 배출량 70% 감소 빈 CEO는 "AI 기반 재료 설계는 자기 뿐만 아니라 재료 과학 전체 분야에도 영향을 미칠 것"이라면서 "이제 우리는 모든 종류의 산업 요구에 맞는 새로운 재료를 설계할 수 있는 확장 가능한 방법을 확인했다"고 말했다. 그는 "마그넥스에 대한 소재 발굴 재료 검색에 3개월이 걸렸다. 데이터 세트와 기능을 확장함에 따라 검색 속도도 더욱 빨라질 것"이라고 IE와의 인터뷰에서 밝혔다. 빈은 또한 "이미 반도체, 촉매제, 코팅 등 다양한 제품 분야에 대한 광범위한 관심을 불러일으켰다. 점점 더 시급해지는 공급망과 환경 문제 해결을 위한 새로운 소재 개발에 시장 수요를 충족시키는데 우리 플랫폼이 어떤 역할을 할지 기대된다"고 덧붙였다. 마그넥스의 개발은 희토류 없는 영구 자석 제조 기술의 발전을 가속화하고 미래 청정 에너지 개발에 기여할 것으로 잔망된다.
- 포커스온
2024-06-12
중국, '전기차 모터 핵심' 희토류 영구자석 기술 수출 금지 대상 포함

중국이 서방의 공급망 '탈중국'에 맞서 희토류 영구자석 제조기술 수출 금지로 희토류 가치사슬 강화에 나섰다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 22일 보도했다. 이 신문은 중국이 2020년 희토류 추출과 분리 기술에 대한 수출 금지를 한 데 이어 지난해 12월에는 희토류 영구자석 제조기술에 대한 수출금지 조치를 하면서 글로벌 희토류 가치사슬 상류부문(upstream)에서 하류부문(downstream)으로 장악력 전환을 꾀하고 있다고 분석했다. 중국의 새로운 수출금지 대상에는 사마륨 코발트, 세륨, 네오디뮴 등 세가지 유형의 희토류 영구자석 제조 기술이 포함됐다. 영구자석은 전기차 구동모터의 핵심 소재다. 희토류 공급망에서 가장 많은 부가가치를 창출한다. 네오디뮴 자석은 희토류 영구자석 중 가장 강력하고 가장 수요가 많으며 전기차의 필수 부품이다. 전기차의 80% 이상이 모터에 네오디뮴을 주축으로 한 희토류 영구자석을 쓴다. 중국은 이미 2001년 네오디뮴 자석 생산에서 일본을 추월해 세계 최대 생산국이자 수출국이 됐다. 희토류는 스마트폰용이나 전기차용 배터리를 비롯해 스텔스 전투기 등 최첨단 산업에 사용되는 핵심 물질로 '산업의 비타민'이라 불린다. 환경 오염, 채산성 악화 등의 문제로 미국 등 선진국들이 희토류 생산을 그만두면서 중국은 세계 희토류 공급의 70% 이상을 점유하고 있는 것으로 알려졌다. 중국은 오랜 기간 희토류 공급망에서 희토류 원료를 추출 등 가공해 희토류 산화물과 금속으로 전환하는 상류부문을 장악해왔다. 그러다 그렇게 가공한 희토류를 영구자석 등 최종제품으로 제조하는 공급망의 하류부문 역시 지배하게 됐다. 중국 세관 자료에 따르면 중국의 희토류 자석 수출은 2016년 약 2만7000 톤에서 지난 2년간 두배 이상이 됐고 이는 중국에서 가장 많이 수출된 희토류 제품이 됐다. 반면 중국의 희토류 산화물 수입량은 2016년 2759톤에서 지난해 상반기 10배 이상 증가했다. 희토류 공급망의 하류부문 생산이 늘어나면서 이에 필요한 상류부문 제품의 수입이 늘어난 것이다.
- 포커스온
2024-01-23
전기차 핵심 소재 '희토류 영구자석' 국내 생산…성림첨단산업 공장 준공

전기자동차 구동모터의 핵심 소재인 희토류 영구자석이 이제 국내에서 생산된다. 산업통상자원부는 27일 전기차 구동모터 핵심 부품인 네오디뮴계 희토류 영구자석을 생산하는 성림첨단산업의 대구 현풍 공장이 이날 준공돼 네오디뮴 영구자석이 국내에서 처음 생산된다고 밝혔다. 희토류의 일종인 네오디뮴은 강력한 자력을 지녀 모터 제품의 소형화, 경량화, 고효율화를 구현하는 데 필수 소재로 쓰인다. 네오디뮴 자석은 현재 알려진 것 중에서 가장 강한 영구자석이다. 전기차의 80% 이상이 모터에 네오디뮴을 주축으로 한 희토류 영구자석을 사용한다. 통상적으로 전기차 1대의 구동모터에 네오디뮴이 약 1.6㎏ 사용된다. 한국은 그동안 전기차 모터를 만드는 네오디뮴 영구자석을 중국에 거의 전적으로 의존해왔다. 중국은 작년 세계 희토류 영구자석의 94%를 생산했고, 한국은 수요의 90% 이상을 중국에서 수입했다. 정부와 업계는 절대적이던 네오디뮴 영구자석 중국 의존도가 낮아지면서 전기차 공급망이 강화되는 계기가 될 것으로 기대하고 있다. 성림첨단산업의 새 공장은 앞으로 연간 1000t의 네오디뮴 영구자석을 생산할 예정이다. 이는 전기차 약 50만대에 사용될 수 있는 양이다. 지난해 국내 전기차 생산량은 35만대 수준이다. 전기차 생산이 급증하는 추세를 감안해도 앞으로 희토류 영구자석 자급 효과가 상당히 클 것으로 기대된다. 미중 갈등 속에서 중국은 희토류 영구자석 등 각종 자원을 무기화하겠다는 의도를 종종 드러내고 있다. 중국 정부는 작년 12월 '수출 금지·제한 기술 목록' 개정안을 발표하면서 희토류 자석 제조 기술을 수출 규제 대상 목록에 추가해 희토류 기술 통제 범위를 확대했다. 미국 정부는 지난 17일(현지시간) 중국에 수출할 수 있는 첨단 반도체의 범위를 줄이는 추가 제한 조치를 발표, 중국에 대한 인공지능(AI) 칩과 반도체의 수출 규제를 더욱 강화했다. 그러자 중국은 3일 후인 지난 20일 이차전지 음극재 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高) 민감성 흑연을 수출 통제 대상에 포함시켜 국내외 관련 업계를 긴장시켰다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 올해 12월 1일부터 적용된다. 한국으로서는 배터리 소재용 핵심 광물부터 첨단산업에 쓰이는 다양한 소재와 부품의 자급화와 다변화 노력이 시급한 상황이다 한편, 성림첨단산업은 희토류 영구자석을 만드는 원료인 네오디뮴 원료의 수급선도 중국에서 호주, 베트남 등으로 다변화해 내년부터 중국 외 지역에서도 네오디뮴을 들여오는 방안을 추진하고 있다. 정부는 성림첨단산업을 '유턴 기업'으로 지정해 116억원의 보조금을 지급하는 등 영구자석 자립화 측면 지원에 나섰다. 앞서 정부는 대구를 미래차 전기차 모터 소부장(소재·부품·장비) 특화 단지로 지정해 영구자석에서부터 구동모터, 구동모듈로 이어지는 전기차 모터 산업의 완결된 공급망 구축을 유도하고 있다. 장영진 산업부 1차관은 이날 준공식에 참석해 "글로벌 공급망 교란이 상시화되면서 주요 품목에 대한 국내 공급망 안정화가 중요하다"며 "소부장 특화 단지가 국내 공급망 안정화과 내재화에 구심점이 될 수 있도록 정부는 전폭적으로 지원할 계획"이라고 밝다.
- 경제
2023-10-27
포스코인터내셔널, 미국에 영구자석 생산 공장 추진

포스코인터내셔널이 국내 유일의 영구자석 전문업체 성림첨단산업과 미국에서 영구자석 생산공장 설립을 논의 중인 것으로 알려졌다. 3일 연합뉴스에 따르면 포스코인터내셔널과 성림첨단산업은 전기차 구동모터코어의 주요 재료인 영구자석 생산을 위한 미국 내 합작회사 설립에 대한 방안을 검토하고 있다. 영구자석은 강한 자화 상태를 오래 보존하는 자석을 말한다. 자화된 물체라도 시간이 지나거나, 강한 충격을 받거나, 열을 받으면 작은 자석들이 원래의 상태로 되돌아가서 자석의 성질을 잃어버리게 된다. 영구자석은 전류가 흐르지 않아도 자력을 띠는 자석이다. 미국에서 생산될 예정인 영구자석은 포스코인터내셔널의 자회사 포스코모빌리티솔루션에서 구동모터코어로 제작돼 제너럴모터스(GM), 포드 등 미국 자동차 업체에 공급되는 방안이 거론된다. 미국 내 생산 시설의 규모나 출자 비율 등에 대한 구체적인 협의 사항은 아직 진행 중이다. 업계 관계자는 "양사가 연말까지 합작회사 설립에 대한 구체적인 방안을 확정하고 공식 발표할 가능성이 크다"고 밝혔다. 포스코인터내셔널이 성림첨단산업과 협력하여 영구자석 시장에 진출하게 되면, 전기차 핵심 부품인 구동모터코어의 공급망 강화가 기대된다. 포스코인터내셔널의 자회사인 포스코모빌리티솔루션은 국내 최고의 구동모터코어 제조사로, 최근 2026년부터 2036년까지 현대차그룹에 총 353만대의 구동모터코어를 공급하기로 계약을 체결했다. 또한 포스코인터내셔널은 2030년까지 중국, 멕시코, 폴란드, 인도 등의 주요 국가에서 연간 500만대의 구동모터코어를 생산하는 해외 기반을 구축할 예정이다. 구동모터코어는 전기차의 핵심 부품으로 모터에서 전기를 발생시키는 부품으로, 가전제품이나 발전기, 전동기, 전기차에도 사용된다. 구동모터코어를 제작에는 네오디뮴 등의 희토류를 이용한 영구자석이 필수적이다. 포스코인터내셔널의 미국 내 영구자석 공장 건설은 미중 갈등 속의 중국발 공급망 리스크를 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 중국은 전기차(EV)용 영구자석 중 가장 효율적인 네오디뮴 영구자석의 90% 이상을 생산한다. 작년 12월 중국은 네오디뮴 등 희토류 자석 제조와 자석을 위한 합금 소재의 수출을 제한하면서 희토류에 대한 자원 무기화 뜻을 내비쳤다.
- 산업
2023-10-04