희토류 가격 급등에 대비한 기술 개발이 전세계적으로 활발하다. 가장 대표적인 분야가 자동차용 전기 모터다. 현재 전기 모터용 영구자석에는 강력한 자성을 갖기 위해 네오디뮴과 디스프로슘이라는 희토류가 널리 쓰이고 있다. 도요타의 하이브리드 자동차인 프리우스 한 대에 네오디뮴과 디스프로슘이 약 1kg 들어가며, 2차전지까지 고려하면 10kg 이상 의 희토류가 필요하다. 우선, 희토류 사용량을 줄이기 위해 자석의 결정 입자를 아주 작게 하거나 나노 파우더를 활용하기도 한다. 실제 일본의 NEDO에서는 결정 입자를 1 마이크로미터 이하로 하여 디스프로슘의 양을 40% 줄일 수 있는 기술을 개발하기도 했다.
전기 모터의 탈희토류 기술로는 전자기 유도(인덕션) 모터 등의 모터 구조를 개량하거나 페라이트(Ferrite) 자석의 성능을 개선하여 자동차용에 적합하도록 하는 것이 대표적이다. 인덕션 모터보다 크기를 10분의 1까지 줄일 수 있는 영구자석 모터는 도요타를 비롯하여 많은 자동차 기업들이 채택한 방식이었다. 테슬라는 처음부터 인덕션 모터를 사용하였다. 희토류 가격 급등 이후 도요타도 인덕션 모터를 장착한 하이브리드 차량을 선보였고, BMW나 GM 등의 기업들도 인덕션 모터를 활용한 기술 개발에 활발하다. 최근 들어 적층된 철심만으로 모터를 구동할 수 있는 릴럭턴스 모터(Reluctance Motor) 분야가 각광을 받고 있다. 방열이 용이하고 고속 운전에 유리한 릴럭턴스 모터의 성능을 개선하기 위해 일본 등 각국 연구기관과 기업들의 개발 경쟁이 가열되고 있다.
페라이트 자석의 경우 자석 구조 변경을 통해 성능을 개선하는 방향으로 개발이 추진되고 있다. 페라이트 자석은 철산화물(Fe2O3 혹은 Fe3O4)을 주 성분으로 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr) 화합물을 포함한 자성체로, 일명 세라믹 자석이라 불린다. 현재 자동차를 롯하여 전자 제품 등 다양한 영역에서 쓰이고 있다.

태양광 패널과 전지의 리사이클링 잠재력

IRENA(International Renewable Energy Agency)에 따르면, 2030년경에 태양광 발전 능력이 1,600GW에 달하며, 동시에 태양광 패널 폐기물도 200만 톤에 육박할 것으로 내다보고 있다. 유럽의 태양광 패널 리사이클링 기업인 PV CYCLE에 따르면, 태양광 패널 재료는 90~97%까지 회수, 재활용할 수 있다. 태양광 패널의 회수와 리사이클링에 일찌감치 뛰어든 FirstSolar는, 유리는 90%, 반도체는 95%, 텔루륨(Te)은 80% 이상 회수할 수 있다고 한다. 태양광 패널의 수명이 25~30년 이상인 점을 고려하면 2020년대 중반 이후 폐기물량이 본격적으로 증가할 것으로 보인다. 유럽을 비롯한 각국에서는 녹색 광물의 리사이클링과 관련한 입법을 강화하고 있다.
전지의 경우 역시 리사이클링의 잠재력이 크다. 전기차, 전력저장장치(ESS) 등의 성장에 힘입어 수요가 급증하는 리튬이온전지만 해도 양극재, 음극재, 전해질 등의 활성재료의 양이 2025년이면 30만톤 이상이 될 전망이다.
시장조사기관인 TMR(Transparency Market Research)은 전지 리사이클링 시장이 자동차에서 나온 폐기물을 중심으로 2024년이면 200억 달러에 육박할 것으로 내다보고 있다. 각종 전지에 쓰이는 주요 재료의 가치는 리튬코발트산화물이 톤 당 25,000달러, 리튬인산철은 400달러, 납산은 1,500달러, 니켈은 10,000~17,000달러 수준으로 평가되고 있다. 현재 주력인 리튬이온전지의 경우 구조만큼이나 리사이클링이 복잡하고 수율도 아직은 저조하다. 금속별 회수율의 경우 철이 22%, 리튬이 3%, 코발트가 18%, 알루미늄이 5% 수준이다. 다 쓴 리튬이온 전지에서 유효 광물을 리사이클링하는 다양한 기술 중 리사이클링 과정을 곧바로 전지 양극재 생산에 연결하는 Direct 리사이클링이 주목을 받고 있다. 양극재 비용을 3분의 1 로 떨어뜨릴 수 있다는 기대로 EcoBat, Retriev, OnTo Technologies 등의 기업들이 공정기술 개발에 열을 올리고 있다.

출처 : LG경제연구원