2023. 5. 3. 15:48ㆍ비지니스 경제
과연 "페라이트는 희토류를 대체할 수 있을까?" 일론 머스크가 희토류를 사용하지 않는 대신 '페라이트' 소재를 언급했다. 희토류는 거의 대부분이 중국에서 생산이 되기 때문에 희토류 가격급등과 공급망 위기를 당하지 않기 위해서다.
수많은 연구가 있지만 아직까지 "희토류를 대체할 있는 것이 없다"라는 것이다. 일론 머스크가 꺼낸 '페라이트' 역시 희토류를 대체할 만큼의 역량을 가지지 못한다.
페라이트는 희토류와는 다른 화학적 구성을 가지고 있는데, 기능적으로도 상이한 성질을 갖고 있기 때문에 희토류를 대체하기에는 현재까지로는 한계가 있다고 한다.
페라이트는 주로 자석의 핵으로 사용되는데, '희토류의 네오디뮴같은 강력한 자력보다, 상대적으로 낮은 자력을 가지기 때문에 대체재로 사용하기에는 자력의 성능 면에서 한계'가 있다는 것이다.
따라서, 페라이트는 희토류의 대체재로 일부 사용될 수 있는 가능성은 있겠지만, 아직까지 성능적인 면에서 많이 부족하다고 한다. 하지만 일론 머스크가 이런 말을 했을 때는 분명히 뭔가 있을 거라고 생각은 든다.
즉, 미래 산업 기술의 발전과 함께 희토류 대체재로서의 페라이트 사용 가능성이 더욱 높아져야만 환경오염이나 중국의 희토류 압박에서 자유로워질수 있을 것이다.
페라이트는 도대체 뭘까?
페라이트는 바륨, 망간, 니켈, 아연 등의 금속 원소와 산화철을 혼합하여 제작되는 세라믹 소재로, 상온에서 비교적 강한 자성을 가지고 영구자석으로 널리 사용하게 된다.
페라이트는 전기적으로는 전기가 통하지 않는 절연성을 가지고 있으며, 자기적으로는 준강자성을 띄고 있어 쉽게 자화 될 수 있다.
페라이트의 장점은 제작 비용이 저렴하고, 산화철이 주성분으로 되어 있어 부식이 어렵고, 자기적 성질이 매우 안정적으로 오랫동안 유지될 수 있다는 것이다. 이러한 특성 때문에 페라이트는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
페라이트는 자석, 필터, 트랜스포머, 모터, 마이크로파 컴포넌트 등 다양한 제품에 사용된다.
페라이트는 다양한 방법으로 제조된다. 예를 들어, 다양한 금속원소를 첨가하여 만들어진 고강도 페라이트는 고온에서 만들어지며, 압연 및 압출 기술을 사용하여 제조된다. 또한, 전자기장에 노출시켜서 자성을 부여하는 방법도 있다.
즉, 희토류를 사용하지 않으면서 네오디뮴의 강력한 자력을 가지고 친환경적인 생산 방법을 개발, 재활용 및 폐기물 처리 등을 적극적으로 추진하여 페라이트 생산이 지속 가능하도록 노력해야 하는 건 사실이다.
희토류는 도대체 뭘까?
희토류는 주기억체 폐기능을 강화하는 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하는 원소로, 지금까지 약 17종류의 희토류가 발견되었다고 한다.
대표적으로 산화물의 색깔을 결정하는 역할을 하는 색소로 사용되는 것이 잘 알려져 있는데, 그 외에도 전자기기, 토양 개량, 화학 산업, 의료 분야 등에서 활용되고 있다.
전 세계적으로 가장 대표적으로 희토류를 채굴·생산하는 지역은 중국 내몽골 자치구 바영인두스트리 구역으로, 이 지역에서는 희토류 생산 비중이 전체 생산의 대다수를 차지하고 있습니다. 미국과 호주에서도 일부 희토류 생산이 이루지고 있다.
전자기기 산업에서는 TV, 스마트폰, 노트북 등의 디스플레이 재료로 사용되며, 레이저, LED, 자기 저장 장치 등의 제조에 필요한 원소로도 활용된다.
희토류는 농업 분야에서도 활용되며, 토양개량제로 사용되는 란타넘과 그 외 다른 희토류들은 농산물의 생산성과 품질을 높일 수 있다. 그리고 의료 분야에서는 MRI의 촬영장치를 만드는데 필요한 재료로 사용됩니다.
하지만 희토류는 생산량이 적고, 채굴·생산 비용이 높으며, 생산 및 가공과정에서 환경오염도 엄청나게 일어난다. 그래서 거의 대부분 중국에서 채굴, 가공을 한다. 즉, 이 희토류를 채굴, 가공할수록 환경오염은 재앙이다.
그리고 코발트 니켈 망간등 배터리 제조과정 전 후 발생되는 환경오염으로 인해 전기차를 친환경차라고 부르면 안 되는 것도 바로 이런 이유다.
인공물질이 아닌 천연자원 희토류
희토류는 지구 내에 존재하는 원소 중에서 가장 드문 원소들로, 다양한 산업에서 중요한 용도로 사용되는데, 희토류를 가공해서 나오는 물질은 실로 다양하다.
네오디뮴
강력한 자석을 만들기 위한 재료로 사용됩니다. 네오디뮴 자석은 하드디스크, 스피커, 모터 등 다양한 기기에서 사용됩니다.
산화 이트륨
광학 산업에서 사용되는 재료로, 텔레비전, 렌즈, 반사경, 태양전지 등에서 사용됩니다.
유로퓸
산화 이트륨과 함께 광학 산업에서 사용되는 재료로, 산화 이트륨보다 빨간색 빛을 잘 흡수하기 때문에 적색 형광체로 사용됩니다.
터븀
전자기기, 세라믹, 촉매 등 다양한 산업에서 사용됩니다. 특히, 터븀이 함유된 NdFeB 자석은 네오디뮴 자석보다 높은 열안정성을 가지고 있습니다.
이 외에도, 희토류에는 다양한 용도로 사용되는 다른 원소들도 함유되어 있습니다.
희토류 가공방법과 환경오염
희토류는 일반적으로 산업용 재료로 사용되는 아주 중요한 자원이지만, 희토류는 희소한 원소이기 때문에 가공과정에서 매우 위험한 물질이기 때문에 아주 조심해야 합니다.
추출
희토류 원소를 용해제와 혼합하여 용액으로 만든 후, 이용하여 희토류 원소를 추출합니다.
분리
추출된 용액에서 희토류 원소를 분리하는 과정입니다. 이 과정에서는 화학적인 분리, 전기화학적인 분리, 음이온 교환 증류 등의 방법을 사용합니다.
정제
분리된 희토류 원소를 정제하는 과정입니다. 이 과정에서는 교환 수지, 증류, 결정화, 산화 등의 방법을 사용합니다.
혼합
다양한 종류의 희토류 원소를 혼합하여 산업용 희토류 원료로 사용하는 과정입니다.
제품 제조
희토류 원소를 이용하여 다양한 제품을 제조하는 과정입니다. 예를 들어, NdFeB 자석은 Nd와 FeB의 혼합물을 사용하여 제조됩니다.
또한 희토류 가공은 환경오염의 위험이 상담히 크다.
이유는 희토류 원소가 자연에서 매우 희소하기 때문에 추출 및 가공 과정에서 많은 양의 에너지와 화학 물질이 사용되기 때문이다. 이로 인해 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염 등의 문제가 발생한다.
예를 들어, 희토류 추출 과정에서는 강력한 산화제나 알칼리 용액 등을 사용하여 원소를 추출하기 때문에 대량의 산성 또는 염기성 폐기물이 발생하는데, 이러한 폐기물은 지하수나 토양을 오염시키고, 대기 중에 방출되는 화학물질은 공기 오염 유발한다. 미세먼지 초미세먼지에 분명 포함되어 있을지도 모른다.
따라서, 희토류 원소를 가공하는 산업체들은 환경오염 예방을 위해 적극적으로 대처해야 하는데, 이를 위해 친환경적인 추출 및 가공 기술의 개발과 적극적인 폐기물 처리 등이 절실히 필요하다.
현재 전 세계적으로 공급 부족이 예상되고 있으며, 중국은 희토류 공급을 제한함으로써 전 세계에 막대한 피해를 준다. 따라서 희토류의 대체재 개발이나 재활용 기술의 개발이 반드시 필요하며, 이를 통해 희토류 공급의 안정화와 함께 지속 가능한 개발이 이루어져야 한다.
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