미국의 자석 반란: 철과 공기가 중국의 전기 모터 장악에 도전하다
미네소타에서 조용한 혁명이 서서히 일어나고 있다. 이 혁명은 희귀 금속이나 멀리 떨어진 광산과는 무관하다. 대신, 거의 평범하게 느껴지는 철과 공기에서 시작된다.
사르텔의 한 산업 단지에서는 건설 인력들이 미국 제조업을 재정의할 수 있는 공장의 기초를 다지고 있다. 미니애폴리스에 본사를 둔 나이론 마그네틱스(Niron Magnetics)는 우리 주변에 흔한 철과 질소만을 이용해 자석을 만들 계획이다. 희토류 원소는 필요 없다. 해외 의존도도 없다. 지정학적 제약도 없다.
이 발표는 글로벌 자동차 제조사 스텔란티스와의 새로운 파트너십과 함께 이루어졌는데, 이는 단순한 비즈니스 거래 이상의 의미를 가진다. 이는 산업 공급망의 가장 취약한 부분에서 중국의 영향력을 제거하려는 빠르게 확산되는 움직임의 일부이다. 오늘날 거의 모든 전기 모터, 풍력 터빈, 스마트폰 스피커는 희토류 자석에 의존하고 있으며, 중국이 이 시장을 장악하고 있다.
나이론은 이 문제에 대한 해결책을 가지고 있다고 생각한다. 그들의 질화철 기술은 미국 땅과 하늘에서 구할 수 있는 재료를 사용하면서도 희토류 자석과 유사한 성능을 제공할 수 있다. 조나단 라운트리(Jonathan Rowntree) CEO는 “새로운 광산을 가동할 필요가 없다”며, “이는 새로운 희토류 공급망의 필요성을 우회한다”고 말했다.
당근이 채찍으로 변할 때
중국은 단순히 가장 큰 플레이어가 아니라 사실상 유일한 플레이어이다. 전 세계 희토류의 약 90%를 가공하고 영구 자석의 85%를 생산한다. 이러한 지배력은 우연히 생긴 것이 아니다. 1990년대 미국 기업들은 제조업을 해외로 이전했다. 1995년에는 제너럴 모터스(General Motors, GM)가 네오디뮴 자석의 선구자였던 자사의 마그네퀸치(Magnequench) 사업부를 덩샤오핑 일가와 연관된 중국계 그룹에 매각하기까지 했다. 이 매각은 오늘날까지도 업계를 괴롭히고 있다.
이제 중국은 자국의 지배력을 지렛대로 활용하고 있다. 최근 중국 상무부의 지시는 더 큰 제품 내의 아주 작은 부품이라 할지라도 희토류 자석 및 관련 재료의 수출을 제한하고 있다. 중국은 이를 국가 안보 문제라고 말하지만, 자동차 제조사들은 이를 경고 사격으로 보고 있다. 이러한 제한은 미국이 반도체 수출 규제를 강화한 이후 갈륨과 게르마늄에 대해 부과된 이전의 제한 조치에 뒤따른 것이다.
자동차 회사들에게는 시기가 최악이다. 전기차 생산은 이미 매년 83만 톤의 희토류 재료를 소비하고 있으며, 글로벌 전기차 판매량이 1,800만 대에 근접함에 따라 수요는 15~20% 더 증가할 것으로 예상된다. 올해에만 가격이 25% 급등했다. 여러 임원들은 상황이 "패닉"에 가깝다고 말한다.
영구 자석은 구동 모터, 파워 스티어링, 펌프, 스피커 등 차량 시스템 전반에 깊이 연결되어 있다. 공급 부족은 생산 속도를 늦출 뿐만 아니라, 전체 조립 라인을 멈출 수도 있다. 스텔란티스는 이러한 위험을 잘 알고 있다. 미키 블라이(Micky Bly) 스텔란티스 구동 시스템 엔지니어링 책임자는 “나이론 마그네틱스 팀과의 협력을 통해 이 혁신적인 자석 기술의 가능성을 탐구할 수 있다”고 말했다. 그의 신중한 표현은 이 기술이 유망하지만 아직 자동차 전반에 걸쳐 완전히 입증되지는 않았다는 현실을 강조한다.
자유의 물리학
이론적으로 질화철 자석은 꿈처럼 보인다. 철은 지구 지각에서 네 번째로 풍부한 원소이다. 질소는 공기의 대부분을 구성한다. 이 두 가지 모두 외세에 의해 통제되지 않는다. 희토류 자석보다 비용이 30~60% 낮아 모터 비용을 최대 15%까지 절감할 수 있으며, 배터리로 인해 이미 수익 마진이 압박받는 산업에서 막대한 절감 효과를 가져올 수 있다.
질화철은 또한 기존 페라이트 자석보다 최대 18% 더 높은 자화를 자랑하여 모터를 더 작고 효율적으로 만들 수 있다. 나이론의 사르텔 공장이 2027년 초 가동되면 연간 1,500톤(미국 수요의 약 3%에 해당)을 생산하고 175개의 첨단 기술 일자리를 창출할 계획이다.
하지만 물리학에는 한계가 있다. 질화철은 보자력(coercivity)이 낮아 자성을 더 쉽게 잃기 때문에 고온에서 성능이 저하된다. 특히 항공우주 및 방위 산업에 사용되는 희토류 자석은 훨씬 더 높은 열과 스트레스를 견딜 수 있다. 질화철의 최대 온도는 약 200~250°C인 반면, 일부 방위용 자석은 350°C 이상을 견딘다. 이러한 이유로 전문가들은 질화철이 제트기나 미사일의 희토류 자석을 곧 대체하지는 못할 것이라고 말한다. 한 컨설턴트는 “이 기술은 유망하지만, 근본적으로 대규모 생산이 아직 입증되지 않았다”고 경고했다.
모터 그 이상: 새로운 산업 전략
나이론-스텔란티스 계약은 더 광범위한 전략의 한 부분일 뿐이다. 이 전략은 가능한 모든 곳에서 취약한 재료를 설계에서 제외하는 것이다. 전 산업 분야가 제품 제조 방식을 재고하고 있다.
풍력 터빈 회사들은 영구 자석 발전기와 유도 모터를 혼합하여 사용한다. 배터리 제조사들은 코발트를 버리고 니켈 사용을 줄이며 리튬인산철(LFP) 및 나트륨 이온 화학 기술로 전환하고 있다. 데이터 센터는 하드 드라이브에서 자석을 재활용하면서 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 늘리고 있다. 디스플레이 제조사들은 희토류 인광체를 대체하기 위해 퀀텀닷과 페로브스카이트를 연구한다.
추세는 명확하다. 완벽한 재료 대신 더 똑똑한 아키텍처를 추구하는 것이다. 유도 모터는 더 부피가 클 수 있지만, 영리한 엔지니어링을 통해 효율성 격차를 좁힐 수 있다. 리튬인산철 배터리는 에너지를 적게 저장할 수 있지만, 더 안전하고 수명이 길며, 스마트 팩 디자인으로 그 차이를 보완할 수 있다.
한 전략가는 “100% 대체가 필요한 경우는 거의 없다”며, “생산량의 30~70%를 대체 재료로 전환하고, 프리미엄 재료는 틈새시장이나 고성능 용도로 비축하라”고 말했다.
지정학적 부메랑
아이러니하게도, 중국의 수출 제한은 오히려 중국이 피하고자 하는 다변화를 가속화할 수 있다. 가격이 너무 높이 치솟으면 기업들은 대체재를 찾게 된다. 이미 희토류 채굴의 40~45%가 중국 밖에서 이루어지고 있으며, 미국, 호주, 심지어 그린란드에서도 새로운 프로젝트들이 시작되고 있다.
유럽에서는 노르웨이의 리텍(ReTec)이 수소 기반 자석 재활용 규모를 확대하여 EU 수요의 5%를 충족시키려 하고 있다. 일본과 대만은 자체 질화물 자석 프로그램에 투자하고 있다. 미국 에너지부는 더 큰 "프렌드쇼어링(friendshoring)" 재료 공급망 구축 노력의 일환으로 나이론에만 1,750만 달러 이상을 투자했다.
일부 관찰자들은 시적인 대칭성을 발견한다. 한 산업 역사가들은 “GM이 1995년 마그네퀸치를 중국에 매각한 것이 결정적이었는데, 이제 그들은 나이론을 통해 이를 만회하고 있다”고 언급하며, GM이 최근 이 스타트업에 투자한 사실을 언급했다.
혁명이 아닌 진화
투자자들은 흥미를 보이면서도 신중한 태도를 취하고 있다. 질화철 자석은 2028년 또는 2029년경 구동 모터에 적용되기 전, 오디오 시스템, 펌프, 보조 모터와 같은 저위험 용도에 먼저 출시될 가능성이 높다. 자동차용 부품 인증 테스트는 수년이 걸리며, 사람의 생명이 달린 문제에서는 실패가 용납되지 않는다.
영구 자석 시장은 2033년까지 670억 달러에 달하며, 연간 거의 10%씩 성장할 것으로 예상된다. 성능이 향상된다면 질화철은 전기차 및 풍력 발전 애플리케이션 시장의 510%를 차지할 수 있다. 일부 분석가들은 공격적인 시나리오 하에 2030년까지 경량 전기차에서 2030%의 채택률을 예측하며, 희토류 버전에 비해 자석 가격이 최대 40% 하락할 것으로 전망한다.
만약 열 문제와 보자력 문제가 지속된다면, 더 보수적인 예측치는 약 5%에 머무른다. 이 경우 자동차 제조사들은 고효율 유도 모터와 같은 하이브리드 솔루션에 의존할 수 있다.
변수는 무역 정책이다. 중국의 전면적인 희토류 수출 금지는 2030년까지 새로운 모터에서 50%의 채택률을 보이는 급격한 변화를 촉발할 수 있다. 하지만 긴장이 완화된다면 변화는 점진적으로 15% 전환에 그칠 수도 있다.
스텔란티스와 같은 기업에게 가치는 단순히 원초적인 성능에만 있는 것이 아니다. 그것은 선택권이자 보험이다. 자석 가격이 1년에 25%나 변동할 수 있는 세상에서 유연성은 곧 힘이다. 나이론의 미네소타 공장은 단순한 공장이 아니라 불안정성에 대한 헤지(대비책)인 셈이다.
한 자동차 분석가는 “이것은 혁명이 아니라 진화”라며, “그러나 공급망이 무기화될 때, 독립을 향한 진화는 프리미엄을 지불할 가치가 있다”고 말했다.
투자자들은 금융 전문가와 상담해야 합니다. 과거의 추세가 미래의 결과를 보장하지 않습니다. 재료 공급 다변화는 위험, 긴 리드 타임, 그리고 혼란이 닥치기 전에 혁신할 인내심을 수반합니다.