LG이노텍, 희토류 줄인 '친환경 마그넷' 개발

LG이노텍은 마그넷 전문 기업 성림첨단산업과 공동으로 세계에서 가장 강한 자력을 가진 '친환경 마그넷(자석)' 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.

이번 개발로 LG이노텍은 중국, 일본 주도의 마그넷 업계에서 시장 공략의 계기를 마련할 수 있게 됐다.

친환경 마그넷은 희소 가치가 높은 중(重)희토류 사용을 최소화한 자석으로, 차량 모터, 스마트폰용 카메라, 오디오 스피커, 풍력 발전기 등에 들어가는 필수 소재다. 구동이 필요한 제품에 장착돼 자석의 밀고 당기는 힘으로 동력을 제공한다.

이 제품은 자석의 핵심성분인 중희토류 사용량을 기존 대비 60%가량 크게 줄였다. 중희토류의 공급부족, 높은 가격, 환경오염 문제로 대안 찾기에 고심하던 업계에 반가운 소식이다. 특히 우리나라는 중희토류 대부분을 중국 등에서 수입하고 있는 상황인 만큼 LG이노텍의 친환경 마그넷 개발은 의미가 크다.

또 친환경 마그넷은 기술력과 품질로 40년가량 업계를 이끌어온 일본을 제치고 가전 및 차량 조향모터용 자석 성능을 세계 최고 수준인 14.8kG(킬로가우스, 자석 세기 단위)까지 끌어올렸다. 업계는 이 자석의 기술적 성능 한계치를 15kG로 보고 있으며, 현재까지 상용화된 제품의 성능은 14.2~14.3kG에 불과하다.

친환경 마그넷은 중희토류를 기존 대비 40%만 사용해 원자재 공급 부족으로 인한 생산 중단 리스크를 최소화한 것이 강점이다.

특히 이 제품은 중희토류 비중을 낮추기 위해 고심하던 완성차 및 차량부품 업체들의 관심이 쏠리고 있다. 중희토류 공급 부족으로 인한 생산 중단 리스크가 갈수록 커지고 있기 때문이다. 특정 국가에서만 생산이 가능한 중희토류가 최근에는 전기차 확대로 수요가 급증하고 외교 분쟁 등으로 '무기화'되는 사례가 늘고 있어 수급은 한층 더 어려워질 전망이다.

친환경 마그넷을 차량용 조향모터에 적용하면 모터의 출력은 높이면서도 크기가 줄어 경량화에 유리하다. 자석 성능이 높아 모터 크기가 작아도 높은 출력을 낼 수 있어서다. 이 제품은 배터리 무게 증가로 전비(전기차의 연비)향상을 위한 경량화가 시급한 전기차, 하이브리드 차량 등에 적합하다. 또 모터 크기를 축소하면서 모터에 쓰이는 구리 등 최근 가격이 오르고 있는 원자재 비용도 함께 줄일 수 있다.

친환경 마그넷을 고화소 스마트폰용 카메라에 장착하면 액츄에이터 구동력을 높여 깨끗하고 선명한 고화질 사진과 동영상을 촬영할 수 있다.

최근 스마트폰 카메라 사양이 높아지며 고화질 촬영을 위한 렌즈 크기와 무게가 증가해 액츄에이터용 자석 역시 성능 향상 요구가 커지고 있다. 반면 스마트폰 크기는 갈수록 슬림화하고 있어, 크기는 작고 자력은 높인 마그넷의 수요가 증가하고 있다.

친환경 마그넷은 동일 크기에서 더 강한 자력을 발생해 액츄에이터의 구동력을 10%가량 높일 수 있다. 렌즈가 무거워져도 원하는 거리만큼 빠르고 정확하게 렌즈를 이동할 수 있는 것이다.

이 제품은 ESG 관점에서도 의미가 크다. 환경오염 이슈가 있는 중희토류 사용량을 최소화해서다. 중희토류는 생산과정에서 방사성 물질, 중금속, 독성가스, 산성폐수 등이 다량 발생해 토양, 하천, 지하수 등을 심각하게 오염시키는 것으로 전해진다.

그동안 마그넷 분야는 일본이 세계 최고의 기술력을, 중국은 가격 경쟁력을 앞세워 시장을 주도해왔다. 특히 중국은 자국에서 생산하는 중희토류를 무기로 전 세계 수급을 좌우하며 글로벌 시장을 장악하고 있다.

이 때문에 생산량 부족, 무역 및 외교분쟁 등으로 중희토류 수급에 차질이 생기면 핵심소재인 중희토류 마그넷 공급이 부족해지며 완성차 업체 등 국내외 기업들은 사업에 치명적인 영향을 받을 수밖에 없다. 높은 가격, 환경오염 이슈도 풀어야할 과제다.

LG이노텍은 이를 해결하기 위해 2017년부터 중희토류를 줄인 친환경 마그넷 개발에 본격 돌입, 2019년부터는 업계 최고 성능 확보에 주력해 왔다. 이를 위해 국내 기업 중 '중희토류 저감 기술'을 보유한 성림첨단산업과도 힘을 합쳤다.

중희토류는 고온에서의 자력 유지를 위해 반드시 필요한 성분으로, 중희토류를 줄이면 자칫 자석의 내구성이 낮아질 수 있다. 사용량을 최소화하면서도 자석의 성능을 높이는 것은 기술적으로 어려운 과제였다.

두 기업은 신규 화합물을 첨가해 중희토류를 적게 사용면서도 다양한 제품과 온도 범위에서 최고의 자력을 낼 수 있는 친환경 마그넷용 코팅액을 개발하고, 코팅액에 최적화한 새로운 자석 소재를 확보했다. 이 코팅액을 자석에 균일하게 바른 후 열을 가해 고르게 흡수시켜 만든 것이 세계 최고 성능을 확보한 친환경 마그넷이다.

LG이노텍은 기존 개발방식으로는 일본의 기술력을 단기간에 따라잡을 수 없다고 판단, 머신러닝(컴퓨터가 데이터를 학습해 자동으로 판단하고 결과를 내는 기술) 방식의 시뮬레이션 기법을 도입했다. 이를 통해 최소 2년 이상 걸리는 개발기간을 절반으로 단축하는데 성공했다.

LG이노텍은 친환경 마그넷의 중희토류 함량비율, 열처리 온도 등 최적의 공정조건을 도출하는 전 과정을 머신러닝 컴퓨터로 자동화해 실험 횟수와 시간을 크게 줄였다. 기존에는 연구원들이 직접 수백번의 실험을 거쳐야 해 개발 기간이 길었고, 오류도 발생했다.

LG이노텍은 차량용 조향모터, 스마트폰 액츄에이터 등 자사 제품에 친환경 마그넷을 적용해 차별화 경쟁력을 강화해 나간다는 방침이다.

이와 함께 글로벌 완성차 및 차량부품 기업, 스마트폰 제조 기업 대상의 프로모션을 적극 펼칠 계획이다. 적용 분야도 에어컨, 냉장고, 드론, 도심형 플라잉카, 발전기 등으로 빠르게 확대해 나갈 예정이다.

또 마그넷 기술 선도 입지를 확고히 하기 위해 희토류를 아예 넣지 않은 '무희토류 마그넷' 개발에도 속도를 낼 계획이다.

강민석 LG이노텍 CTO(부사장)는 "혁신기술로 핵심소재를 단기간에 개발해 최고의 성능과 품질을 갖춘 제품을 고객에게 안정적으로 공급할 수 있게 되었다는데 의의가 있다"며 "친환경 마그넷을 통해 고객에게 차별화된 가치를 지속적으로 제공해 나갈 것"이라고 말했다.