[페이턴트] 'IT 산업의 필수 소재, 희토류'…하이브리드차·전기차 연구 활발했던 2010년 이후 특허 출원 급증
[페이턴트] 'IT 산업의 필수 소재, 희토류'…하이브리드차·전기차 연구 활발했던 2010년 이후 특허 출원 급증
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현대자동차가 2015년 출원해 2017년 2월 8일 등록을 받은 '희토류 영구자석 제조방법' 특허 도면. 그림=키프리스 캡처
현대자동차가 2015년 출원해 2017년 2월 8일 등록을 받은 '희토류 영구자석 제조방법' 특허 도면. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] #.중희토류가 도포된 시트를 이용해 중희토류 원소의 확산과 표면 코팅을 동시에 실시할 수 있는 희토류 영구자석 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 영구자석 제조방법은 금속시트의 표면에 중희토류 원소를 포함하는 중희토류 페이스트를 도포해 중희토류 도포시트를 마련하는 준비 과정과 상기 중희토류 도포시트를 재단(裁斷)하는 마름질 과정, 상기 중희토류 페이스트가 소결자석의 표면에 접하도록 상기 중희토류 도포시트로 상기 소결자석의 표면을 감싸는 포장 과정 및 상기 중희토류 도포시트로 포장된 소결자석을 가열해 상기 중희토류 페이스트에 포함된 중희토류 원소를 상기 소결자석 내부로 확산시키면서 상기 소결자석의 표면에 금속 코팅층을 형성시키는 1차 열처리 과정을 포함한다.

현대자동차가 2015년 출원해 2017년 2월 8일 등록을 받은 '희토류 영구자석 제조방법' 특허의 요약문입니다.

희토류(稀土類; Rare Earth Elements)는 자연계에 매우 드물게 존재하는 금속원소라는 의미로 붙여진 이름입니다. 원소기호 57번부터 71번까지의 란타넘계 원소 15개와 21번인 스칸듐, 39번 이트륨 등 총 17개의 원소를 총칭합니다.

희토류는 물질 특성상 경제성이 있을 정도의 농축된 형태로는 산출되지 않고 광물 형태로는 희귀하다고 합니다. 그러나 희토류는 실제 지구상에 풍부하게 매장되어 있으며 중국과 소련, 미국 등지에 많이 매장되어 있고 북한에도 풍부한 것으로 알려지고 있습니다.

생산은 중국이 가장 많아 전 세계 유통량의 절대 비중을 차지하고 있습니다. 간혹 중국은 희토류를 외교의 수단으로 무기화하기도 합니다.

희토류는 열전도성이 우수하고 화학적으로도 매우 안정적입니다. 그래서 전기 및 하이브리드 자동차에 유용하게 사용됩니다. 풍력발전과 태양열 발전 등 저탄소 녹색성장에 필수적인 영구자석 제작에도 반드시 필요합니다.

4차 산업혁명을 이끄는 기술에 희토류는 필수불가결한 소재입니다. 미래 전기차 자율주행차는 물론 휴대전화 등 통신기기, PC 등 컴퓨터 산업, 미래 에너지 등에 두루두루 사용되기 때문입니다.

표=특허청 제공
표=특허청 제공

우리나라의 경우 희토류 매장은 정확하게 측정된 것은 아니지만 그리 많지 않은 것으로 알려지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 희토류를 소재로 활용하기 위한 기술 개발은 활발합니다. 관련 특허 출원도 최근 늘어나고 있습니다.

비즈월드가 특허청 자료를 분석한 결과 희토류 관련 특허출원 건수는 2000년 이후 계속 늘고 있습니다. 특히 희토류가 전기자동차 영구자석 소재로 이용되고 있다는 것이 반영돼 하이브리드차와 전기자동차 연구가 활발했던 2010년 이후 희토류 소재 관련 특허 출원도 급증했습니다.

표=특허청 제공
표=특허청 제공

특허 출원도 희토류를 소재로 사용하는 전자 정보산업계, 자동차 관련 업체 등 수요 기업 중심으로 이루어지고 있습니다.

희토류를 영구자석용으로 사용한 출원인별 동향을 보면, 2000년 이후 내국인 출원이 1267건으로 전체의 39%였으며 외국인의 출원은 1965건으로 61%에 달했습니다. IT와 자동차 부문에서 강국이라는 점이 희토류 특허 출원에서도 그대로 반영되고 있습니다. 외국에서도 한국 시장을 그 만큼 중요하게 판단하고 있다는 것을 입증합니다.

국내 출원인 중에서는 삼성전자가 61건으로 가장 많았고 현대자동차가 56건으로 뒤를 이었습니다. 그 외에 삼성전기가 48건, LG이노텍이 33건으로 집계됐습니다.

희토류를 배터리용으로 사용한 국내 출원인 가운데서는 삼성SDI가 81건으로 가장 많이 출원했습니다. 그 외에 ▲엘지화학 33건 ▲삼성전자 32건 ▲한국원자력연구원 24건 등으로 나타났습니다.

출원인별로 볼 때 특허 출원 상위 순위를 대기업이 모두 차지하고 있습니다. 희토류의 분리, 정련 및 합금화 과정에서 필요한 고도의 기술력과 노하우를 반영한 결과입니다. 국내에 희토류가 얼마나 매장되어 있는지를 알 수 없는 관계로 현재로서는 낮은 채산성과 환경오염으로 인해 채굴 등 직접 생산과 관련된 특허 출원은 거의 없습니다. 참고로 희토류의 경우 가공하는 과정에서 많은 환경오염 물질을 배출합니다.

특허청 금속심사팀 관계자는 "몇 년 전만 하더라도 희토류는 자원 무기화로 인해 가격 변동이 극심해, 탈(脫) 희토류 소재를 이용한 모터나 희토류 재활용에 대한 연구가 활발했지만 향후 세계적으로 화석연료를 대체하는 전기자동차 등의 수요가 늘 전망이다"며 "영구자석과 배터리에 관한 연구개발과 특허출원은 더 활발해질 것이다"라고 예상했습니다.

희토류 가공에 대한 기술 개발은 물론 중요합니다. 나아가 이제는 해외의 희토류 채굴과 관련된 투자도 이루어져야 할 시점이라고 전문가들은 한 목소리를 냈습니다.


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