네오디뮴 및 기타 희토류 원소를 사용하면 모터의 출력과 토크 밀도가 높아집니다. 다행스럽게도 이러한 필수 성분은 이름에서 알 수 있듯이 희귀하지는 않습니다. 미래에 점점 증가하는 수요를 충족시키기 위해 과학자들은 새로운 재활용 방법을 연구하기 시작했습니다.
전기차 하면 곧 '희토류'라는 키워드가 나올 것이다. 화학자들에게 "희토류"는 란타늄, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 테르븀, 디스프로슘, 루테튬과 같은 주기율표의 17가지 "희토류 금속" 중 하나를 의미합니다. 그 중 일부는 전기 자동차의 모터와 배터리에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 견인 모터의 자석에는 철 외에도 희토류 금속이 약 30% 포함되어 있습니다. 이곳의 희토류 금속은 주로 네오디뮴이지만 디스프로슘과 테르븀도 있습니다. 장점: 매우 작은 크기의 자석이라도 강력한 자기장을 생성할 수 있으며 이는 전기 구동 시스템에 매우 유용합니다.
"자석의 희토류 금속 덕분에 영구자석 동기 모터는 극도로 높은 출력과 토크 밀도를 달성할 수 있어 전체 구동 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다." 포르쉐 엔지니어링의 전기 모터 프로젝트 엔지니어인 라팔 피오투치 박사(Dr. Rafal Piotuch)는 "페라이트 등 다른 자석 재료에는 희토류를 사용할 필요가 없지만 무게가 부족하다는 단점이 있다"고 설명했다. 그리고 모터에 있는 설치 공간." 일부 전기 자동차는 영구 자석 동기 모터를 대체하기 위해 비동기 모터를 사용합니다. 그러나 둘 다 희토류 금속 자석을 사용하는 모터의 높은 전력 밀도와 성능을 달성할 수 없습니다. 이러한 이유로 특히 스포츠카의 경우 네오디뮴, 디스프로슘, 테르븀이 조만간 교체되지는 않을 것입니다.
문제는 여전히 남아 있습니다. 희토류는 정말 희귀한가요? 아니요, 희귀하지 않으며 일부 희토류는 납보다 지구상에 훨씬 더 풍부합니다. 2021년에는 전 세계적으로 약 280000톤의 희토류 산화물이 생산되었습니다. "그러나 희토류 채굴은 매우 노동 집약적입니다."라고 포르쉐 엔지니어링의 전기 모터 컴퓨팅 전문 프로젝트 엔지니어인 Matthias Böger는 설명합니다. "희토류는 복잡한 과정을 통해 광석에서 추출됩니다. 희토류 산화물은 광석에서 분리되어 순수한 금속으로 변환됩니다."
더욱이, 세계의 광물 매장량 분포는 균일하지 않으며 일부 국가는 광물 매장량의 상당 부분을 마스터했습니다. 향후 희토류 시장 수요가 급격히 증가할 수도 있다. 2040년까지 견인 모터에 대한 전 세계 수요만 2018년 수요의 20배로 증가할 것으로 추산됩니다. 또한 풍력발전기에도 이러한 원자재가 필요한데, 이 분야 수요는 같은 기간 4배 증가할 것으로 예상된다. 장기적으로 안정적인 공급을 보장하기 위해 현재 네오디뮴 및 기타 희토류의 재활용 방법에 대한 집중 연구가 진행 중입니다.
저작권 정보
원본 기사는 원래 포르쉐 엔지니어링 잡지 "Porsche Engineering" 1 2023호에 게재되었습니다.
글: 크리스티안 벅
사진: 오리아나 펜윅
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