친환경 자동차, 풍력발전기, 냉장고·에어컨 등 다양한 제품의 핵심 부품으로 쓰이는 희토류 영구자석은 ‘첨단산업의 비타민’으로 불리며 단순한 금속 소재를 넘어 산업 혁신의 원동력으로 평가받고 있다. 성림첨단산업은 폐모터와 폐자석에서 희토류 원소를 회수해 고성능 영구자석으로 재활용하는 기술을 개발, 국내 공급망 안정화와 친환경 제조를 동시에 실현하며 업계에서 독보적인 위치를 점하고 있다.

영구자석이란 외부에서 전기를 공급하지 않아도 자력을 유지하는 자석을 말한다. 즉 에너지를 사용하지 않아도 계속해서 자기장을 만들어낼 수 있는 물질이다. 영구자석은 모터에서 가장 효과적으로 그 기능을 활용할 수 있다. 모터는 서로 다른 자기장이 만나 회전운동을 만들어내는데, 이때 영구자석이 한쪽 자기장을 담당한다. 덕분에 모터는 더 효율적으로 작동하며, 크기 대비 강력한 힘을 낼 수 있다. 이러한 특성 덕분에 전기차, 풍력발전, 로봇, 드론 등 다양한 산업에서 필수 부품으로 자리 잡았다. 특히 전기차 모터의 핵심 구성 요소로 활용되면서, 에너지 효율과 출력 향상에 기여한다는 점에서 산업적 가치가 매우 높다.

예를 들어 전기차에서는 효율적으로 배터리 에너지를 회전력으로 전환하고, 풍력발전기에서는 바람의 에너지를 안정적으로 전기에너지로 변환하는 역할을 수행한다. 자력과 크기, 형태가 자유로운 고특성 희토자석이 사용되는 이유가 바로 여기에 있다. 성림첨단산업 김동환 CTO는 “고특성 자력을 안정적으로 구현할 수 있는 기술이 없으면, 완성차나 풍력발전기 설계의 효율성을 최대화할 수 없다”고 강조했다.

하지만 희토류 영구자석 산업에는 큰 도전 과제가 존재한다. 전 세계 희토자석 생산의 90% 이상이 중국에 집중돼 있어, 수급 안정성과 가격변동 문제가 항상 산업 리스크로 작용한다는 점이다.

성림첨단산업은 기존 희토자석 산업의 환경적·경제적 한계를 극복하기 위해 폐모터와 폐자석에서 희토류 원소를 회수하고 이를 영구자석 소재로 재활용하는 기술을 개발했다. 일반적인 금속 재활용이나 전자 폐기물 처리와 달리, 희토류 회수는 자석 합금 제작, 수소 처리, 분말화, 자장 성형과 소결^❶을 거쳐 최종 고특성 영구자석으로 완성되는 복잡한 공정을 거친다. 특히 기존에는 습식 정련 방식을 주로 사용했는데, 이 경우 화학 용액을 사용하면서 다량의 폐수와 이산화탄소 배출 등 환경 및 안전 문제가 발생했다. 반면 성림첨단산업은 메탈 할라이드^{Metal Halide} 반응 원리를 이용한 건식 정련 공정을 개발해 친환경적이고 안전하게 회수 공정을 수행할 수 있게 됐다. 메탈 할라이드 방식은 마그네슘과 폐자석의 접촉을 통한 물리적인 방식으로 희토류가 분류되기 때문에 기존 습식 정련 대비 유해가스 발생이 거의 없고 안전성이 높다.

이러한 친환경 건식 정련 기술은 소재 확보를 넘어 산업적 파급력도 매우 크다. 전기차와 풍력발전 등 신산업 확대와 맞물려 희토류 영구자석 수요는 급증하고 있으며, 폐자석 기반 재활용 기술을 통해 국내 공급망의 약 20%까지 안정화가 가능할 것으로 기대된다. 무엇보다 이번 과제는 난도 높은 기술 개발에 성공했다는 자체만으로도 산업적으로 큰 의미가 있다.

“국내에서 생산한 희토류는 특수한 방법으로만 안정적인 활용이 가능한데, 폐자석을 원료로 사용할 경우 별도의 기술이 필요합니다. 폐자석 속에는 몇 종류의 희토류가 섞여 있습니다. 이를 효율적으로 추출하고, 추출한 희토류를 안정적으로 자석 소재로 활용할 수 있도록 하는 이원 합금 기술^{Binary Alloy Method}이 이번 개발 기술의 핵심입니다.”

본 과제를 통해 성림첨단산업은 폐자석을 활용하여 고특성 영구자석을 생산할 수 있는 기술적 완성도를 확보했다. 2024년 말 폐자석에서 회수한 희토금속을 이용해 영구자석 제조가 가능함을 검증했으며, 향후 소량 생산을 시작해 2027년경에는 국내 자급에 필요한 원료 공급량을 확보할 수 있을 것으로 전망된다.

더 나아가 성림첨단산업은 작년부터 폐자석을 바로 분말화하여 자석 공정에 투입하는 쇼트 루프^{Short Loop} 재활용 기술 개발에도 나섰다. 일반적으로 폐자석 재활용은 완제품으로부터 희토류를 회수하는 롱 루프^{Long Loop} 방식과, 자석 제조공정 중간에 재활용하는 쇼트 루프 방식으로 구분된다. 쇼트 루프 기술은 정련 단계를 거치지 않아 원가를 낮출 수 있고, 손실이 적어 경제성이 높다. 다만 모든 자석을 쇼트 루프 방식으로 활용할 수 있는 것은 아니므로 일부는 정련을 거친 롱 루프 방식으로, 나머지는 쇼트 루프로 병행 투입해 효율적인 리사이클링이 가능하다. 이러한 접근을 통해 비용 부담이 큰 건식 정련의 단점을 보완하고, 해외에서 시행 중인 습식 정련보다 경쟁력 있는 폐자석 재활용 체계를 구축할 수 있다.

앞으로 성림첨단산업은 전기차, 풍력, 로봇, 드론 등 다양한 분야에 맞춘 기술 개발 로드맵을 마련하고, 핵심 기술들을 차근차근 개발해나갈 계획이다. 희토류 자석은 기술 개발이 제품 가격에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 기술 개발은 성림첨단산업의 필수 불가결한 과제다. 멈추지 않고 끊임없이 새로운 기술을 개발해나갈 성림첨단산업의 미래가 기대된다.