희소금속 없는 영구자석 개발 현황과 조선·전장 실무 영향

전 세계 연구기관은 희소금속을 사용하지 않은 고성능 영구자석을 개발하기 위해 집중하고 있다. 이 자석은 전기차 모터, 풍력 발전기, 로봇 및 가전제품에 널리 쓰이는 희소금속 기반 영구자석을 대체할 잠재력을 가지고 있다.

1. 연구 현황과 기술 성숙도

현재 주요 대학·연구소는 TRL 5~6 단계에서 프로토타입을 선보이고 있다. 실험실 테스트에서는 기존 네오디뮴 자석 대비 70% 이상의 자속밀도를 기록했으며, 온도 안정성도 150℃까지 유지한다. 하지만 생산 공정 확립과 비용 절감이 아직 과제로 남아 있다.

2. 선급 인증 및 국제 표준

IEC 61892(해양 전기 설비)와 DNV·LR, ABS 등 선급 기관은 신규 자석 소재에 대한 시험 절차를 마련 중이다. 국내 선급도 2025년 말까지 최초 인증을 목표로 시험 계획을 발표했으며, 인증 절차는 자속밀도, 내열성, 부식 저항 등을 평가한다.

3. 조선·전장 설계에 미치는 파급 효과

희소금속 없는 영구자석이 적용되면 전장 설계에서 무게 감소와 공간 절감 효과가 나타난다. 전력 변환 효율은 기존 대비 3~5% 상승할 것으로 예측되며, 이는 연료 소비 감소와 배출 가스 저감에 직접 연결된다. 또한, 고전압(10 kV) 시스템에서도 자석 기반 보호 장치 설계가 용이해진다.

4. 실무 관점에서의 시사점

현장 엔지니어는 기존 설계와의 호환성을 검증해야 한다. 새로운 자석은 기존 모듈에 바로 삽입 가능하지만, 연결 부위의 전기적 특성(저항·인덕턴스) 변화를 고려한 재설계가 필요하다. 또한, 부품 표준화와 공급망 확보를 위한 사전 계약이 요구된다.

5. 전망과 과제

양산 단계로 진입하려면 대량 생산 공정과 비용 구조 개선이 필수다. 현재 시제품당 비용은 약 150 만원 수준이며, 목표 가격은 30 만원 이하이다. 이를 위해 재료 공급망 다변화와 공정 자동화가 추진되고 있다. 향후 5년 내에 상용화가 이루어지면 조선 전장 설계는 경량화와 효율성 면에서 큰 변화를 맞이할 것이다.

6. 정리 표

요약하면, 희소금속 없는 영구자석은 조선·전장 분야에 혁신적인 설계 자유와 효율 향상을 제공한다. 그러나 인증·양산·비용 절감이라는 세 가지 핵심 과제를 해결해야 실무 적용이 가능해진다.

현장에서 자주 나오는 질문