수정하기 - 일본의 희토류 대체 연구는 어떤 단계인가요?

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일본은 대(對)중국 희토류 의존도를 낮추고 장기적으로 안정적인 공급 체계를 구축하기 위해 ‘희토류 대체(혹은 저감) 기술’ 개발에 총력을 기울여 왔습니다. 대체 연구는 크게 네 가지 축(영구자석, 촉매·촉매제, 광·발광 소재, 그리고 배터리·저장합금)으로 나뉘며, 각각의 기술 성숙도는 다음과 같습니다.    1. 영구자석 분야       • 부분 대체(혼합 원료 적용) 단계         – 이미 상용화된 Nd–Fe–B(네오디뮴 자석)의 주원료인 네오디뮴(Nd) 일부를 가격이 저렴한 세륨(Ce)·라듐(La) 계 희토류로 대체하는 연구가 진행 중입니다. 일본의 대표 자석 제조사들은 5∼10% 가량의 Nd를 Ce·La 혼합물로 치환한 시제품 자석을 개발해 자동차용 모터 등에 적용을 검증하고 있습니다.       • 완전 대체(REE-free) 단계         – 철질(Fe-계) 초격자 화합물(Fe16N2), 알루미늄망간석(MnAl), 페라이트(ferrite) 기반 자석 같은 완전 비희토류 자석은 여전히 실험실 규모에서의 <a href='https://sangseek.com/sangseeks/강자/ko'>강자</a>성·열적 안정성 확보가 과제입니다. 수명·내열성·보자력(保磁力) 면에서 Nd–Fe–B를 완전히 대체하기에는 에너지적 성능이 낮아, 산업적 확대는 아직 초기 단계에 머물러 있습니다.    2. 촉매 및 촉매제 분야       • 희토류 기반 촉매 저감 단계         – 자동차 배기가스 정화용 세라믹 촉매(배기촉매)에 쓰이는 세륨(CeO2) 기반 산소 저장 능력(OSC)을 보완하기 위해 소량의 플롯넘(Platinum)·팔라듐(Pd) 등 귀금속 저감 기술이 일부 실용화됐습니다.       • 희토류 완전 대체 단계         – 페로브스카이트(perovskite) 계 촉매, 제올라이트(zeolite) 계 <a href='https://sangseek.com/sangseeks/복합산/ko'>복합산</a>화물 등 비희토류 산화물을 이용한 저온·고온 내구성을 강화하는 연구가 활발하지만, 내구성·촉매활성 면에서 기존 Ce계 촉매를 완벽히 대체하기엔 아직 역량이 부족한 상황입니다. 학계·산업계 파일럿 규모 반응기 실험 단계에 머물러 있습니다.    3. 광·발광 소재 분야       • 부분 대체(구조·소재 전환) 단계         – 기존 형광램프·액정디스플레이(LED·LCD) 백라이트에 쓰이던 Tb·Eu 계 형광체를 OLED(유기발광다이오드) 기술로 대체하는 움직임은 이미 상용화 수준에 도달했습니다. TV·스마트폰 디스플레이에 적용된 유기<a href='https://sangseek.com/sangseeks/발광소자/ko'>발광소자</a>(OLED)는 희토류 형광체 사용량을 크게 줄였고, 일본 기업들도 이 분야에서 세계적 경쟁력을 확보했습니다.       • 완전 대체(무(無)희토류 발광체) 단계         – 무기·유기 혼성 나노구조체를 활용해 전통적 형광체를 대체하려는 기초연구가 이어지고 있지만, 색재현성·수명·내구성 확보가 관건이라 여전히 연구실·파일럿 수준에 머문다.    4. 배터리·수소저장합금 분야       • 부분 대체 단계         – 니켈수소(NiMH) 전지의 핵심소재인 미스치메탈(mischmetal; La·Ce 계 혼합 합금)을 자력으로 정제·재활용하면서 원료 사용량을 최적화하는 기술은 이미 일부 상용화됐습니다. 수소저장합금(H–M 합금)의 재활용·재합성 공정 개발도 병행해 희토류 사용량을 억제하고 있습니다.       • 완전 대체 단계         – 전고체 배터리 등 차세대 전기저장장치로 전환함으로써 NiMH를 대신하려는 시도는 활발하지만, 대체 소재 자체의 상용화·원가 경쟁력 확보에는 다소 시간이 더 필요한 형편입니다.    종합해 보면, 일본의 희토류 대체 연구는 ‘기존 희토류 함유 물질의 일부를 저가 희토류·타 금속으로 치환하거나, 구조(소재) 자체를 전환하는 단계’는 이미 부분 상용화 수준에 이르렀습니다. 반면 완전 무(無)희토류 화합물·소재의 개발은 대체 성능·내구성·경제성을 충족하는 데 어려움이 있어 대부분 기초연구~파일럿 실험 단계에 머물러 있으며, 앞으로 수년간 추가 연구·투자·산업화 실증이 필요한 상황입니다.