공급망과 환경 문제로 인해 테슬라의 파워트레인 부서는 모터에서 희토류 자석을 제거하기 위해 노력하고 있으며 대체 솔루션을 모색하고 있습니다.
테슬라는 아직 완전히 새로운 자석 소재를 발명하지 못했으므로 기존 기술을 사용할 가능성이 크며, 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 페라이트를 사용할 가능성이 큽니다.
페라이트 자석을 신중하게 배치하고 모터 설계의 다른 측면을 조정함으로써 많은 성능 지표가희토류구동 모터는 복제될 수 있습니다. 이 경우 모터 무게는 약 30% 정도만 증가하는데, 이는 차량 전체 무게에 비하면 미미한 차이일 수 있습니다.
4. 새로운 자석 소재는 다음의 세 가지 기본 특성을 가져야 합니다. 1) 자성을 가져야 합니다. 2) 다른 자기장이 존재하더라도 자성을 계속 유지해야 합니다. 3) 고온을 견딜 수 있어야 합니다.
텐센트 테크놀로지 뉴스에 따르면, 전기 자동차 제조업체 테슬라는 희토류 원소를 더 이상 자사 자동차 모터에 사용하지 않을 것이라고 밝혔습니다. 이는 테슬라 엔지니어들이 대체 솔루션을 찾기 위해 창의력을 최대한 발휘해야 한다는 것을 의미합니다.
지난달 일론 머스크는 테슬라 투자자의 날 행사에서 "마스터 플랜 3부"를 발표했습니다. 그중 물리학계에 큰 반향을 일으킨 작은 세부 사항이 있습니다. 테슬라 파워트레인 부서의 고위 임원인 콜린 캠벨은 공급망 문제와 희토류 자석 생산의 심각한 부정적 영향으로 인해 그의 팀이 모터에서 희토류 자석을 제거하고 있다고 발표했습니다.
이 목표를 달성하기 위해 캠벨은 희토류 1, 희토류 2, 희토류 3이라는 교묘한 라벨이 붙은 세 가지 미스터리한 물질이 담긴 두 장의 슬라이드를 제시했습니다. 첫 번째 슬라이드는 테슬라의 현재 상황을 보여주는데, 각 차량에 사용되는 희토류의 양은 0.5kg에서 10g에 이릅니다. 두 번째 슬라이드에서는 모든 희토류 원소의 사용량이 0으로 줄어든 모습을 보여줍니다.
특정 물질의 전자 운동으로 생성되는 마법의 힘을 연구하는 자기학자들에게 희토류 원소 1의 정체는 쉽게 알 수 있는데, 바로 네오디뮴입니다. 철이나 붕소와 같은 흔한 원소에 이 금속을 첨가하면 강력하고 항상 유지되는 자기장을 형성할 수 있습니다. 하지만 이러한 특성을 가진 물질은 거의 없으며, 2,000kg이 넘는 테슬라 자동차는 물론 산업용 로봇부터 전투기까지 다양한 물체를 움직일 수 있는 자기장을 생성하는 희토류 원소는 더욱 드뭅니다. 테슬라가 모터에서 네오디뮴과 다른 희토류 원소를 제거하려는 계획이라면, 어떤 자석을 대신 사용할까요?
물리학자들에게 한 가지 확실한 것은 테슬라가 완전히 새로운 유형의 자성체를 발명하지 않았다는 것입니다. NIron Magnets의 전략 담당 부사장인 앤디 블랙번은 "100년이 넘는 시간 동안 새로운 사업용 자석을 인수할 기회는 몇 번뿐일지도 모릅니다."라고 말했습니다. NIron Magnets는 다음 기회를 잡으려는 몇 안 되는 스타트업 중 하나입니다.
블랙번을 비롯한 연구자들은 테슬라가 훨씬 약한 자석을 사용하기로 결정했을 가능성이 더 높다고 생각합니다. 여러 가능성 중 가장 유력한 후보는 페라이트입니다. 페라이트는 철과 산소로 구성된 세라믹으로, 스트론튬과 같은 소량의 금속이 혼합되어 있습니다. 페라이트는 저렴하고 제조가 용이하며, 1950년대부터 전 세계 냉장고 문이 이러한 방식으로 제작되어 왔습니다.
하지만 부피 측면에서 페라이트의 자성은 네오디뮴 자석의 10분의 1에 불과하여 새로운 의문이 제기됩니다. 테슬라 CEO 일론 머스크는 항상 타협하지 않는 사람으로 유명하지만, 테슬라가 페라이트로 전환하려면 어느 정도 양보해야 할 것으로 보입니다.
배터리가 전기 자동차의 동력이라고 생각하기 쉽지만, 실제로 전기 자동차를 구동하는 것은 전자기 구동입니다. 테슬라(Tesla)라는 회사와 자기 장치 회사 "테슬라(Tesla)"가 같은 사람의 이름을 따서 명명된 것은 우연이 아닙니다. 전자가 모터의 코일을 통과하면 전자기장이 생성되고, 이 전자기장은 반대되는 자기력을 발생시켜 모터의 축이 바퀴와 함께 회전하게 합니다.
테슬라 자동차의 후륜에는 영구 자석 모터가 이러한 힘을 제공합니다. 영구 자석은 원자 주위의 전자가 영리하게 회전하여 안정적인 자기장을 유지하고 전류가 흐르지 않는 특이한 물질입니다. 테슬라는 배터리 업그레이드 없이 주행 거리를 늘리고 토크를 높이기 위해 약 5년 전부터 이러한 자석을 차량에 장착하기 시작했습니다. 이전에는 전기를 소모하여 자기장을 생성하는 전자석을 기반으로 제작된 유도 모터를 사용했습니다. 전륜 모터가 장착된 모델들은 여전히 이 방식을 사용하고 있습니다.
테슬라가 희토류와 자석 사용을 중단하기로 한 것은 다소 이상해 보입니다. 자동차 회사들은 효율성에 집착하는 경우가 많은데, 특히 전기차의 경우, 여전히 운전자들이 주행거리에 대한 두려움을 극복하도록 설득하고 있습니다. 하지만 자동차 제조업체들이 전기차 생산 규모를 확대하기 시작하면서, 이전에는 비효율적이라고 여겨졌던 많은 프로젝트들이 다시 부상하고 있습니다.
이로 인해 테슬라를 비롯한 자동차 제조업체들은 리튬인산철(LFP) 배터리를 사용하는 자동차를 더 많이 생산하게 되었습니다. 코발트나 니켈과 같은 원소를 함유한 배터리에 비해 이러한 배터리는 주행 거리가 짧은 경우가 많습니다. 이는 무게가 더 무겁고 저장 용량이 적은 오래된 기술입니다. 현재 저속 동력으로 구동되는 모델 3의 주행 거리는 272마일(약 438km)인 반면, 더욱 발전된 배터리를 탑재한 원격 모델 S는 400마일(640km)까지 주행할 수 있습니다. 그러나 리튬인산철 배터리를 사용하는 것은 더 비싸고 정치적으로 위험할 수 있는 재료를 사용하지 않기 때문에 더 현명한 사업적 선택일 수 있습니다.
하지만 테슬라가 다른 변화 없이 단순히 페라이트처럼 더 나쁜 것으로 자석을 교체할 가능성은 낮습니다. 웁살라 대학교 물리학자 알라이나 비슈나는 "차에 거대한 자석을 싣고 다니게 될 겁니다. 다행히 전기 모터는 이론적으로 약한 자석 사용으로 인한 영향을 줄이기 위해 여러 다른 구성 요소를 재배열할 수 있는 매우 복잡한 기계입니다."라고 말했습니다.
재료 회사 Proterial은 최근 컴퓨터 모델을 통해 희토류 구동 모터의 여러 성능 지표를 페라이트 자석의 위치를 신중하게 조정하고 모터 설계의 다른 측면을 조정함으로써 재현할 수 있음을 확인했습니다. 이 경우 모터 무게는 약 30% 정도만 증가하는데, 이는 차량 전체 무게에 비하면 미미한 차이일 수 있습니다.
이러한 어려움에도 불구하고, 자동차 회사들은 희토류 원소를 포기할 수 있는 많은 이유가 있습니다. 물론 가능하다면 말입니다. 전체 희토류 시장의 규모는 미국 계란 시장 규모와 비슷하며, 이론적으로는 희토류 원소를 전 세계에서 채굴, 가공하여 자석으로 전환할 수 있지만, 실제로 이러한 과정에는 많은 어려움이 따릅니다.
광물 분석가이자 인기 희토류 관측 블로거인 토마스 크루머는 이렇게 말했습니다. "이 산업은 100억 달러 규모이지만, 매년 생산되는 제품의 가치는 2조 달러에서 3조 달러에 달합니다. 이는 엄청난 영향력입니다. 자동차도 마찬가지입니다. 자동차에 희토류가 몇 킬로그램만 포함되어 있더라도, 이를 제거하면 엔진 전체를 재설계하지 않는 한 더 이상 자동차를 운행할 수 없습니다."
미국과 유럽은 이러한 공급망 다각화를 위해 노력하고 있습니다. 21세기 초 폐쇄되었던 캘리포니아 희토류 광산이 최근 다시 가동되어 현재 전 세계 희토류 자원의 15%를 공급하고 있습니다. 미국 정부 기관(특히 국방부)은 항공기나 위성과 같은 장비에 강력한 자석을 공급해야 하며, 국내 및 일본, 유럽 등의 지역에서 공급망 구축에 적극적으로 투자하고 있습니다. 하지만 비용, 필요한 기술, 그리고 환경 문제를 고려할 때, 이러한 과정은 수년 또는 수십 년이 걸릴 수 있는 매우 느린 과정입니다.
게시 시간: 2023년 5월 11일