희토류 원소가 없는 전기 모터: 이 독일 기술 덕분에 우리는 마침내 중국으로부터 독립을 이루었습니다.

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게시일: 2025년 10월 31일 / 업데이트일: 2025년 10월 31일 – 저자: Konrad Wolfenstein

희토류 원소가 없는 전기 모터: 이 독일 기술 덕분에 우리는 마침내 중국으로부터 독립을 이루었습니다.

희토류 원소가 없는 전기 모터: 이 독일 기술로 마침내 중국으로부터 독립할 수 있게 되었습니다. – 원본 이미지: BMW / 크리에이티브 이미지: Xpert.Digital

더 이상 희토류는 없다: 자동차 산업이 가장 큰 원자재 의존도를 극복하는 방법

BMW는 이미 양산을 통해 이를 실현하고 있습니다. 전기 자동차 산업을 구하는 독창적인 엔진 기술

자동차 산업은 현재 역사상 가장 중요한 변화 중 하나를 겪고 있지만, 이러한 변화는 심각한 취약점을 드러냅니다. 전기 모터의 희토류 원소 의존도가 지정학적 위험 요인으로 부상하여 서구 자동차 제조업체의 전기화 전략 전체를 위협하고 있습니다. 오랫동안 기술적 필수 요소로 여겨져 왔던 것이 점차 극복할 수 있는 장애물로 드러나고 있습니다. BMW는 이미 양산을 시작했고, Mahle와 ZF는 시장 출시를 앞두고 있으며, 인도에서도 기업들은 이러한 필수 원자재 없이도 작동하는 전기 모터 개발에 집중하고 있습니다. 이제 문제는 이러한 기술이 획기적인 발전을 이룰지 여부가 아니라, 언제 달성될 것인가입니다.

체계적 위험으로서의 중국의 지배력

희토류 원소에 대한 전 세계 중국의 의존도는 일반적인 시장 집중도를 훨씬 초과하는 수준에 도달했습니다. 중국은 전략적으로 중요한 이 원자재의 전 세계 생산량의 약 60%와 정제량의 90%를 장악하고 있습니다. 이러한 지배력은 우연이 아니라, 수십 년간 국가가 주도하여 채굴 능력과 가공 기술에 투자한 결과입니다. 서방 국가들이 높은 환경 비용과 복잡한 가공 방식 때문에 희토류 채굴을 소홀히 했던 반면, 중국은 21세기 기술 발전에 있어 이러한 원자재의 전략적 중요성을 일찍부터 인지했습니다.

최근의 상황은 이러한 일방적인 의존성의 취약성을 여실히 보여줍니다. 2025년 4월 4일, 중국은 전기 모터의 고성능 자석에 필수적인 디스프로슘과 테르븀을 포함한 7가지 희토류 원소에 대한 수출 통제를 처음으로 시행했습니다. 10월 9일, 이러한 통제는 5가지 원소와 채굴, 가공, 재활용 기술까지 추가로 포함하도록 대폭 확대되었습니다. 2025년 12월 1일부터 외국 기업은 중국 희토류 원소가 포함된 제품을 제3국으로 수출하려면 허가를 받아야 합니다.

이러한 조치들은 새로운 차원의 경제 전쟁을 예고하고 있습니다. 중국은 원자재 통제를 미국에 대한 압박 수단으로뿐만 아니라 전체 가치 사슬을 통제하는 도구로 활용하고 있습니다. 원자재 수출 제한과 기술 이전 통제의 결합은 유럽과 미국 자동차 제조업체들을 전략적으로 불안정한 위치에 놓이게 하는 이중 의존성을 초래합니다. 자석의 내열성과 효율을 높이는 소위 중희토류 원소인 디스프로슘과 테르븀은 거의 전적으로 중국에서 생산됩니다. 미얀마로부터의 공급은 정치적 불안정으로 인해 추가적인 공급 위험이 제기되기 때문에 특히 문제가 됩니다.

이러한 규제의 경제적 영향은 급격한 가격 변동으로 나타납니다. 2020년 약 65달러였던 네오디뮴 1kg은 2022년 223달러까지 치솟았다가 다시 123달러로 떨어졌습니다. 일반적인 영구 자석 모터에는 약 600g의 네오디뮴이 함유되어 있어 자석 자체의 원자재 가격만도 상당한 변동이 발생할 수 있습니다. 이러한 변동성은 계산의 불확실성을 높이고 제조업체가 위험 프리미엄을 추가하게 만들며, 궁극적으로 경쟁력을 약화시킵니다.

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자동차 산업은 이러한 의존성에 대응하여 다양한 희토류 무첨가 모터 콘셉트를 양산에 도입하는 기술 공세를 펼치고 있습니다. BMW는 2021년부터 iX3에 탑재되어 현재 양산 중인 5세대 전기 구동 장치로 선두를 달리고 있습니다. 외부 여자 동기 모터를 사용하기로 한 것은 모든 대안을 검토한 집중적인 예비 개발 과정을 거친 후 결정되었습니다. 슈타이어에 위치한 BMW 공장은 2025년 7월 뉴 클래스 차량용 6세대 모터 양산을 시작했으며, 2030년까지 10억 유로 이상을 투자할 예정입니다.

분리 여자 동기 모터는 영구 자석이 아닌 전류를 통해 자기장을 생성하며, 이 전류는 유지보수가 필요 없는 슬립 링을 통해 회전자로 공급됩니다. 이 기술 혁신은 성능 저하 없이 네오디뮴과 디스프로슘에 대한 의존성을 완전히 제거합니다. BMW는 이 기술을 통해 가장 일반적인 주행 조건에서 95% 이상의 효율을 달성합니다. 이 모터는 두 가지 고정자 직경 변형에 따라 140kW에서 360kW까지 다양한 출력 등급으로 제공됩니다.

결정적인 장점은 필수 원자재의 절감뿐만 아니라 작동 특성에도 있습니다. 외부 여자 동기 전동기는 전원을 끌 수 있어 관성 주행 시 항력 손실을 없앨 수 있습니다. 고속으로 장거리 고속도로 주행 시에도 일정한 자기장을 통해 에너지 손실이 발생하지 않으므로 영구 자석 전동기보다 효율이 더 높습니다. 또한, 회전자 전류를 정밀하게 제어하여 다양한 부하 조건에 최적으로 적응할 수 있어 효율이 더욱 향상됩니다.

Mahle는 회전 변압기를 통한 유도성 및 비접촉 전력 전송 방식으로 작동하는 무자석 SCT 모터를 통해 더욱 혁신적인 접근 방식을 추구하고 있습니다. 이 기술은 기계적 마모를 완전히 제거하고 특히 고속에서 탁월한 효율을 달성합니다. 이 모터에는 열이 발생한 곳에서 정확하게 열을 방출하는 혁신적인 통합 오일 냉각 시스템이 장착되어 있습니다. 연속 출력은 최대 출력의 90%를 초과하며, 이는 산악 지형을 주행하는 전기 트럭이나 반복적인 스프린트와 같이 까다로운 애플리케이션에 매우 중요합니다. Mahle는 이 기술을 2024년경 양산할 계획입니다.

2024년 말, ZF 프리드리히샤펜은 자사의 로터 내 유도 여자 동기 모터로 CLEPA 혁신상을 수상했습니다. 이 시스템에서는 자기장 에너지가 로터 축 내부의 유도 여자기를 통해 전달되어 최대 출력 및 토크 밀도를 갖춘 매우 컴팩트한 모터를 구현합니다. 기존의 외부 여자 시스템에 비해 유도 여자기는 로터로 전달되는 에너지 손실을 15%까지 줄여줍니다. 브러시 요소나 슬립 링이 필요 없어 추가적인 씰이 필요 없으며, 모터의 축 방향 설치 공간도 최대 90mm까지 줄어듭니다. 또한, 영구 자석 모터에 비해 제조 과정에서 발생하는 CO2 배출량이 최대 50%까지 감소합니다.

르노는 발레오와 협력하여 2027년 생산을 목표로 3세대 200kW 모터를 개발하고 있습니다. 이 E7A 모터는 희토류 원소를 사용하지 않으며, 동일한 출력을 내면서도 기존 모터보다 약 30% 더 컴팩트합니다. 영구 자석 대신 권선 코일을 사용하는 로터 기술을 통해 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 30% 줄였습니다. 또한, 이 모터는 800V 시스템에 적합하게 설계되어 배터리 충전 시간을 크게 단축합니다. 현재 르노 메간 E-테크와 신형 르노 5는 이미 이러한 자석 없는 기술을 적용하고 있습니다.

지정학적 요인으로서의 인도의 추격

특히 주목할 점은 인도 기업들이 대체 모터 기술을 개발하는 속도입니다. 파리다바드에 위치한 3,500제곱피트 규모의 Sterling Gtake E-Mobility 연구소는 Advanced Electric Machines로부터 라이선스를 받은 기술을 사용하여 희토류 원소를 사용하지 않는 릴럭턴스 모터를 개발하고 있습니다. 인도의 주요 자동차 제조업체 7곳이 이미 이 모터를 테스트하고 있으며, 검증에 성공하면 당초 계획했던 2029년보다 훨씬 앞당겨 1년 안에 상업 생산을 시작할 수 있습니다.

이러한 발전의 가속화는 2025년 4월 중국의 수출 제한 조치에 대한 직접적인 대응입니다. 전기차에 대한 야심찬 확장 목표를 가지고 있는 인도는 자체 희토류 처리 용량이 거의 없기 때문에 특히 취약하다고 생각합니다. 세계 5위의 희토류 매장량을 보유하고 있음에도 불구하고, 인도는 필요한 처리 인프라가 부족합니다. 정부는 현재 채굴 및 처리에 대한 인센티브와 일본 및 한국 기업과의 파트너십을 검토하고 있습니다.

Simple Energy는 2025년 9월, 인도 최초로 희토류를 사용하지 않는 대형 모터를 상업적으로 생산했습니다. 자체 연구개발팀이 전적으로 개발한 특허받은 모터 아키텍처는 대형 희토류 자석을 최적화된 연결 방식과 실시간 열 및 토크 제어를 위한 독점 알고리즘으로 대체합니다. 생산은 타밀나두 주 호수르에 위치한 19,000제곱미터(20만 평방피트) 규모의 시설에서 이루어지며, 전체 공급망에서 95%의 현지화율을 달성했습니다.

벵갈루루에 본사를 둔 Chara Technologies는 2025년 10월, 희토류를 사용하지 않는 전기 모터 생산량을 연간 2만 대에서 10만 대로 확대하기 위해 600만 달러 규모의 시리즈 A 투자를 유치했습니다. 이 스타트업은 영구 자석 대신 첨단 전자기 기술을 활용하는 스위치드 릴럭턴스 및 플럭스 모터 설계를 개발합니다. 이러한 성공은 인도를 중국과 서구권에 이어 글로벌 전기차 공급망의 세 번째 허브로 자리매김할 수 있는 발판이 될 것입니다.

영국 기업 어드밴스드 일렉트릭 머신즈(AEM)는 연 매출 수백억 달러에 달하는 세계 최대 자동차 부품 공급업체 중 한 곳과 7자리 수(seven-figure) 규모의 개발 파트너십을 체결했습니다. AEM은 자사의 전기 모터가 강철과 알루미늄처럼 안전하고 재활용 가능하며 쉽게 구할 수 있는 소재를 사용하며, 성능 면에서 영구 자석 모터를 능가할 것이라고 주장합니다. 양산은 2020년대 말로 예정되어 있습니다.

기술 대안의 경제적 평가

다양한 모터 컨셉에 대한 경제성 분석은 절충안과 최적화 가능성에 대한 복잡한 양상을 보여줍니다. 영구 자석 동기 모터는 중속 범위에서 최고의 전력 밀도와 효율을 달성하며, 대부분의 주행 조건에서 90% 이상의 효율을 자랑합니다. 컴팩트한 디자인으로 동일한 배터리 용량으로 더 긴 주행 거리를 확보할 수 있어, 2022년 기준 전체 전기차의 약 82%에 선호되는 컨셉입니다.

세 가지 주요 유형의 전기 모터 비용 구조는 평균적으로 권선이나 영구 자석과 같은 반제품을 포함한 재료비가 70%, 생산비가 30%로 대략 나뉩니다. 평균 모터에 사용되는 600g의 네오디뮴은 시장 상황에 따라 75달러에서 150달러 사이입니다. 추가 비용에는 고온에서 자석을 안정화하는 디스프로슘이 포함됩니다. 견인 모터용 희토류 영구 자석의 가격은 차량당 약 1,200위안에서 1,600위안으로 추산됩니다.

외부 여자 동기 모터는 이러한 원자재 비용을 절감하지만, 회전자에 전력을 공급하기 위해 추가적인 전력 전자 장치가 필요합니다. 그러나 자석 비용 절감이 더 복잡한 전자 장치를 상쇄하고도 남으므로 전체 비용 계산은 더 유리합니다. 또한, 가격 변동성 및 공급 병목 현상과 관련된 위험도 제거됩니다. 다양한 모터 유형의 생산 공정은 대체로 유사하므로 근본적으로 새로운 제조 인프라가 필요하지 않습니다.

비동기 모터는 영구 자석이나 복잡한 회전자 전원 공급 장치가 필요하지 않기 때문에 가장 비용 효율적인 대안입니다. 스퀴럴 케이지 또는 슬립링 회전자를 특징으로 하는 단순한 설계는 견고하고 유지 보수가 용이합니다. 테슬라는 이 기술을 초기 모델에 적용했으며, 영구 자석 모터와 함께 사륜구동 시스템에도 계속 사용하고 있습니다. 가장 큰 단점은 낮은 효율이며, 특히 부분 부하에서 두드러집니다. 동일한 출력에서 비동기 모터는 영구 자석 모터보다 약 30% 더 크기 때문에 무게와 설치 공간이 더 많이 소요됩니다.

효율 차이는 주행 거리에 직접적인 영향을 미칩니다. 영구 자석 모터는 97%의 효율을 달성할 수 있는 반면, 비동기 모터는 93%의 효율을 달성합니다. 이 4%포인트 차이는 100km당 15kWh의 에너지 소비량에서 주행 거리가 약 5% 감소하는 것으로 나타납니다. 70kWh 배터리를 사용할 경우 약 25km에 해당하며, 이는 많은 용도에 적합한 수준입니다.

외부 여자 동기 전동기는 95%를 넘는 효율을 달성하며, 영구 자석 전동기에 비해 그 차이가 미미합니다. 특정 운전 조건, 특히 고속도로에서 장시간 고속 주행 시에는 영구 자석으로 인한 항력 손실이 발생하지 않아 효율이 더욱 높아질 수 있습니다. 회전자 전류를 유연하게 제어하여 다양한 부하 조건에 맞춰 자기장을 정밀하게 조절하여 넓은 운전 범위에서 효율을 최적화할 수 있습니다.

2030년까지 규모의 경제와 시장 역학

전기 모터 시장은 급격한 성장을 경험하고 있습니다. 전 세계 전기 구동 시스템 매출은 2025년 2,720억 유로에서 2030년 6,340억 유로로 두 배 이상 증가할 것으로 예상됩니다. 이 중 60%(3,890억 유로)는 배터리 셀 및 패키징, 30%(1,860억 유로)는 전기 구동에 사용될 것입니다.

이러한 규모의 경제는 모든 유형의 모터 생산 비용을 크게 절감할 것입니다. 영구 자석 모터의 제조 비용은 자동화 및 표준화의 혜택을 받지만, 원자재 가격은 변동성이 큽니다. 반면, 외부 여자 동기 및 비동기 모터는 주요 비용 구성 요소가 구리, 철, 전자 부품으로, 가격이 더 안정적이고 공급망이 더 다양하기 때문에 규모의 경제를 충분히 실현할 수 있습니다.

배터리 셀 생산의 지역적 분포는 여전히 문제가 많습니다. 2030년까지 중국은 전 세계 생산 능력의 70%를, 한국은 15%, 유럽은 5%만 차지할 것으로 예상됩니다. 원자재 부족으로 더욱 심화된 이러한 의존도는 유럽이 아시아에 부가가치를 빼앗기고 있음을 보여줍니다. 차량 한 대당 500유로에서 800유로에 달하는 배터리 제조 비용이 아시아로 유입되는데, 수백만 대의 차량이 생산된다는 점을 고려하면 이는 상당한 경제적 파급 효과를 초래합니다.

다양한 모터 유형의 시장 점유율이 변화할 것입니다. 희토류 전기 모터의 점유율은 2022년에도 여전히 82%였지만, 2030년에는 약 70%로 감소할 것으로 예상됩니다. 이는 영구 자석 모터의 종말을 의미하는 것이 아니라, 구동 개념의 상당한 다각화를 의미합니다. 특히 최대 전력 밀도보다 비용 효율성이 더 중요한 분야에서 대체 기술이 시장 점유율을 확대할 것입니다.

배터리 전기 자동차의 세계 시장 점유율은 2022년 15%에서 2035년 거의 60%로 증가할 것으로 예측됩니다. 이러한 급격한 증가는 모터 수요의 기하급수적 증가를 의미하며, 이는 대체 기술에 대한 압박을 더욱 가중시킬 것입니다. 자석 없는 모터가 시장 점유율 1%p를 늘릴 때마다 매년 전 세계적으로 생산되는 약 6천만 대의 자동차를 기준으로 60만 대가 증가하게 됩니다.

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자석 없는 모터: 원자재 의존성에 대한 유럽의 해답

공급망의 전략적 회복력

자동차 산업은 공급망 회복탄력성이 단순한 위험 관리의 문제가 아니라 전략적 생존의 문제임을 점점 더 인식하고 있습니다. 20가지 원자재는 자동차 산업의 변혁에 필수적인 것으로 여겨지며, 높은 전략적 관련성과 비유럽 수입에 대한 높은 의존도를 보입니다. 희토류 원소 외에도 리튬, 코발트, 니켈, 흑연, 그리고 다양한 금속이 포함됩니다.

전문가들은 회복력 강화를 위한 다층적 접근 방식을 권고합니다. 첫째, 강화된 모니터링을 통해 원자재의 공급, 수요, 가격 및 중요성에 대한 투명성이 필요합니다. 둘째, 공급업체를 다각화하고 전략적 파트너십을 구축해야 합니다. 셋째, 시장 성장으로 단기적인 영향은 제한적일지라도 재활용을 통해 순환 경제를 강화해야 합니다. 넷째, 필수 원자재를 대체하거나 최소화하는 기술을 개발해야 합니다.

2022년 5월 채택된 새로운 EU 핵심 원자재 규정은 야심 찬 목표를 제시합니다. 2030년까지 전략 원자재 수요의 10%를 유럽 광산에서 조달해야 합니다. 스웨덴 북부 페르 게헤르(Per Gejer) 희토류 광상은 100만 톤 이상의 금속 산화물 매장량을 보유하고 있어 이러한 목표 달성에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그러나 탐사, 허가, 인프라 개발 등에 시간이 소요되기 때문에 이러한 자원이 시장에 출시되기까지는 10년에서 15년이 걸릴 것으로 예상됩니다.

재활용은 장기적으로 공급 안보에 크게 기여할 것입니다. 알루미늄, 니켈, 구리와 같은 비금속의 경우, 2차 원료가 이미 생산 투입에서 상당한 비중을 차지하고 있습니다. 그러나 20가지 필수 원료 중 12가지의 재활용률은 여전히 5%에 크게 미치지 못합니다. 새로운 EU 배터리 규정은 재활용 할당량 증가를 의무화하고 있으며, 습식 제련 공정을 통해 이미 리튬 이온 배터리에서 리튬, 니켈, 코발트를 회수할 수 있습니다. EU 프로젝트인 SUSMAGPRO는 폐기된 전기 자동차와 풍력 터빈에서 자성 재료를 회수하는 것을 목표로 합니다.

이러한 맥락에서 자석 없는 모터 개발은 문제의 근본 원인을 해결하기 때문에 가장 효과적인 해결책입니다. 종속적인 공급망을 다각화하거나 값비싼 재활용에 의존하는 대신, 이 기술은 의존성을 완전히 제거합니다. 매년 수백만 대의 자동차가 생산되고, 각 자동차마다 600g의 네오디뮴과 기타 희토류 원소가 필요하다는 점을 고려하면, 경제적 절감 효과는 상당합니다.

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유럽에 대한 산업 정책의 의미

유럽은 기술 혁신과 의존도 증가 사이에서 위태로운 입장에 처해 있습니다. 중국의 지배력은 원자재와 배터리 생산부터 자동차 제조에 이르기까지 전기자동차 가치 사슬 전반에 걸쳐 있습니다. 결정적인 조치가 없다면 산업 가치 창출과 일자리의 막대한 손실이 불가피할 것입니다.

자석 없는 모터 개발은 유럽에 전략적 재편의 기회를 제공합니다. BMW, ZF, Mahle, Renault와 같은 기업들은 이 기술 분야에서 선도적인 전문 지식을 보유하고 있으며, 아시아 경쟁사들보다 앞서 기준을 제시할 수 있습니다. 이 분야의 기술적 선도는 독일 엔지니어링이 수십 년 동안 내연기관의 기준을 정립해 온 것처럼 결정적인 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

대체 엔진 기술에 대한 투자는 전반적인 혁신 규모에 비해 적정한 수준입니다. BMW는 2030년까지 슈타이어에 10억 유로 이상을 투자할 예정이며, 이는 공장의 전략적 중요성을 고려할 때 감당할 수 있는 수준입니다. ZF와 Mahle도 비슷한 규모의 투자를 진행하고 있습니다. 이러한 투자는 기술적 자립을 창출할 뿐만 아니라 유럽 내 고숙련 일자리를 확보하는 데에도 기여합니다.

정치적 틀이 이러한 발전을 뒷받침해야 합니다. 연구 개발을 촉진하고, 생산 시설 승인 절차를 가속화하며, 자석 없는 모터 사용에 대한 일시적인 인센티브를 제공하면 시장 확대를 가속화할 수 있습니다. 미국은 이미 국방물자생산법을 통해 원자재 추출이 안보 정책과 어떻게 통합될 수 있는지 보여주었습니다. 유럽도 규제에만 의존하지 않고 유사한 수단을 개발해야 합니다.

다양한 엔진 유형의 표준화와 상호운용성은 또 다른 중요한 측면입니다. 차량 플랫폼이 다양한 구동 컨셉트 간에 유연하게 전환할 수 있다면, 이는 제조업체의 회복탄력성을 높여줍니다. BMW는 이미 기술적 개방성을 통해 내연기관과 다양한 전기 구동 장치를 동시에 생산함으로써 이를 입증하고 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 시장 변화와 공급 병목 현상에 신속하게 대응할 수 있습니다.

글로벌 경쟁 역학이 심화되고 있습니다.

전기차 기술 주도권을 둘러싼 경쟁이 치열해지고 있습니다. 중국은 가치 사슬 전반에 걸친 수직적 통합을 통해 주도권을 굳건히 하려 하고 있습니다. 희토류 원소 및 관련 기술에 대한 수출 통제는 이러한 전략의 일환입니다. 동시에 중국은 자체 전기차 생산에 막대한 투자를 하고 있으며, BYD, SAIC, Geely와 같은 중국 제조업체들은 유럽 시장 점유율을 빠르게 확대하고 있습니다.

미국은 투자 인센티브, 수입 제한, 그리고 전략적 파트너십을 병행하여 대응하고 있습니다. 물가상승률 감축법은 친환경 기술에 수천억 달러를 지원하는 동시에 관세를 부과하여 중국 제품의 가격을 상승시키고 있습니다. 도널드 트럼프 대통령은 중국이 희토류 자석을 안정적으로 공급하지 않을 경우 최대 200%의 관세를 부과하겠다고 위협했습니다. 이러한 공격적인 정책은 단기적인 압박을 가할 수는 있지만, 구조적인 의존성 문제를 해결하지는 못합니다.

최근 상황은 긴장이 일시적으로 완화되었음을 시사합니다. 2025년 10월 부산에서 시진핑 주석과 도널드 트럼프 대통령의 정상회담 이후, 중국은 강화된 수출 통제를 1년간 유예하겠다고 발표했습니다. 그 대가로 미국은 중국 기업에 대한 일부 제재를 해제했습니다. 그러나 이러한 전술적 유예 조치가 서방 공급망의 근본적인 취약성을 변화시키지는 못했습니다.

인도는 이 경쟁에서 점차 세 번째 강자로 자리매김하고 있습니다. 2070년까지 탄소 중립을 목표로 하는 야심찬 기후 목표와 빠르게 성장하는 자동차 시장을 바탕으로 인도는 막대한 잠재력을 보유하고 있습니다. 자석 없는 모터에 집중하면 과거 의존성에서 비롯된 실수를 피할 수 있어 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. '메이크 인 인디아(Make in India)' 이니셔티브는 현지화 요건과 투자 인센티브를 통해 이러한 전략을 지원합니다.

일본과 한국 또한, 특히 배터리 생산에서 중요한 역할을 담당합니다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, 파나소닉과 같은 기업들은 전 세계 배터리 셀 생산의 상당 부분을 장악하고 있습니다. 전력 전자 및 재료 과학 분야에서 일본과 한국은 전문성을 바탕으로 공급망 다각화를 모색하는 유럽 자동차 제조업체들에게 귀중한 파트너가 되고 있습니다.

기술적 한계와 혁신 잠재력

무자석 모터 개발은 최적화 사이클의 끝이 아니라 시작 단계에 있습니다. 영구 자석 모터는 수십 년 동안 지속적으로 개선되어 왔지만, 대체 개념은 아직 비교적 초기 단계에 있습니다. 이는 효율, 전력 밀도, 그리고 비용 측면에서 상당한 개선 잠재력을 의미합니다.

유망한 접근법 중 하나는 희토류 원소 대신 철을 기반으로 하는 페라이트 자석을 사용하는 것입니다. 페라이트 자석의 자기장 강도는 같은 크기의 네오디뮴 자석보다 약 50~70% 낮지만, 독창적인 모터 설계를 통해 이러한 차이를 상당 부분 상쇄할 수 있습니다. 일본 기업 프로테리얼(Proterial)은 자성 재료만 20% 더 많이 사용하여 동일한 전력 밀도를 달성하는 드라이브를 개발했습니다. 테슬라가 최대 2만 rpm의 속도를 자랑하는 플레이드(Plaid) 모터에 구현한 고속 모터와 같은 개념을 결합하면 페라이트 모터는 경쟁력을 확보할 수 있습니다.

개발 프로세스의 디지털화는 혁신을 크게 가속화합니다. Mahle는 진화적 알고리즘을 사용하여 다양한 모터 설계를 시뮬레이션하여 기존 방식보다 훨씬 빠르게 최적의 구성을 찾아냅니다. 이러한 자동화된 프로세스는 전기 강판의 기하학적 매개변수를 수정할 뿐만 아니라 권선 패턴과 소재를 최적화할 수 있습니다. 기존 개발 방식 대비 시간 절약 효과는 수개월에서 수년까지 다양합니다.

모터, 변속기, 그리고 전력 전자 장치를 고도로 통합된 e-액슬에 통합함으로써 더욱 향상된 최적화 잠재력을 제공합니다. BMW는 플랜지 표면 최소화, 통합 미디어 라우팅, 그리고 간소화된 조립을 통해 잠재적인 오류 발생 가능성을 줄이고 비용을 절감하는 모듈형 시스템을 통해 이를 입증합니다. 800V 기술과 탄화규소 전력 전자 장치의 결합은 효율성을 더욱 높이고 충전 시간을 단축합니다.

권선, 전기 강판, 절연 시스템용 재료 과학의 발전은 성능을 지속적으로 향상시키고 있습니다. 예를 들어, 보그워너(BorgWarner)의 특허받은 헤어핀 권선 기술은 고정자의 구리 밀도를 높여 전력과 효율을 향상시킵니다. 다른 부품에서도 이와 유사한 혁신이 이루어지면서 전반적인 성능은 크게 향상되었습니다.

변환 비용의 경제적 평가

희토류 의존으로 인한 경제적 비용은 정량화하기 어렵지만 상당합니다. 직접적인 원자재 비용과 그 변동성 외에도, 기업들이 불확실한 공급망이나 위험 프리미엄으로 인해 투자 결정을 미뤄야 할 때 전략적 기회 비용이 발생합니다. 2025년 중반 중국의 수출 제한으로 인한 생산 손실은 이러한 취약성을 잘 보여줍니다.

반면, 대체 기술에 대한 투자는 비교적 적고 투자금 회수도 빠릅니다. BMW 슈타이어 공장에 투자한 10억 유로는 높아 보이지만, 전략적 중요성과 생산량을 고려하면 충분히 고려해볼 만한 투자입니다. 연간 수십만 대의 엔진을 생산할 수 있고, 자석 제거로 단위당 100~200유로의 비용 절감 효과를 얻을 수 있어 투자 회수 기간은 불과 몇 년입니다.

성공적인 기술 대체의 거시경제적 효과는 상당할 것입니다. 유럽에서 생산되는 모든 전기 자동차에 자석 없는 모터가 장착된다면, 매년 수억 유로 상당의 원자재 수입이 사라질 것입니다. 더욱 중요한 것은 지정학적 격변으로부터의 전략적 자율성과 독립성입니다. 산업적 가치 창출과 고도로 숙련된 일자리 확보는 이러한 기술에 대한 공적 자금 지원을 정당화합니다.

고용 효과는 엇갈립니다. 한편으로는 내연기관 제조 부문의 일자리가 사라지고 있는 반면, 다른 한편으로는 전기 모터 생산 부문에서 새로운 일자리가 창출되고 있습니다. BMW는 향후 슈타이어 공장의 전기 모터 조립 부문에 약 1,000명을 고용할 계획입니다. 전 세계 수요 추세에 따라 2030년까지 전체 인력의 절반이 전기 모빌리티 부문에서 근무하게 될 수도 있습니다. BMW는 다양한 구동 컨셉을 동시에 생산할 수 있는 기술적 개방성을 갖추고 있어 장기적인 고용을 보장합니다.

원자재 의존성을 넘어선 지속 가능성 측면

자석 없는 모터의 환경적 영향은 단순히 문제가 되는 원자재 사용을 피하는 데 그치지 않습니다. 희토류 원소 채굴은 토양과 수로를 오염시키는 다량의 화학 물질을 사용함으로써 심각한 환경 피해를 초래합니다. 이러한 물질을 처리하는 데는 에너지가 많이 소모되고 유해 폐기물이 발생합니다. 기술 발전으로 환경 영향을 줄일 수 있다 하더라도, 생태발자국은 여전히 상당합니다.

외부 여자 동기 모터와 비동기 모터는 주로 구리, 철, 알루미늄, 그리고 전자 부품으로 구성됩니다. 이러한 재료들이 문제가 없는 것은 아니지만, 추출 방법이 잘 확립되어 있고 환경 피해가 적으며 규제도 잘 되어 있습니다. 무엇보다도 재활용이 훨씬 용이합니다. 영구 자석은 복잡한 분리 공정이 필요한 반면, 구리와 철은 기존의 스크랩 재활용 방법을 통해 회수할 수 있습니다.

ZF가 I2SM 모터를 통해 입증했듯이, 자석이 없는 모터의 경우 제조 과정에서 발생하는 CO2 배출량이 최대 50%까지 감소합니다. 르노는 E7A 모터의 경우 30%의 감소율을 기록했습니다. 이러한 절감 효과는 자석을 사용하지 않기 때문일 뿐만 아니라, 덜 복잡한 부품을 장거리 운송해야 하므로 공급망이 간소화된 데서도 비롯됩니다.

전기 자동차의 전반적인 환경 영향은 배터리 생산과 전기 공급원에 크게 좌우됩니다. 구동 시스템은 환경 영향의 일부만을 차지합니다. 그럼에도 불구하고, 성능 향상을 위한 모든 기여는 의미가 있으며, 특히 성능 저하 없이 달성할 수 있다면 더욱 그렇습니다. 자석이 없는 모터의 긴 수명과 뛰어난 재활용성은 이 기술을 더욱 뒷받침합니다.

자석 없는 전기 모터: 유럽의 기술 리더십 기회

자석 없는 전기 모터 개발은 전환점에 서 있습니다. BMW가 입증했듯이 이 기술은 대량 생산이 가능할 만큼 충분히 성숙되었으며, 동시에 상당한 최적화 잠재력도 여전히 존재합니다. 희토류 원소를 둘러싼 지정학적 혼란은 제조업체들이 대안적인 개념으로 전환하도록 강력한 유인을 제공합니다. 규모의 경제가 비용 이점을 증폭시키면서 경제적 논리는 점점 더 자석 없는 솔루션에 유리하게 작용하고 있습니다.

유럽 자동차 산업에 대한 메시지는 분명합니다. 자석 없는 모터 분야의 기술적 선도는 선택이 아닌 전략적 필수입니다. 투자는 관리 가능하지만, 의존성이 지속될 경우 엄청난 위험이 따릅니다. 정부는 연구 자금 지원, 신속한 승인, 그리고 잠재적으로 일시적인 시장 인센티브 제공을 통해 이러한 발전을 지원해야 합니다.

모터 포트폴리오 다각화는 매우 중요합니다. 모든 애플리케이션에 최대 전력 밀도가 필요한 것은 아닙니다. 비동기 모터나 타여자 동기 모터만으로도 충분한 경우가 많습니다. 요구 사항 프로필에 기반한 지능형 세분화는 비용, 성능, 그리고 전략적 회복력의 전반적인 패키지를 최적화합니다.

인터페이스와 플랫폼의 표준화는 다양한 모터 유형을 유연하게 사용할 수 있도록 합니다. 이를 통해 제조업체는 더 큰 유연성을 확보하고 시장 변화에 신속하게 대응할 수 있습니다. 최신 e-액슬의 모듈화는 이미 이러한 접근 방식을 뒷받침하지만, 지속적으로 더욱 발전시켜야 합니다.

국제적으로 신뢰할 수 있는 파트너와의 협력은 필수적입니다. 일본, 한국, 인도는 중국의 지배력을 넘어 기술 파트너십과 공급망 통합의 잠재력을 제공합니다. 핵심 기술에 대한 다극적 세계 질서를 확립하면 안정성이 향상되고 협박에 대한 취약성이 줄어듭니다.

순환 경제 또한 병행하여 촉진되어야 합니다. 자석 없는 모터가 의존도를 낮추더라도 리튬과 코발트와 같은 다른 필수 원자재는 여전히 중요합니다. 재활용 기술과 도시 광산 개념은 중기적으로 공급 안보에 크게 기여할 수 있습니다. EU 배터리 지침이 제공하는 규제 체계는 이미 올바른 방향을 제시하고 있습니다.

자동차 산업은 아마도 자동차 발명 이후 가장 큰 변화에 직면해 있습니다. 전기화는 불가피하지만, 이러한 변화가 어떤 방향으로 전개될지는 여전히 유동적입니다. 무자석 전기 모터는 단순한 기술적 대안이 아닙니다. 이는 유럽에서 전략적 자율성을 되찾고 산업적 가치 창출을 확보할 수 있는 기회를 제시합니다. 이러한 돌파구는 많은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 가깝습니다. BMW는 이미 이 모터를 생산하고 있으며, 다른 기업들도 곧 이를 따라올 것입니다. 이제 문제는 이 기술이 새로운 표준이 될지 여부가 아니라, 얼마나 빨리 될 것인가입니다. 중국이 현재 희토류 원소를 통제하고 있을지 모르지만, 유럽은 내일 이 모터 없이도 모빌리티의 기준을 정립할 수 있습니다.