Update2024.04.20 (토)
‘팔방미인’ 첨단소재 Mg, 주력산업 그린化 이끈다
■가볍지만 강한 금속
Mg은 구조용 금속소재 중 가장 가벼운 소재로서 무게가 철의 1/4, 알루미늄의 2/3에 불과하다. 그러나 비강도는 철보다 6배나 뛰어나다. 6배나 뛰어나 자동차 차체에 적합하며 알루미늄 무게의 2/3 수준이나 진동 흡수성 및 전자파 차폐성이 우수해 노트북, 휴대폰등 전자제품 케이스에도 적용 가능하다. 또한 재활용이 용이한 친환경 소재다.
순수한 것으로 사용되는 것은 거의 없다. 금속 Mg은 주로 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)과 합금해 사용되고 있다. Mg은 금속 구조체를 만드는데 철과 알루미늄 다음으로 많이 쓰이는 금속이다.
이러한 제조과정에서 ‘슈퍼 온실가스’로 불리는 SF6(육불화황), 인체 유해가스인 SO₂(이산화황) 등의 보호가스를 사용해야 하는 단점이 있다. 또한 Mg가 가루 형태 등 표면적이 넓은 성상에서는 공기 중에서 쉽게 불이 붙어 발화 및 폭발의 위험성이 있어 다루기 까다롭다.
■Mg 생산공장 중국, 가격 결정력 커
Mg는 지각에서 8번째로 풍부한 물질이며 바닷물의 약 0.13%를 차지하고 있어 거의 무한정 생산할 수 있다. 금속 마그네슘은 보통 소금물에서 얻은 마그네슘염을 전기분해시키거나 돌
로마이트를 화학적으로 환원시켜 얻는다. 그러나 바닷물에서 추출하는 전해공정은 공정
이 복잡하고 환경처리비용이 비싸 이스라엘, 미국, 러시아 등 일부 지역에서만 적용하고 있다.
열환원공정은 마그네사이트(MgCO₃), 돌로마이트(백운석, MgCO₃,·CaCO₃) 등을 구워 얻은 산화물을 페로실리콘(FeSi)으로 환원시켜 진공 증류를 통해 고순도의 Mg을 추출하는 방식이다. 중국은 이 방식으로 풍부한 원광석, 석탄, 노동력을 이용해 저가로 대량 생산해왔다. 2009년 기준 전 세계 Mg 생산시설 규모는 131만톤인데 이 중 중국이 116만톤 규모를차지하며 독보적인 모습을 보이고 있다. IMA(국제마그네슘 협회)에 따르면 2010년 전세계 마그네슘 생산량은 80만9,000톤으로 중국은 이 중 81%에 달하는 65만4,000톤을 생산했다.
현재 국내에서 소비되고 있는 Mg 잉곳의 경우이스라엘의 DSM, 미국의 MEL 등에서 수입되는 특수 목적용 마그네슘 잉곳 외에는 중국에서 100% 수입되고 있다. 이에 따라 중국의 공급가격이 국내 마그네슘 잉곳 가격인 특징을 보이고 있다. 중국은 막강한 가격 결정력을 바탕으로 Mg자원의 무기화를 추진하고 있고 이로 인해 국내 Mg 소재부품업체들은 제품 생산에 많은 어려움을 겪고 있다. 관세청에 따르면 지난해 우리나라 순마그네슘 수입량은 약 9,700톤으로 중국산 비중이 99.2%에 달했다. 수입량은 전년도와 비슷한 수준을 보였으나 중국산 수입가격이 11.2% 상승하면서 전체 수입단가도 10.5% 올랐다.
국내 Mg 수입 2만톤 돌파, 中 가격 ‘쥐락펴락’
스마트폰 효과, 車부품에서 IT부품으로 이동
■수입 2만톤시대, 스마트폰 부품↑
국내에서 사용되는 Mg은 순마그네슘(알루미늄 합금용), Mg합금(IT·자동차 부품·판재용 잉곳), 기타(봉재·파우더·그래뉼) 등으로 나뉘어 수입되고 있다.
이와는 별도로 사용된 자동차, 전기전자 부품의 스크랩을 리싸이클하는 재생 Mg 시장이 국내에 형성돼있다. 현재 5개의 재생업체가 생산을 하고 있고 재생 Mg의 생산량은 Mg 수입가격이 상승하면 늘어나는 모습을 보인다.
순마그네슘의 경우 그 수입량의 변화가 크지 않으나 Mg 제품생산에 사용되는 마그네슘 합금의 경우 자동차부품인 스티어링 휠 코어, 시트프레임과 전자부품분야의 경우 슬림폰에 많은 부품이 적용되면서 2005년 이후 급격한 증가를 보였다.
관세청과 한국마그네슘기술연구조합(KMTRA)에 따르면 지난해 우리나라 Mg잉곳 수입량은 전년 대비 14% 늘어난 2만1,002톤으로 1만톤을 돌파한지 불과 7년만에 2만톤시대를 열었다. 실제 재생 마그네슘을 포함하면 3만톤 이상의 마그네슘 합금이 사용된 것으로 파악되고 있다.
특히 부품을 만드는데 쓰이는 Mg합금의 경우 10년새 1,000%나 수입이 늘었다. Mg합금의 뛰어난 경량성과 전자파 차폐성 때문에 휴대용 전자기기와 자동차 경량화 소재로 적용이 빠르게 진행된 것이라고 KMTRA는 밝혔다.
국내에서 가장 많은 부품에 사용되는 Mg은 전자제품이다. KMTRA의 한국 Mg산업 백서에 따르면 2010년 1만360톤의 Mg이 전자제품부품에 쓰였고 자동차 휠코어 2,460톤, 브라켓 1,000톤, 시트프레임 940톤, 헤드램프 720톤이 뒤를 이었다.
특히 지난해 가장 많은 Mg 수요가 나타난 부품은 카메라, 메모리, 전지 등을 고정하는 스마트폰 브라켓으로 나타났다. 삼성전자의 경우 올 한해 스마트폰 생산량이 3억대를 돌파했는데 대당 평균 브라켓 무게를 10g으로 잡으면 약 3,000톤이 부품으로 나간 것으로 추정되고 있다.
이에 국내 Mg합금 수요는 2015년까지는 연평균 15%, 그 후 2020년까지 20% 성장하는 등 가장 빠른 성장이 예상되며 2020년 국내 총 수요는 재생잉곳을 합해 12만톤을 넘을 것으로 추산되고 있다.
■수송기기 그린化 바람 타다
내연기관 차량이 날로 강화되고 있는 온실가스규제와 차량연비 기준강화에 대응하기 위한 가장 확실한 방법은 무게를 줄이는 것이다. 차체의 무게가 40% 경량화되면 연비는 무려 20% 향상된다.
수송기기에 Mg합금을 적용하면 50kg 당 탄소 배출은 10% 저감되고 환경비용은 2,000억원이 절감되는 것으로 추산되고 있다. 수송기기용 초경량 Mg소재는 2019년 국내시장 3조4,000억원, 해외시장 54조8,000억원으로 총 58조2,000억원에 달할 전망이다.
특히 자동차는 우리나라의 주력산업으로서 값싸고 고특성을 가지는 소재개발이 시급해지고 있다. 2008년 생산된 구조용 Mg합금 부품 중 자동차 부품이 78%를 차지했으며 내장재에서 바디, 새시, 파워트레인 등으로 사용이 확대되고 있는 추세다. 북미의 경우 현재 자동차 1대당 부품에 들어가는 마그네슘은 5kg에 불과하지만 2020년도에는 182kg로 늘린다는 계획을 갖고 있어 그 수요는 폭발적으로 늘어날 전망이다.
우리나라도 이 시장을 선점하기 위해 정부의 10대 WPM사업을 통해 포스코 주관으로 초경량 Mg소재개발을 추진 중이다. 강화되고 있는 수송기기의 연비 및 배기가스 배출 규제를 위해선 현재 Mg합금 자동차부품의 95% 이상을 차지하는 주조 부품의 적용분야 확대와 압연재, 압출재, 단조재 등의 가공재의 신규 적용 및 적용범위 확대가 가장 절실히 요구되고 있다.
현재 압출제품은 자전거 등 스포츠레저용품 및 LED 방열판으로 활용하고 있으며 압연 판재의 경우 위스코하이텍 등에서 생산하고 있는 일부 주방용품에 적용되고 있다. 그러나 향후 자동차 내외장재, 우주항공 분야에 잠재 수요는 높다.
이와 관련해 기존 소재와 비교해 강도 및 인성이 향상된 신합금 개발과 고품위 주조재 제조기술 개발이 필요하다. 또한 Mg 압출재와 단조재를 수송기기에 적용하기 위해 각각 고속 생산기술과 맞춤 금형설계 및 단조공정 최적화 기술이 요구되고 있다.
이를 위해 초경량 Mg소재 사업단은 고성형성 Mg 판재와 고강도 Mg 벌크소재 등 두 개의 세부 핵심기술을 개발하고 있다.
국내 Mg 잉곳 수요는 지난 2008년만 해도 자동차용이 전체 78.5%, 전자부품용이 17.9%를 차지했는데 2010년엔 전자부품이 전체 65%를 차지하며 역전시켰다. 2008년 대비 자동차 분야의 경우 2010년에는 약 45%의 수요가 급감하였고 전자부품분야의 경우 47%의 수요가 급증한 것이다. 이는 자동차분야의 수요개발 보다 스마트폰 약진에 따른 전자부품시장 확대의 영향이 크게 작용했기 때문으로 분석된다.
그러나 2010년부터 다시 자동차용 Mg 부품시장이 살아나고 있다.
자동차에 적용되는 대표적인 Mg 부품은 자동차의 헤드램프(AFLS:Adapted Front Light System) 하우징이다. 금오캐스트(주)에서 개발한 이 부품은 신형 에쿠스(VI)모델에 적용됐다. 이를 통해 품질이 검증됨에 따라 현재는 YF 소나타 및 K5 중형차량의 일부 모델에 고정형 Mg 헤드램프가 용되고 있으며 이외에 엔진 마운트 브라켓과 같은 샤시 부품에 대해서도 Mg 부품으로 개발이 추진되고 있다.
■포스코 Mg제련 공장, 시장확대 ‘신호탄’
글로벌 종합소재기업으로 나서고 있는 포스코가 지난해 6월 강릉 옥계에 연산 1만톤의 Mg잉곳 제련공장을 착공하면서 국내 Mg소재 르네상스 시대 개막을 알렸다. 제련소가 위치한 강원도에는 Mg의 주 원료인 돌로마이트 원석이 1억9,000만톤 이상 매장돼 있다. 회사는 2018년까지 연산 10만톤 규모로 늘려 글로벌 Mg 제련사로 성장한다는 방침이다. 포스코는 RIST(포항산업과학연구원)와 공동 개발한 차세대 Mg제련기술인 ‘수직형 열환원 공정기술’을 적용해 중국 기업들 보다 가격경쟁력과 친환경성을 확보하게 됐다. 이로 인한 수입대체효과는 연간 600억원에 달한다.
특히 포스코의 Mg사업 진출로 제련공장 인근에 Mg 클러스터도 구축될 예정이어서 관련 산업 활성화와 중소기업의 신규 참여가 확대되고 있는 것은 큰 성과로 평가되고 있다.
포스코는 Mg 잉곳 생산기반 확보를 바탕으로 지난해 11월에는 일본 토요타통상과 Mg 소재를 일본 부품 메이커에 판매하는 내용의 MOU를 체결했다.
Mg 잉곳 생산 성공을 위한 지원도 활발하다. RIST는 강릉시 강릉과학산업단지내 강원산업기술연구본부에 Mg 제련 파일럿 플랜트를 준공하고 마그네슘 제련 원천기술 및 상용화 기술 개발에 나서고 있다.
강원도도 투자유치설명회를 통해 포스코 Mg 사업과 연계한 첨단부품소재 제조기업 등을 유치하는데 중점을 두고 있다. 도는 포스코와의 협력 분야를 비철금속 전반으로 확대하기 위해 실무팀까지 구성해 추진하고 있다.
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■기술개발? 납품단가 현실화부터
Mg합금은 경쟁 소재인 철강이나 알루미늄 합금에 비해 상온에서의 소성가공이 어려워 산업화하는 데 추가적인 비용이 더 든다는 부담을 가지고 있다.
특히 2008년에 이르러서는 전 세계적인 원자재 파동에 의해 마그네슘 잉곳 수입가격이 두 배나 오르면서 국내 마그네슘 산업은 큰 타격을 입었다. 당시 Mg합금의 주된 수요처였던 자동차부품의 경우 Mg이 아닌 플라스틱이나 알루미늄 등으로 대체됐고 명목만 유지하는 상황이 벌어진 것이다.
KMTRA에 따르면 지난해에도 특이한 부품적용은 없었으나 원소재 가격 안정화와 본격적인 국내 Mg 잉곳 생산 추진으로 완성차 업계와 다이캐스팅 업체도 신규부품 적용에 대한 큰 기대를 하고 있다.
국내 연구개발 능력은 탁월하나 특허 등 실용화 생산기술은 뒤쳐져 있는 상태다. 20여년 간 연구개발을 통해 대학에서는 서울대, 연세대, 포스텍, 홍익대, 부산대 등이 주도해 국제학술대회에서도 두각을 나타내고 있다. 또한, RIST, 재료연구소, 생산기술연구소에서도 실용화 연구 등으로 소수이나 질적으로 우수한 인적 인프라를 구축하고 있다.
특히 우리나라의 휴대폰 부품 등의 소형정밀 다이캐스팅 기술은 이미 최고의 수준까지 도달했으며 2020년까지는 자동차 부품 다이캐스팅 및 합금 개발을 제외하고는 세계수준의 기술력을 확보할 것으로 예상된다. 자동차 부품 다이캐스팅 기술 확보가 힘든 이유는 국내 완성차 업체가 한정돼 시장이 좁은 상황에서 중소기업이 부품생산에 필요한 장비투자에 나서기 어렵기 때문이다. 또한 일본, 독일에 비해서는 특허등록수나 실용화 응용기술은 낮으며 독자적인 합금등록이나 프로세스 개발은 미진한 상태다.
우리나라 Mg산업을 뒷받침 하고 있는 제품 가공 중소기업 육성도 시급하다.
현재 국내 Mg소재를 다루는 다이캐스팅 중소기업은 25개 정도가 있는데 각기 차별화된 기술을 확보하고 있어 Mg산업 육성에 중요한 밑거름 역할을 하고 있다. 그러나 이들 중소 납품업체들은 수요처인 대기업들의 중국 원가 수준 가격 요구로 인해 외형적으로 매출 늘어도 수익률은 떨어지고 있는 어려움을 겪고 있다. 이로 인해 중소기업들은 기술개발과 장비투자 등 재투자를 꿈도 꾸지 못하게 돼 장기적으로 해외업체와의 경쟁에서 밀려날 수 밖에 없다는 우려가 나오고 있다.
이에 Mg산업을 살리기 위해선 현실적인 납품단가가 우선시 돼야 한다는 의견이 지배적이다.
강민철 KMTRA 상임이사는 “자동차 부품업체의 경우, 알루미늄은 분기별로 소재 가격을 책정하고 있어 그나마 소재가격 변동이 반영되고 있으나 Mg은 1년에 한번으로 책정하고 있어 중소기업의 고통분담이 큰 실정”이라며 “올해는 가격변동제를 시행해 대·중소기업이 상생하고 Mg 소재 강국으로 도약하는 발판을 마련해야 한다”고 제언했다.
