※ (KOTRA 발간) 미국 희토류 공급망의 이해, 중국 의존도 축소를 중심으로 (Part. 1)

● 미중 무역 분쟁의 중심에 있는 희토류

트럼프 당선인이 모든 중국 상품에 대해 최대 60%의 관세를 부과하겠다고 말하는 가운데 희토류는 중국의 가장 강력한 대응 수단이 될 것임.
지난 12월 3일 중국 상무부는 국가 안보 우려에 따라 미국으로의 갈륨, 게르마늄, 안티몬 수출을 금지하고, 흑연 역시 통제를 강화하기로 하였음.
블룸버그를 포함한 미 현지 언론들은 이번 조치가 중국의 대미 수출 통제의 첫 포문으로 추후 희토류 역시 중국의 수출 통제 대상에 포함될 상황을 크게 우려하고 있음.


● 미국의 희토류 영구자석 관련 지원정책

미국산 희토류 영구자석에 대해 kg당 20달러의 세액공제 인센티브 제공하고 영구자석에 사용되는 부품도 미국에서 생산될 경우 kg 당 30달러의 세액공제를 제공하는 ‘희토류 영구자석 제조 생산 세액 공제법’ 2023년 초당적으로 발의.

네바다주 상원의원 캐서린 코르테즈 마스토는 현재 미국 내 희토류 공급망 강화를 목표로 하는 ‘영구자석 생산 세액 공제법안’을 추진 중.

이미 시행중인 IRA 45X 세액공제(AMPC)에 따라 희토류 영구자석은 kg 당 15달러에서 30달러의 세액공제를 제공받을 수 있음.

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● 미국 희토류 공급망의 이해, 중국 의존도 축소를 중심으로 (KOTRA 미국 로스앤젤레스 무역관, 2024. 12. 19)

희토류는 상업적 용도의 첨단 제조업에 필수적일 뿐 아니라 군사 분야에서도 광범위하게 응용됨.
희토류는 채굴된 광석에서 희토류 원소를 분리하기 위해 복잡한 처리 공정이 필요하며 채굴과 처리 공정과정에서 심각한 환경오염을 발생시켜 개발도상국 위주로 광산 채굴 및 수출이 이뤄졌음.
그러나 광범위한 청정에너지 산업에 핵심적인 자원인 희토류 공급망 확보는 각국의 공통 관심사가 되어 있으며, 특히 대중 무역분쟁의 중요 카드로 중국이 희토류를 내세우고 있어 미국 입장에서는 안정적인 희토류 공급망 확보가 중요해진 상황임.


○ 미국 희토류 시장 개요

1) 희토류 시장 규모 및 성장 전망

미국 지질조사국 2024년 자료에 따르면, 상당량의 희토류가 완제품에 내장된 영구자석 형태로 수입되고 있음.

Wood Mackenzie에 따르면, 희토류 산화물에 대한 시장수요는 2022년 171,300톤이었으며, 2030년에는 238,700톤으로 증가할 전망.
희토류 수요 증가의 가장 큰 요인은 청정에너지 기술의 성장으로, 희토류는 전기차, 해상풍력터빈, 로봇 등에 필요한 영구자석의 재료이기 때문임.

해상풍력에 사용되는 영구자석 발전기의 경우, 벽돌 모양의 희토류 자석이 거대한 링 형태로 배치되어 로터와 함께 회전하면서 전기를 생성하게 되는데 대형 해상 터빈 하나에 5톤 이상의 영구자석이 들어 감.
광물 리서치 기업인 Adamas Intelligence에 따르면, 해상 풍력으로 생산된 전기 1메가 와트 당 수백 파운드의 희토류 금속인 네오디뮴이 필요함.

해상풍력 외에도 전기차 산업 등에서 영구자석 수요 증가로 인해 희토류 산화물의 가치는 2022년 38억 달러에서 2035년 362억 달러로 연 평균 성장률 19.1%가 될 것으로 예측.


2) 희토류 생산 동향

미국 지질조사국에 따르면, 2023년 미국은 43,000톤의 희토류 광물 농축물과 250톤의 희토류 화합물 및 금속을 생산하였음. 2023년 기준 미국의 글로벌 희토류 생산 점유율은 12.29%임.

희토류 플루오르탄산염 광물인 바스트네사이트(Bastnaesite)는 캘리포니아 Mt. Pass 광산에서 주로 생산되며, 희토류 인산염 광물인 모나자이트(Monazite)는 미국 남동부 지역에서 주로 생산됨.

미국의 2019년부터 2022년 기간 동안 희토류 화합물 및 금속 수입의 국가별 비중은, 중국 72%, 말레이시아 11%, 일본 6%, 에스토니아 5%, 기타 6%였음.
이 중 말레이시아, 에스토니아, 일본에서 수입된 희토류 화합물 및 금속의 경우 호주와 중국에서 생산된 광물, 농축물과 화학 중간체를 원료로 하여 제조된 것으로 중국으로부터의 실제 수입 비중은 더 높음.

※ (KOTRA 발간) 미국 희토류 공급망의 이해, 중국 의존도 축소를 중심으로 (Part. 2)

○ 미국의 희토류 관련 주요 쟁점

1) 중국의 미중 무역전쟁 대응수단

트럼프 당선인이 모든 중국 상품에 대해 최대 60%의 관세를 부과하겠다고 말하는 가운데 희토류는 중국의 강력한 대응수단이 될 수 있음.

미국 지질조사국에 따르면, 중국은 2023년 약 240,000톤의 희토류 산화물을 생산하였으며, 이는 2위인 미국의 43,000톤 대비 5.6배에 해당하는 압도적인 생산량 1위 국가임.
중국은 2023년 글로벌 희토류 총 생산량의 70%를 차지하며 희토류 공급망에 있어 가장 강력한 패권을 가지고 있음.

지난 12월 3일, 중국 상무부는 국가 안보 우려에 따라 미국으로의 갈륨, 게르마늄, 안티몬 수출을 즉각 금지하고 흑연 역시 통제 강화하기로 발표하였음.
이는 12월 2일 바이든 행정부가 반도체 및 AI용 필수 부품에 대한 중국의 접근성을 제한하기 위해 100개가 넘는 중국 기업을 대상으로 제재한 지 하루 만에 발표된 조치임.
블룸버그를 포함한 미 현지 언론들은 핵심광물자원에 대한 중국의 이번 수출 통제 조치를 첫 포문으로 추후 희토류 역시 중국의 수출 통제 대상에 포함될 상황을 가정해 우려하고 있음.
이미 작년부터 희토류는 미중 무역 분쟁의 중심에 있어 왔음.
2023년 12월 중국 상무부는 이미 다양한 희토류 기술의 수출을 금지한 바 있음.


2) 희토류 공급망 탈중국화를 위한 전환전략

유럽 정책연구센터(CEPS)에 따르면 희토류 공급망 및 중국 비중은 다음과 같음.
1. 원자재를 채굴하고 농축하는 과정 (중국 비중 91%)
2. 이를 정제하여 산화물을 생산하는 과정 (중국 비중 87%)
3. 영구자석을 제조하는 과정 (중국 비중 94%)

미국은 희토류의 중국 의존도를 낮추기 위해 미국 및 캐나다의 광물 기업에 투자하거나 미국산 희토류 영구자석에 대한 세액공제 혜택을 제공하는 법안을 준비하는 등 다양한 방식을 통해 노력하고 있음.


○ 희토류 관련 법안

2023년 공화당 하원의원 Guy Reschenthaler와 민주당 하원의원 Eric Swalwell은 미국산 희토류 영구자석에 대해 kg당 20달러의 세액 공제 인센티브를 제공하고, 영구자석에 사용되는 부품도 미국에서 생산될 경우 kg 당 30달러의 세액공제를 제공하는 “희토류 자석 제조 생산 세액 공제법”을 초당적으로 발의하였음.

네바다주 상원의원인 캐서린 코르테즈 마스토는 미국 내 희토류 공급망 강화를 목표로 희토류 영구자석 생산 세액 공제 법안을 추진하며 적극 활동 중임.
희토류 자석 제조 생산 세액 공제법이 통과되면, 미국 유일의 희토류 광산인 Mt. Pass를 운영하는 MP Materials는 큰 세액 공제 혜택을 누릴 것으로 기대.

이미 시행 중인 인센티브 제도로는 IRA의 45X 세액공제 혜택이 있음.
45X 세액공제 제도에는 희토류 영구자석 역시 포함되어 있으며, 이 제도에 따라 희토류 영구자석은 kg당 15달러에서 30달러의 세액공제를 제공받을 수 있음.


○ 기업 투자 등 공급망 다변화

미국은 중국 중심 희토류 공급선을 다변화하기 위해 미국 기업과 캐나다, 호주 기업 등에 활발한 투자를 진행 중에 있음.
미국 유일의 희토류 광산을 운영 중인 MP Materials는 미국 최초의 수직계열화 된 희토류 영구자석 제조시설 건설을 위해 5,850만달러의 연방 정부 보조금을 지원받았음.
MP Materials는 또한 미국 국방부로부터 ‘광산에서 자석으로(Mine to Magnets)’라는 프로젝트로 4,500만달러의 지원금을 받은 바 있음.

희토류 공급망 안정화를 위한 지원금은 주 정부 단위에서도 활발하게 이뤄지고 있음.
와이오밍주 Halleck Creek에서 희토류 광산을 개발 중인 American Rare Earth는 와이오밍 주 정부로부터 1,070만 달러의 지원금을 확보해 광산 개발 프로젝트를 진행 중 임.

2024년 11월 캐나다의 희토류 자원 개발 기업인 Aclara의 희토류 분리 시설에 미국 상무부가 투자를 결정하였음.
호주의 희토류 생산기업인 Lynas Rare Earth에 자금지원을 하기로 하였고, 2024년 호주에 상장된 2개의 희토류 프로젝트에 총 8.5억 달러 자금을 지원하기로 결정.


○ 시사점

희토류는 전기차, 해상풍력발전, 반도체 등에 필수적인 재료라는 점에서 안정적인 희토류 공급망 확보는 미래 주요 산업의 주도권을 결정하는 여러 요소 중 하나임.

중국의 희토류 공급망 전 단계에 걸친 강력한 우위는 미국을 비롯한 대부분의 국가에 불안 요소가 되고 있음.
중국은 1980년대 중반부터 희토류 생산을 늘리기 시작해 1990년대 중반 이후 지금까지 희토류 주요 생산국으로 관련 기술에 있어 최고 수준에 도달해 있는 상황임.

미국은 중국의 자원 무기화 움직임에 대응하기 위해 자국 내 희토류 광산 개발 프로젝트에 대규모 자금을 투입하고 있으며, 캐나다, 호주, 일본 등 다른 우방국으로 공급선 확보에 적극 노력 중에 있음.

한국의 희토류 영구자석 중국 의존도는 약 85%로 매우 높은 수준임.

미국의 희토류 공급망 전환 노력을 주시해 우리 기업의 기회요인이 없는지 모색하는 것은 물론 해외 광물 기업에 대한 선제적 투자 등 공급선 다변화 정책을 참고해 중국 의존도를 낮추는 노력이 필요한 시점임.

https://dream.kotra.or.kr/kotranews/cms/news/actionKotraBoardDetail.do?SITE_NO=3&MENU_ID=80&CONTENTS_NO=2&bbsGbn=242&bbsSn=242&pNttSn=223509

※ 희토류 무기화에 대한 중국의 입장 (China Daily 기사 관련)

트럼프의 당선과 함께, 관세 등을 통한 글로벌 긴장 가운데 특히 미국과 중국의 잠재적 분쟁 가능성이 높아지고 있습니다.
미국은 관세와 각종 제재를 통해 중국을 견제하고자 하고 있으며, 이에 중국도 무역, 금융과 관련된 다양한 조치 등을 통해 이에 대응을 하고자 하고 있으며, 그 중 희토류 및 응용제품들은 중국의 가장 효과적인 대응 카드로 여겨지고 있습니다.

중국 언론을 통해, 중국의 희토류 산업을 활용한 미국 및 동맹국들에 대한 견제의지를 확인해 볼 수 있습니다.

중국은 미국의 강압적(coercive)이고 괴롭힘(bullying) 조치에 맞서는 수단으로 희토류를 적극 사용할 것임을 숨기지 않고 있으며, 이는 미국 뿐 아니라 미국의 동맹국 및 파트너 국가들을 겨냥하고 있음을 알 수 있습니다.

China has always promoted reform and development through opening-up. Accordingly, it will create the right conditions for facilitating global economic cooperation on rare earths without compromising its national economic security and development interests.

중국은 중국의 국가 경제안보와 이익을 훼손하지 않는다면, 희토류 산업에서의 글로벌 경제협력을 촉진할 수 있다고 하고 있는데 이는 바꿔 말하면 미국 뿐 아니라 다른 국가들도 중국의 경제안보에 해가 될 수 있다면 희토류를 활용하여 보복할 수 있다는 점을 표명한 것이라고 할 수 있습니다.

한국 또한 희토류 (네오디뮴 및 사마륨-코발트)영구자석의 약 90% 이상을 중국으로부터 수입하고 있기 때문에 이에 대한 대책이 시급한 상황입니다.

참고로 지난 12월 19일 기획재정부와 산업통상원부는 공급망안정화위원회를 열고 ‘제 1차 공급망안정화 기본계획’을 발표한바 있으며, 2025년부터 2027년까지 3년간 공급망 경제안보 핵심기술 연구개발에 25조, 공급망안정화 기금 공급 30조원으로 총 55조의 기금을 조성하기로 한 바 있습니다.


● US initiator of rare earths sector reshuffle (From China daily, 2024. 10. 16)

미국의 강압적이고 괴롭힘(bullying) 조치에 대한 대응책으로 2023년 12월 중국이 희토류 추출 및 분리정제 기술 수출을 금지한 이후, 미국과 그 동맹국 및 파트너 국가들은 가공된 희토류를 중국에 의존하는 것 말고는 다른 대안이 없는 상태임.

중국 국무원은 지난 6월 희토류 매장지를 포함한 희토류에 대한 ‘희토류 관리 규정’을 공포하였음. 이 규정은 희토류는 국가 자산으로 희토류 제품 추적 정보 시스템 개발하여 수입업체들의 중국제품 사용을 관리하는 것임.

17개의 원소로 구성된 희토류는 전자제품, 유도시스템, 레이저, 레이더 및 소나 시스템과 같은 방산 제품은 물론 스마트폰, 컴퓨터 하드디스크, 전기차, OLED/LCD 모니터 등 200개 이상의 첨단 제품에 필수적인 구성요소임.
중국은 글로벌 희토류 매장량의 40% 이상을 보유하고 있으며, 약 60%를 생산하고 있음.
또한 글로벌 희토류 분리정제 90%를 처리하고 있음.

더 중요한 점은 중국이 핵심 희토류 추출 및 분리 기술에 특허를 출원하여 17개 희토류 원소를 모두 상업적 양산을 할 수 있는 유일한 국가라는 것임. 즉, 중국은 글로벌 희토류 정제의 허브임.

그러나 희토류 분리 및 추출 기술의 수출금지와 희토류 수출 제한에도 불구하고 글로벌 희토류 시장의 공급은 안정적으로 유지되고 있음. 이는 미국과 달리 중국이 다른 나라를 겨냥하여 희토류를 무기로 사용하고 있지 않기 때문임.

물론 중국의 희토류 관련 제한조치들로 인해 몽골, 인도, 베트남, 말레이시아 등의 국가들인 광물 자원 탐사 및 개발을 가속화하고 있고, 미국조차 관련 연구 개발 예산을 대폭 늘렸음에도 환경오염과 기술적 적용문제로 인해 어려움을 겪고 있음.
때문에 미국은 동맹국들과 함께 희토류 탐사를 가속화하도록 압력을 가하고 있음.
예를 들어, 말레이시아는 Perak, Pahang, Kedah, Kelantan과 Terengganu 지역에 최대 1,620만톤에 달하는 미개발 희토류를 보유하고 있는 것으로 추정되고 있음. 하지만 미국은 이들 국가에 희토류 금속 원소를 추출, 분리 또는 가공하는데 기술적인 도움을 거의 제공할 수가 없음.

글로벌 각국은 희토류 관련된 해결책을 찾기 위해 중국에 의존할 경우, 미국이 이들 국가들의 제품에 제재 또는 높은 관세를 부과하는 것에 우려를 하고 있음.

말레이시아 자원 및 환경부 장관인 Nik Nazmi bin Nik Ahmad는 인터뷰를 통해 “희토류 가공, 채굴 분야에서 많은 기술을 중국이 보유하고 있고 가장 높은 경쟁력을 지니고 있다”고 말하였으며, “중국 기술을 사용하여 희토류를 채굴하게 되면 미국과의 무역에 문제가 생길 수 있다”라고 하였음.

미국의 지정학적 게임에 휘말리지 않기 위해 말레이시아 뿐 아니라 호주, 한국, 일본도 미국 뿐 아니라 중국과도 희토류 분야 개발을 위해 협력함으로써 희토류 분야 헤지를 위해 최선을 다하고 있음.

말레이시아의 최근 불만에서 알 수 있듯, 여러 나라의 희토류 산업 발전을 방해하는 것은 미국의 강압과 괴롭힘 때문임.

중국은 희토류 추출 및 분리 기술을 포함한 수출 금지 및 제한 기술 목록 개정이 최신기불 발전에 따른 기술 무역 관리를 개선하기 위한 일상적인 조정임을 분명히 하였음.
중국은 항상 개방을 통해 개혁과 발전을 촉진해 왔음.
따라서 중국은 국가 경제 안보와 개발 이익을 훼손하지 않으면서 희토류 산업에서 글로벌 협력을 촉진할 수 있는 올바른 조치들을 취해 나갈 것임.

https://www.chinadaily.com.cn/a/202410/16/WS670fb6c2a310f1265a1c7f99.html

※ 한국 정부, 중국 자원무기화 대비 55조 기금 마련 및 미중 갈등 격화에 중국 자원무기화로 반격

● 중국 자원무기화 대비, 핵심광물 공급망에 55조 (매일경제, 2024. 12. 19)

정부, 공급망안정화 기본계획 3년간 핵심기술 R&D에 25조
경제안보품목 국내 생산유도
금융, 재정 등 종합지원 추진
희토류 비축물량 5배 확대
공급망 수입처 다변화 추진

정부는 2024년 12월 19일 공급망안정화위원회를 열고, 트럼프 행정부 출범 이후 미중 무역분쟁이 격해질 가능성에 대비 공급망 안정화에 3년간 55조를 투입하기로 하였으며, 이를 통해 2030년까지 핵심물자의 해외 의존도를 50% 이하로 낮추겠다고 목표.

미국이 반도체 등 핵심물자에 대한 대중 수출을 잇달아 강화하면서 중국은 희토류 등 핵심광물 대미 수출통제에 나서면서 ‘맞불’을 놓고 있음.

한국의 주요 금속광물에 대한 중국 수입의존도가 갈수록 높아지고 있는 상황임.
천연흑연의 중국 수입비중은 97.2%, 산화/수산화니켈의 중국 수입비중은 82.7%임.

정부는 내년까지 현재 180일분의 영구자석용 희토류 비축물량을 900일분까지 확대하기로 하였음. 사마륨-코발트, 네오디뮴 등이며 한국은 90%이상을 중국에서 수입하고 있음.

알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 아연, 납 등 비철금속 6종의 비축물량도 현행 50일에서 60일로 확대하기로 하였음.
경제안보품목 희소금속 비축물량도 75일까지로 확대할 예정.

공급망 안정화 관련 기술을 국가전략기술에 포함시킬 계획이며, R&D 세액공제율이 2배 정도 우대 적용됨. 현재 일반 R&D 비용 공제율은 2 – 25%이지만 국가전략기술 R&D 공제율은 30 – 50%로 적용.

https://m.mk.co.kr/news/economy/11198928


● 중국 자원 무기화로 반격, 강대강 대치 (매경이코노미, 2024. 12. 21)

미국은 지난 12월 2일 AI 개발에 필요한 핵심 부품인 HBM의 대중 수출 통제를 발표.
특히 이번 수출 통제에는 해외직접생산품규칙(FDPR)이 적용되어 제 3국에서 만든 제품이라도 미국산 장비나 기술이 사용되면 통제 대상임.

미국의 중국 옥죄기가 지난 트럼프 행정부 1기에서부터 시작된 점을 감안하면, 2기에서도 대중 제재기조는 이어질 것으로 보임.

중국은 미국의 수출 통제에 즉각 반발하며, 2024년 12월 3일 첨단산업에 쓰이는 주요 소재인 갈륨, 게르마늄, 안티몬 등의 대미 수출을 전면 금지한다고 밝혔음.
또한 배터리의 핵심 소재인 흑연을 수출할 때도 최종 사용자나 사용처를 엄격히 검토하기로 하였음.
중국은 미국의 견제와 관세장벽에 따른 수출 둔화가 우려되자 하루만에 자원 무기화를 통해 사실상 보복조치에 나선 것임.

중국은 미국의 조치를 예상하고 지난 10월에 이미 관련된 조례를 만들었으며, 중국의 4대 산업협회도 자국산 반도체 사용을 적극적으로 장려하는 취지의 성명을 냈음.

중국은 특히 희토류 중심으로 대미 수출 금지 품목을 확대할 것으로 관측되고 있음. 중국산 희토류에 대한 미국의 의존도가 높기 때문임.

미국 기업에 대한 제재도 확대할 가능성이 있음. 그 동안 미국 군사기업에 대한 제재를 해왔으나 미국의 빅테크로 이러한 제재조치가 확대될 수 있음.
실제 중국은 지난 12월 9일 미국 엔비디아를 반독점법 위반 혐의로 조사한다고 발표하였음.
또한 중국 당국은 자국산 드론 부품 제조업체들을 대상으로 미국과 유럽에 대한 수출을 제한하기도 하였음.
미중 무역 갈등이 전쟁의 핵심역할을 하는 드론까지 확대된 것임.

https://v.daum.net/v/20241221210308570

※ 엔진에서 모터로의 전환 : 아이오닉5 모터 완전분해 (오토기어, 2022. 07. 29)

에너지가 화석연료에서 전기로 전환하는 흐름 속에서 동력원도 자연스럽게 엔진에서 모터로 전환해 가고 있는 중입니다.

기존 동력원은 화석연료의 연소를 통한 열에너지를 운동에너지로 전환하여 동력을 만드는 엔진을 사용하여 자동차, 항공기, 선박 등의 운행하였으나, 최근에는 전기(회전)에너지를 직접 사용하는 모터를 통해 전기차, 드론, 선박용 축발전기, 로봇 등을 구동하고 있습니다.
전기차의 트랙션모터, 로봇의 서보모터, 드론의 스테퍼모터 등이 바로 구동 모터들입니다.

모터는 지금까지 나온 동력원 중에서 가장 높은 효율을 지니고 있으며, 유지보수, 내구성 면에서도 상대적으로 우수한 특징을 지니고 있습니다.

모터는 배터리 또는 발전원 등을 통해 전기를 직접적으로 공급받고 이를 회전에너지로 전환하는 구조를 가지고 있는데, 이때 강력한 회전력을 구현하는 것이 영구자석으로 영구자석은 현대 동력원의 핵심이라고 할 수 있습니다.

신재생에너지의 전환으로 전기차, 풍력발전에 사용되는 영구자석의 중요성이 크게 대두되었는데, 최근 드론, 선박, 로봇 등의 산업도 중요성이 크게 부각되면서 영구자석의 중요성도 함께 주목 받고 있는 상황입니다.


● 아이오닉5용 PMSM Motor

전기차의 동력시스템을 PE(Power Electric)라고 하며, 현대차의 3세대 PE는 모터, 인버터, 감속기의 구조로 이뤄져 있음. 참고로 아이오닉5의 모터 출력은 160kw(218마력)

모터는 스테이터(고정자, Stator)와 로터(회전자, Roater)의 구조로 되어 있음.
안쪽에서 회전하는 부분을 로터라고 하며, 바깥에 고정되어 있는 부분을 스테이터라고 함.
스테이터는 구리권선(round coil)으로 감겨져 있어 전류를 생성하는 역할을 함.
로터는 영구자석이 내부에 장착되어져 있음.
참고로 아이오닉 5의 로터에는 8개의 영구자석이 V자 형태로 들어가 있음.

영구자석의 배치에 따라서 기전력(EMF, 전원에 의해 생성되는 전위차), 저항 등이 달라지기 때문에 영구자석의 배치는 모터의 성능을 좌우하는 핵심 요소이자 기술력 중 하나임.
효율에 중심을 두느냐, 토크를 중요하게 생각하느냐 등의 특징이 영구자석의 성능과 배치에 따라서 달라짐.
영구자석에서 발생하는 역기전력을 세밀하게 컨트롤 하는 것이 중요하며, 이는 모터의 성능을 좌우함.

https://www.youtube.com/live/FRHsHTL3uk8

※ 드론의 작동원리

드론의 구성요소 : 몸체, 프로펠러, 모터, 배터리, ESC(변속기, 모터에 공급되는 전류를 조절), FC(비행제어장치) 등

○ 프로펠러의 작동원리

프로펠러의 회전에 위해 추력이 생성. (회전력이 강하다 = 추력이 강하다)
추력이 중력보다 크면 상승하고, 추력 작아지면 하강하게 됨. 추력과 중력이 같으면 공중에서 머물러 있게 됨.

프로펠러의 폭이 넓어지면 공기와의 접촉면이 커지면서 추력도 커짐. 드론의 프로펠러가 넓은 이유.

프로펠러는 모터에 의해서 회전하게 됨.
드론은 각각의 프로펠러들의 작동방향을 제어함으로써 드론의 움직임을 조정할 수 있음.
가장 일반적인 형태인 프로펠러가 4개 달린 쿼드콥터 드론을 예로 들면,
1) 2개의 프로펠러와 2개의 프로펠러를 반대방향으로 회전시켜 드론 몸체의 회전을 방지함. (헬리콥터의 꼬리 프로펠러의 역할과 동일)
2) 뒤쪽의 프로펠러를 빠르게 회전시키면 후방의 추력이 커지면서 앞으로 전진하며, 반대의 경우 후진함.
3) 한쪽 사이드의 프로펠러를 빠르게 회전시키면 좌우로 이동.
4) 대각선 방향의 프로펠러 회전력을 조절하면 원하는 방향으로 드론의 방향을 전환 할 수 있음.

바람과 같은 외부 힘이나 드론의 무게중심에 따라 드론의 움직임이 불안정해 질 수 있는데 ESC와 FC를 통해 각각의 모터 회전을 정교하게 제어함.


○ 드론의 모터, ESC, FC, 배터리, GPS

드론은 일반적으로 BLDC(브러시리스 직류모터) 모터를 사용함.
코일(고정자)이 가만히 있고 영구자석(로터)이 회전함으로써 작동함.

ESC(변속기, Electronic Speed Controller)를 통해 전류의 형태와 주파수 조절을 통해 모터의 속도(회전)를 조절함.

ESC의 제어는 드론의 두뇌에 해당하는 FC(Flight Controller)에 의해 수행됨.
FC에 내장 된 센서들이 회전의 속도, 가속도, 기압 등 드론의 이동과 회전, 높이 등을 측정하여 드론을 제어할 수 있게 해 줌. (가속도계 센서, 자이로 센서, 기압계 센서, 지자기계 센서)

드론은 일반적으로 2.4Ghz대의 주파수를 사용하여 통신함으로써 조정함.
드론은 빨라야 하고 신호의 지연이 없어야 해서, 높은 대역의 주파수를 사용.
조정기에서 보낸 신호는 드론의 칩이 수신하고 이를 각각의 모터의 출력을 분배시켜 드론을 조정할 수 있음.
AI칩을 사용하면 조정기 없이 자율적인 제어가 가능하게 됨.

드론은 리튬 배터리를 사용함.
비행기는 엔전이 꺼져도 양력을 통해 비행이 가능하지만, 드론은 전력 공급이 중단되면 바로 모터가 작동하지 않고 추락하기 때문에 많은 양의 전기가 필요함.

GPS(현재 위치의 기준)는 드론의 현재 위치를 알기 위해 필요함.
GPS는 적게는 30cm에서 많게는 10m의 오차를 가지고 있는데, 이는 위성의 개수 때문임. 정확한 위치를 알기 위해서는 최소 3개의 위성에서 신호를 받아야 함. 위성의 수가 많을수록 오차가 줄어 들게 됨.

https://www.youtube.com/watch?v=d7RfB4Gf02Y

※ 미국 에너지부, 한화솔루션에 2.1조 대출 최종승인

미국 에너지부(DOE)의 한화 약 2.1조 규모의 대출 승인으로 한화솔루션(한화큐셀)의 미국 태양광 생산시설의 건설이 더욱 가속화 될 것으로 전망됩니다.

이번 결정은 트럼프의 당선으로 인해 한화솔루션 미국 태양광 사업 전망에 대한 시장우려를 불식할 수 있는 계가가 될 것으로 보입니다.
미국 상무부의 동남아 4개국산 태양광 제품에 대한 상계/반덤핑 관세 예비결정, CHIPS법에 따른 미국 태양광 시설에 대한 세액공제, 트럼프 인수팀의 AMPC 지속의견 등에 이은 이번 미국 에너지부의 결정은 한화솔루션의 미국 태양광 사업에 매우 긍정적 영향을 줄 것으로 기대됩니다.

결정질 태양광 제품을 생산하는 한화솔루션은 CdTd 박막형 제품을 생산하는 First Solar와 함께 미국 태양광 산업의 양대 축이며, 미국 태양광 산업 공급망 자립의 핵심 업체입니다.

특히 한화솔루션의 조지아 태양광 생산시설은 모듈(돌튼 5.1GW + 카터즈빌 3.3GW) 뿐 아니라 태양광 셀, 잉곳, 웨이퍼를 생산할 수 있는 실질적으로 유일한 생산시설로 미국에서 차지하는 전략적 중요성이 매우 높은 시설로 미국 에너지 안보의 중요한 축입니다.

이번 미국 에너지부의 대규모 대출 승인도 이러한 미국의 에너지 안보의 측면에서 이해할 수 있습니다.


● 한화큐셀, 미국에서 2.1조 대출 승인. 조지아 태양광 설비건설 탄력 (머니투데이, 2024. 12. 24)

미국 에너지부(DOE)는 한화솔루션(한화큐셀)에 대한 14.5억 달러의 대출을 최종 승인하였으며, 이에 따라 미국 조지아주 북미 최대 태양광 통합 단지인 솔라허브 완공에 속도를 낼 전망임.

한화큐셀은 3.2조를 투자하여 솔라허브를 건설하고 있으며, 솔라허브는 조지아주 돌턴의 태양광 모듈 공장 규모를 5.1GW로 늘리고, 카터즈빌 공장에 잉곳, 웨이퍼, 셀, 모듈 라인을 각기 3.3GW규모를 건설하는 프로젝트임.

이번 대규모 대출의 성사 배경은 미국이 한화솔루션을 통해 자국 태양광 공급망을 회복하기 위해서임.

https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2024122418105521897

※ 삼성SDI, 제네시스 GV90용 배터리 한국 생산

삼성SDI의 제네시스 GV90용 배터리의 한국 생산은 꽤 오래전부터 계획되어져 온 것으로 새로운 소식은 아니며(참고로 전체 투자 축소도 같은 이유로 새로운 것이 아님), 오히려 이번 디일렉의 보도를 통해 현재 2차전지와 관련된 소식들에 대한 리마인드가 가능하다고 보여집니다.
또한 보도된 바와 같이, 기존 전량 중국생산에서 절반 정도를 한국에서 생산하려는 이유는 미국의 IRA에 대한 대비로 국내에서 생산한 GV90 전기차를 미국에 수출하려는 의도로 보여집니다.

○ 동양피스톤 : GV90용 각형 배터리 Cap Ass’y의 구조 변화 (사이드탭 방식에서 톱탭 방식으로)

먼저 제네시스 GV90 전기차에 들어가는 각형배터리가 기존 삼성SDI의 각형배터리와 다른 타입의 배터리이며 때문에 일부 서플라이 체인의 변화가 있다는 점입니다.
이번 GV90용 각형배터리가 기존 각형배터리와 다른 점은 사이드탭이 아닌 톱탭방식을 사용했다는 점이며 이로 인해 더 높은 배터리 출력이 가능해 졌으며, 기존 젤리롤 방식이 아닌 노칭앤 스태킹 방식의 각형 배터리에 좀 더 유리한 구조라는 점입니다.
참고로 SK온이 개발 중인 각형 배터리도 톱탭 방식을 채택하고 있으며, SK온의 각형배터리의 유력한 잠재 고객사 중 하나가 현대차입니다.

그리고 이번 GV90용 각형배터리 Cap Ass’y의 밴더가 기존 신흥에스이씨가 아닌 동양피스톤이 선정된 것으로 알고 있는데 이는 해당 배터리의 발주처가 현대차이기 때문으로 추정됩니다.
동양피스톤은 현대차의 주요 부품사 중 하나로 배터리 부품 사업에 신규진출한 업체입니다. 이는 해당 배터리 개발단계에서부터 현대차가 함께 참여했다는 점을 의미하며 서플라이 체인에서도 기존 배터리 업체가 아닌 완성차 업체의 영향력이 커진 점을 알 수 있습니다.


○ 강원에너지 : 삼성SDI 울산 생산시설 내 양극재 자회사 에스티엠 증설 진행 중.

삼성SDI의 양극재 자회사인 에스티엠(구 일본 TODA와 삼성정밀화학과의 합작사)의 울산 생산시설의 증설(약 5천억 규모)이 현재 진행 중에 있습니다.
참고로 에스티엠의 양극재 생산 Capa는 약 2.1만톤 규모이며 이를 7만톤 이상으로 확대할 계획을 가지고 있습니다.

삼성SDI의 메인 양극재 공급업체는 현재 에코프로(EM)이나, 향후 에스티엠의 비중을 점차적으로 늘려갈 예정입니다. 그 외 포스코퓨처엠으로부터의 양극재 구매하면서 양극재 밴더 다변화를 진행 중에 있습니다.

에스티엠에 양극재는 전량 무수수산화리튬을 사용하고 있으며 무수수산화리튬의 메인 밴더는 강원에너지와 비상장업체인 JS테크입니다.
향후 에스티엠의 양극재 Capa가 늘어나고, 포스코퓨처엠, 에코프로(EM)이 무수수산화리튬을 사용하게 되면 국내 무수산화리튬 임가공업체들의 물량도 증가할 것으로 보여집니다.

그리고 당장 규모가 크지는 않지만, 삼성SDI 배터리의 천안공장 생산량 증가도 이들 업체들의 물량 확대에 도움이 될 것으로 보여집니다.


● 최주선 삼성SDI호, 제네시스 GV90 배터리 한중 양국서 모두 만든다 (디일렉, 2024. 12. 26)

삼성SDI가 현대차의 제네시스 GV90 전기차용 배터리 생산을 기존 중국(시안공장)에서 한국과 중국 양국에서 생산하는 것으로 최종 변경하였음. 이는 미국의 IRA를 대비하기 위한 조치임.
즉, 국내 생산 GV90을 미국에 수출할 의향을 가지고 있는 것으로 파악할 수 있음. (중국산 배터리 배제)
참고로 삼성SDI는 중국 시안과 텐진에 배터리 생산시설을 보유하고 있음.
이번 삼성SDI의 국내 천안공장 증설은 현대차의 요청으로 이뤄진 것으로 추정됨.
SK온의 서산공장도 현대차의 요청에 따라 증설에 나선 바 있음. (현재는 공장동만 만들어져 있고 장비투자는 홀딩 된 상태)

중국 시안공장은 배터리 3개라인이 존재하였으며, 당초 삼성SDI는 시안공장의 조립공정 라인을 확대함으로써 증설을 하려고 하였으며, 당시 조립공장 중 스태킹 장비가 중요하였음.

현대차는 각형 배터리 톱탭(Top Tab) 방식을 요구하였음.
기존 사이드탭(Side Tab) 각형 배터리는 양극과 음극 탭이 옆(사이드)에 있음. 즉 양쪽 사이드에 Cap Ass’y를 삽입하면 알루미늄(양극)과 구리(음극)을 통해 Cap 위쪽의 탭을 통해 전류를 외부로 흐를 수 있게 해주는 구조임.
현대차가 삼성SDI에 요구한 톱탭 각형 배터리의 Cap 구조는 처음부터 양극과 음극을 위로 빼서 전류를 통하게 하는 방식임.

삼성SDI는 중국 시안사업장에 4대의 스태킹 장비를 발주할 예정이며, 한국 천안사업장에 3대를 발주할 예정임.
기존 중국 시안 공장에 20대의 스태킹 장비를 계획하였으나 이후 10대, 8대로 투자규모가 점차 축소되면서 최종 중국 4대, 한국 3대로 결정되었음.
스태킹 장비에 대한 입찰은 필에너지와 우원기술이 경쟁 중임. (중국이 먼저 발주가 나올 예정임)

삼성SDI 울산 사업장은 현재 ESS용 LFP배터리 전용 생산라인을 만들고 있으며, 양극재 자회사인 에스티엠의 증설 공사도 함께 진행 중에 있음.

2023년 10월 삼성SDI와 현대차의 공급계약은 유럽을 기반으로 한 계약이었음.
슬로바키아 현대차 공장에서 사용될 배터리에 대한 계약이었음.

이번 제네시스(GV90)용 배터리는 별도의 계약으로 프리미엄급 배터리에 대한 계약임.

https://www.youtube.com/watch?v=U-y_9hIbt1c

※ 휴머노이드 로봇 & 드론 : 기계적 에너지에서 전기 에너지로 (고성능 영구자석모터의 중요성)

최근 휴머노이드 로봇과 드론에 대한 시장이 관심이 높아지면서 관련 섹터와 기업들이 주목을 받고 있습니다.

휴머노이드 로봇과 드론과 관련된 여러 이슈 중, 개인적으로 구동방식의 변화도 주목해 볼 필요가 있다고 보고 있습니다. 즉 기존 기계식 방식이 전기제어 방식으로 바뀌고 있습니다.

기존 항공기/헬기가 화석연료(Oil)를 기반으로 하는 엔진을 동력원으로 피스톤(왕복) 운동을 회전운동으로 변환하여 구동하였다면, 대다수의 드론은 배터리의 전기를 동력원으로 모터를 직접 회전시켜 구동하는 원리를 가지고 있습니다.

로봇 또한 기존의 많은 산업용 로봇이나 기타 로봇 등은 유압을 이용한 기계적 힘을 통해 작동하는 구동시스템(유압모터)으로 동력을 생성하였습니다.
유압의 특성상 안정적이고 무거운 하중에 강하여 특히 산업용 로봇에서 광범위하게 사용되었습니다.
하지만 휴머노이드 로봇의 중요성이 높아지면서 전기 방식의 영구자석 모터의 중요성이 높아지고 있습니다.

드론과 휴머노이드 로봇에서 영구자석를 사용하는 고성능 모터의 활용은, 정교한 움직임 구현(높은 응답성 및 세밀한 제어), 적은 에너지 손실(고효율), 소형경량화, 고토크(강한 출력)에 유리하기 때문입니다.

드론과 휴머노이드 로봇은 정교한 움직임과 제한된 배터리 용량으로 인해 고효율이 중요해 영구자석 모터가 많이 활용되는 추세입니다.
특히 휴머노이드 로봇은 관절의 움직임과 같은 정교한 움직임이 중요하기 때문에 기존 기계식 유압모터는 한계를 가지고 있으며, 응답성이 좋아 세밀한 제어가 중요한 고성능 고효율의 영구자석 모터가 적합합니다.

보스턴다이내믹스의 1세대 아틀라스 로봇이 유압모터 방식인데 비해 최근 신규버전 아틀라스 로봇이 영구자석 모터를 사용하고 있으며, 테슬라의 옵티머스 및 엔비디아, 오픈AI의 로봇 등도 전기식 고성능 모터를 사용할 것으로 보여집니다.
휴머노이드 로봇이 AI와 결합하면서 사람과 같은 정교한 움직임의 구현을 추구하고 있기 때문에 반응성이 높은 고효율 모터의 사용은 필수적이라고 할 수 있습니다. 그리고 이는 드론에서도 마찬가지입니다.

AI는 센서와 IoT연결 및 고급 제어 알고리즘을 통해 구현되는데 영구자석 모터는 이를 실시간으로 모니터링하여 최적화 시켜, 예측 가능성을 높이고 효율성을 높여 기기의 가동시간을 늘려줄 수 있습니다.
그리고 이는 AI와 연결되는 휴머노이드 로봇, 드론에 필수적인 요소입니다.

https://blogs.nvidia.co.kr/blog/reinforcing-the-value-of-simulation-by-teaching-dexterity-to-a-real-robot-hand/
https://www.youtube.com/shorts/FV4qZqKmWdY

※ 급감하는 미국의 태양광 모듈 수입량과 한화솔루션 (2025년 미국 태양광 모듈 가격 급등 및 셀 쇼티지 예상)

트럼프의 당선 이후, 국내 주식시장에서 신재생에너지 산업에 대한 관심이 크지 않지만 한화솔루션의 미국 태양광 산업은 계획대로 진행되며 전반적인 대외 환경도 우호적인 상황입니다.

미국 전체 태양광 제품 수입량의 약 80%를 차지하던 동남아 4개국 제품에 대한 수입제한 조치가 강화되고 있습니다.
지난 2024년 6월 6일, 미국은 동남아 4개국에 대한 한시적 관세면제(Section 201, 관세율 14.25%)를 종료하였으며, 동시에 2024년 12월부터 미국 내 해당 재고품에 대해서도 관세면제를 부과하기로 하였습니다.
이로 인해 올 상반기 까지 급증하던 미국의 태양광 모듈 수입은 5월이후 감소하기 시작하여 2024년 10월 기준 5월대비 43% 급감한 상황입니다.

또한 2024년 10월, 동남아 4개국산 태양광 제품(모듈, 셀)에 대해 상계관세 예비판정을 내린 이후 11월에는 최대 271.28%의 반덤핑 관세 예비판정을 내렸습니다.

관세와 같은 네가티브 정책 수혜 외에도, 한화솔루션은 지난 2024년 10월 CHIPS(반도체와 과학법)의 대상확대에 따라 25%의 세금 공제정책 수혜 대상이 되어, 미국 내 태양광 웨이퍼, 잉곳 생산시설에 대한 혜택 대상이 되었습니다.

또한 2024년 12월 미국 에너지부(DOE)는 한화솔루션에 대한 약 2.1조원에 달하는 대규모 대출 승인을 최종 결정하기도 하였습니다.

트럼프 당선과 함께 제기되었던 IRA상 AMPC에 대한 우려도 현재 대폭 완화된 상황으로 한화솔루션은 기존 모듈 생산시설 외에 잉곳, 웨이퍼, 셀 생산에 대한 AMPC도 2025년부터는 기대되고 있는 상황입니다.

특히 동남아 4개국 산 태양광 셀에 대한 상계/반덤핑 관세의 적용으로 2025년부터 미국에서 태양광 셀의 쇼티지가 예상되고 있어 한화솔루션의 미국 내 3.3GW 태양광 셀 생산시설과 한국의 1GW 태양광 셀 생산시설의 수혜가 기대되는 상황입니다.

미국 태양광 모듈가격 또한 2025년부터 크게 상승할 것으로 기대되어 결정질 태양광 모듈 기준 미국 내 최대 생산 Capa(8.4GW)를 보유하게 될 한화솔루션은 이러한 일련의 조치들의 최대수혜 업체가 될 것으로 전망됩니다.


● 급감하는 미국의 태양광 모듈 수입량 (하나증권 / 윤재성, 2024. 12. 30)

○ 요약

1. 10월 미국 태양광 수입량 5월 고점 대비 43% 급감. 미국 재고 부담 완화

2. 중장기 셀 부족 가능성 감안 시 수직계열화된 구조가 유리, 한화솔루션(한화큐셀)은 미국 전체 Capa의 40% 수준의 수직계열화 달성

3. 상계/반덤핑(AD/CVD) 적용으로 미국 태양광 모듈 가격은 이론상 80%, 보수적으로도 40 – 50% 상승 가능.

4. 2025년 상반기부터 한화솔루션 실적 개선 기대


○ 급감하는 미국의 태양광 모듈 수입량

미국의 2024년 10월 태양광 모듈 수입량은 3.3GW로 2024년 5월 고점이었던 5.88GW 대비 43% 급감하였음.
이는 지난 6월 6일부터 시행된 동남아산 태양광 모듈에 대한 면세 종료에 기인한 것으로 보임. 미국 태양광 모듈 수입의 약 80 – 90%가 동남아 4개국으로부터 이뤄짐.
미국의 동남아 4개국 태양광 모듈 수입량은 지난 4월 5.13GW를 고점으로 계속 감소하여 10월 2.56GW로 50%가 급감하였음.

12월부터는 동남아 4개국 산 태양광 제품에 상계/반덤핑 예비 판정 관세율이 적용될 예정으로 미국의 태양광 모듈 수입량은 2025년 내내 줄어들 것으로 예상.


○ 미국 태양광 셀 수입량의 급증

태양광 모듈 수입량이 급감하는 반면, 태양광 셀의 수입량은 급증하고 있음.
지난 2024년 4월 미국의 태양광 셀 수입량은 0.71GW였으나, 10월에는 1.41GW로 약 100% 증가하였음.

이는 Section 201(세이프가드) 하의 Tariff Rate Quota와 관련이 있음.
TRQ는 쿼터를 초과할 때에만 관세를 부과하는 제도로 모듈에는 적용되지 않고 셀에만 적용됨.
2024년 8월 바이든 정부는 연간 TRQ 수입쿼터를 기존 5GW에서 12.5GW로 확대하고 관세율을 기존 14.25%로 유지.


○ 한화솔루션(한화큐셀), 중장기적으로 잉곳 – 웨이퍼 – 셀 – 모듈이 통합된 구조가 유리

미국은 중장기적으로 태양광 모듈 대비 셀 Capa가 부족할 전망.
SEIA에 따르면, 미국 태양광 모듈 Capa는 약 40GW인데 비해 셀 Capa는 10GW 미만으로 추정. 잉곳, 웨이퍼는 그 보다 더 적음.
미국에서 모듈을 생산하기 위해서는 셀 수입이 필요.

동남아 4개국에 대한 상계/반덤핑 관세로 인해 태양광 셀의 공급부족은 심해질 것임.
미국 태양광 셀 수입의 약 70%는 동남아 4개국에 의존하고 있음.

미국 태양광 셀 Capa 공급부족은 미국에서 셀을 생산할 예정인 한화솔루션에게 유리.
한화큐셀은 2025년 카터스빌에 잉곳 – 웨이퍼 – 셀, 각각 3GW의 생산시설을 완공할 예정.

태양광 프로젝트에 사용되는 주요 구성품의 제조비용 중 50% 이상이 미국내에서 발생할 경우, 프로젝트 개발자는 ITC/PTC의 기본 공제율에 더해 추가적으로 10%의 추가세액공제 수혜를 받을 수 있음.


○ 미국 태양광 모듈 가격 상승 예상

AD/CVD와 동남아 4개국의 미국 내 수입량 비중을 고려했을 때, 이론적으로 태양광 모듈 가격은 현재 와트당 0.21달러에서 0.49달러로 133% 상승할 것으로 예상. 보수적으로도 40 - 50% 상승 가능

연간 출하량 8GW 기준, 한화솔루션은 기준 모듈 가격이 와트당 0.01달러 개선 시 분기당 영업이익 290억원의 개선 효과가 있을 것으로 예상.

※ 테슬라 3세대 옵티머스 손과 엑츄에이터

NVIDIA의 DeXtreme프로젝트의 로봇 손과 테슬라의 신형 옵티머스(3세대)의 손은 매우 정밀한 움직임을 선보이고 있으며, 이러한 섬세한 로봇손의 움직임은 AI의 뒷받침을 통해 휴머노이드 로봇의 사용처를 광범위하게 확장할 수 있을 것(산업, 가정, 업무용 등)으로 기대됩니다.
기존의 로봇의 관절제어(특히 손) 방법은 사전에 정확하게 프로그래밍 된 통제와 동작의 형식을 가지고 있어, 인간에게는 당연하게 여겨지는 일반화된 미세 운동제어가 어려웠습니다. 하지만 AI를 통해 신경망 훈련을 심층강화학습(RL) 기술을 적용하여 이러한 문제점을 해결해 나가고 있습니다.

휴머노이드 로봇 기술의 핵심은 어떻게 AI와 유기적으로 결합할 수 있느냐 이며 이를 수용할 수 있는 로봇 플랫폼을 구동하는 전자기술인 엑츄에이터(모터, 감속기, 엔코더, 제어기, 그리퍼 등)와 내부 컴퓨터를 제어하는 GPU기술이 중요합니다.

테슬라의 신형 옵티머스의 손의 움직임은 특히 높은 전자제어기술을 통해 인간 손과의 유사성을 구현하였습니다.
이번 3세대 옵티머스 손은 손가락 관절의 자유도(DOF)를 22를 구현하였습니다.
참고로 사람의 손은 손목을 제외하고 총 25개의 DOF를 가지고 있습니다.

이러한 높은 22의 DOF는 서보모터를 통해 구동하는 엑츄에이터에 위해서 구현되는데, 11DOF를 지닌 옵티머스 2세대는 총 6개의 엑츄에이터를 지니고 있기 때문에 3세대 옵티머스의 손은 이보다 많은 엑츄에이터를 장착하고 있을 것으로 보여집니다.

로봇 엑츄에이터에서 가장 중요한 부품은 모터(주로 서보모터)와 감속기이며, 특히 로봇 손의 미세작동을 위해서는 높은 자기적 특성을 지니고 강력한 전력과 효율적인 에너지 변환이 중요하기 때문에 고성능 영구자석을 사용한 서보모터가 중요합니다.
영구자석 모터(PMSM)는 유도모터나 유압모터 대비 응답성이 좋고 세밀한 제어(정확도,진동, 관성 등)가 가능하며, 고토크가 가능합니다.

참고로 국내에서는 성림참단산업(영구자석), 에스피지(서보모터), 동성전기(제너레이터), 유승(연자성 부품)이 함께 국산화에 성공한 바 있습니다.


https://video.twimg.com/ext_tw_video/1844796619281346561/pu/vid/avc1/1280x720/mXj6-lwcfPBjQx5K.mp4?tag=12

https://blogs.nvidia.co.kr/blog/reinforcing-the-value-of-simulation-by-teaching-dexterity-to-a-real-robot-hand/

https://n.news.naver.com/mnews/article/014/0004673184?sid=105

※ 미국의 단기적/중기적 핵심광물 리스크 구분

● 단기적 리스크 (2020 – 2025)에 놓여있는 주요 핵심광물

○ 매우 취약한(Critical) 핵심광물 및 주요 사용처

1. 디스프로슘 : 중요도(Importance to Energy) 4단계 / 공급망 리스크(Supply Risk) 3단계 (중국 의존도 100%, 주요 사용처 : 영구자석, 데이터 저장 장치 및 레이저)

2. 코발트 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (콩고, 중국 의존도 67%, 주요 사용처 : 배터리 및 합금)

3. 갈륨 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (중국 의존도 100%, 주요 사용처 : 직접 회로 및 LED 등 광학장치)

4. 흑연 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (중국 의존도 100%, 주요 사용처 : 윤활유, 배터리 및 연료전지)

5. 이리듐 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (남아프리카공화국, 주요 사용처 : 전기화학 공정 및 화학 촉매로서의 양극 코팅)

6. 네오디뮴 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (중국 의존도 100%, 주요 사용처 : 영구자석, 고무 촉매 및 의료 및 산업용 레이저)

7. 터븀 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계 (중국 의존도 100%, 주요 사용처 : 영구자석, 광섬유, 레이저 및 고체장치)


● 중기적 리스크 (2025 – 2030)에 놓여있는 주요 핵심광물

○ 매우 취약한(Critical) 핵심광물

1. 디스프로슘 : 중요도(Importance to Energy) 3단계 / 공급망 리스크(Supply Risk) 4단계

2. 이리듐 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 4단계

3. 네오디뮴 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 4단계

4. 프라세오디뮴 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 4단계

5. 터븀 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 4단계

6. 리튬 : 중요도 4단계 / 공급망 리스크 3단계

7. 니켈 : 중요도 4단계 / 공급망 리스크 3단계

8. 코발트 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

9. 흑연 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

10. 갈륨 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

11. 백금 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

12. 마그네슘 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

13. 실리콘 카바이드 : 중요도 3단계 / 공급망 리스크 3단계

자료인용 : 코트라발간 Global Market Report “미국 핵심광물 전략과 공급망 분석” (2024. 12)

※ SK온 고객사 및 생산시설 리밸런싱 (디일렉, 2025. 01. 07)

○ SK온 주요 고객사 : 포드, 현대차, 닛산, 중국 지리

핵심 고객사였던 포드의 비중이 줄어들고, 현대차를 중심으로 닛산과 중국 지리로 고객사들이 재편될 것.
지리자동차는 볼보의 모회사임.


○ SK온 해외 생산시설 근황

1. 유럽 생산시설 (코마롬, 이반차)

헝가리 코마롬 공장(17.5GWh) 생산시설의 전면 재조정이 있을 예정이며, 이반차(30GWh)로 메인으로 유럽 생산시설이 재편될 것으로 예상.
코마롬 공장 주요 고객사 : 다임러(트럭 등 상용차), 일부 벤츠 전기차 모델용 배터리 등을 생산
코마롬 공장은 수율을 일정 수치 이상으로 올리기 어려운 상황이며 시설적으로도 낙후되어 있음.

생산라인을 전면 재조정(각형 배터리 라인)한 코마롬 공장을 지리자동차 물량 대응으로 활용할 방안. 지리자동차의 자회사인 볼보의 유럽생산 폴스타와 신모델인 EX30 모델용 배터리(각형배터리)를 SK온으로부터 조달 할 수도 있음.

2. 중국 생산시설 (옌청, 후이저우, 창저우 등)

중국 파트너사인 EVE(옌청 등)나 지방정부(베이징 창저우)와의 협력을 통해 생산시설이 운영되고 있음.

3. 한국 생산시설 (서산)

현대차를 대응하기 위한 서산 3동 프로젝트는 현재 홀딩 된 상태임. 건물은 완공된 상태이나 장비 입고는 안되어 있는 상태임.
서산 3동의 홀딩은 현대차의 생산계획 재조정에 따른 것으로 서산에서 생산될 물량이 미국 조지아로 이전되었음. 이는 미국에서 생산하는 것이 보조금을 받기 유리하기 때문임.

4. 미국 생산시설 (조지아, 테네시, 켄터키)

테네시와 켄터키에 위치해 있는 포드와의 합작사인 Blue Oval 생산시설은 기존 계획대로라면 2025년부터 순차 가동될 예정이었으나, 포드의 전기차 부진으로 계획이 조정되어 있는 상황임.

당초 닛산과 미국에서 JV를 설립할 예정이었으나, LG엔솔과 도요타 같은 단순 공급이 유력한 상황임. 닛산에 대한 물량을 Blue Oval 켄터키 1공장에서 대응하는 방안을 고려 중.
테네시 공장은 계획대로 포드 물량을 대응

조지아 공장은 현재 1공장은 포드 대응이고, 2공장은 현대차 대응. 2공장은 이제 생산을 시작하는 단계.


○ SK온 각형배터리 생산계획

유럽 코마롬 공장의 생산라인을 전면 재조정하여 각형 배터리 라인으로 전환을 계획 중.
이 곳에서 생산된 각형 배터리는 중국 지리자동차의 자회사인 볼보 현지 전기차용으로 납품을 고려 중.

https://www.youtube.com/watch?v=zPCPZkbzLjI

※ 미국 내 태양광 모듈 수입량 급감과 한화솔루션 업황 개선

지난 2024년 6월 동남아 4개국에 대한 한시적 관세면제(Section 201, 관세율 14.25%)가 종료된 이후 미국의 태양광 모듈 수입량이 급감하고 있습니다.
특히 한화솔루션이 주력으로 생산하고 있는 결정질 실리콘 태양광 모듈의 수입 감소가 가파르며 이로 인해 미국의 태양광 모듈 재고도 향후 빠르게 줄어들 것으로 예상되고 있습니다.

참고로 2024년 12월부터는 미국 내 동남아산 수입 모듈 재고에 대한 관세면제 혜택도 종료되었기 때문에 미국내 태양광 수입 모듈 재고는 더욱 빠르게 감소 되었을 것으로 추정할 수 있습니다.

미국의 태양광 모듈 수입 감소와 재고 감소는 현지에서 태양광 모듈을 생산하는 업체들의 생산량 증가로 이어질 것이며, 미국에서 현재 5.1W로 가장 결정질 모듈 기준 많은 Capa를 지니고 있는 한화큐셀(한화솔루션)의 가동률 상승으로 이어질 것입니다.
참고로 사측에 따르면 현재 미국 내 태양광 모듈 가동률은 약 80%로 추정하고 있습니다.

미국 내 태양광 모듈 생산량 증가는 태양광 셀 수입량 증가로도 추정해 볼 수 있는데, 미국의 11월 태양광 셀 수입량은 2.1GW로 월간기준 역대 최대치를 기록하고 있습니다.
미국의 태양광 셀 수입량 증가는 2025년부터 시작될 동남아 산 태양광 셀 제품에 대한 상계(최대 23.06%)/반덤핑 관세(최대 271.28%) 부과 전 재고축적의 의미를 지니고 있음과 동시에 미국 내 태양광 모듈 생산 증가에도 그 원인이 있는 것으로 보여집니다.

특히 미국의 태양광 셀 수입량 증가는 DS금융투자 보고서에 나와 있든 대부분(약 80%)가 한국, 태국, 말레이시아로부터 수입되고 있는 것으로 보여지는데, 한화큐셀의 태양광 셀 생산시설이 한국과 말레이시아, 중국 Trina Solar는 태국, 중국 Jinko Solar는 말레이시아에 태양광 셀 생산시설이 있음을 감안할 때 이들 업체들의 미국내 모듈 생산시설 생산량 증가로 이어질 것으로 보여집니다.

참고로 2025년부터 동남아 태양광 셀 제품에도 높은 상계/반덤핑 관세가 부과될 예정으로 중국 업체들의 동남아 산 태양광 셀 수입량은 2025년부터 감소할 것으로 보여집니다.
하지만 한화큐셀의 경우 태양광 셀 생산시설이 한국(1GW)에 있으며, 말레이시아의 경우도 이번 반덤핑 관세로부터 벗어났기 때문에 2025년 미국의 태양광 셀 공급부족은 한화솔루션에게 큰 호재로 이어질 것으로 예상됩니다.
더욱이 한화솔루션은 2025년부터 3.3GW의 태양광 셀 생산시설을 미국에서 가동할 예정입니다.

최근 트럼프 정부에서의 태양광 섹터에 대한 우려가 잦아들고 있고(트럼프는 풍력에 대해서 비판적이나 태양광에 대해서는 비판적이지 않음), 또한 중국 내 태양광 제품들의 가격 또한 상승하고 있어 전반적인 태양광 업황이 개선세에 있는 것으로 보여집니다.
또한 태양광 업체들에게 지급되는 AMPC도 유지될 것으로 예상됩니다.

특히 2025년부터는 미국 내에서 태양광 셀 및 폴리실리콘 가격 상승으로 인한 전반적인 태양광 제품들의 가격이 상승할 것으로 보여지고 있어 미국에서 태양광 제품을 생산하는 업체들의 사업환경이 크게 개선될 것으로 보여집니다.


● 미국 11월 결정형모듈 수입, 2022년 9월 이후 최저 (DB금융투자, 2025. 01. 09)

○ 11월 미국 태양광 모듈 수입 2.9GW, 결정형 2.1GW로 2022년 9월 이후 최저

2024년 11월 미국 태양광 모듈 수입은 2.9GW로 10월 대비 0.4GW 감소하였으며, 이는 2024년 5월 5.9GW 대비 절반 수준.
11월 박막형 모듈 수입이 0.8GW로 전월 대비 0.1GW 소폭 증가한데 반해, 결정형 모듈은 2.1GW로 전월대비 0.5GW로 크게 감소하였음.

베트남산 모듈의 수입이 11월 0.3GW (6월 수입량 2.2GW)로 크게 감소하였으며, 태국산은 0.7GW, 말레이시아산은 거의 0GW임.


○ 11월 미국 태양광 셀 수입 2.1GW로 최고치.

2024년 11월 미국의 태양광 셀 수입은 2.05GW로 월간 기준 최고치를 달성하였으며, 이 중 결정형 태양광 셀 수입은 2.03GW였음.
모듈 수입 증가에도 불구하고 셀 수입이 증가하는 이유는 미국 내 신규 가동되는 모듈 공장에 셀을 공급하기 위함으로 보여 짐.

미국 결정형 셀 수입의 81%를 차지하는 국가들은 한국, 말레이시아, 태국 3개국임.
이 중 한국은 한화큐셀, 말레이시아는 JinKo/한화큐셀, 태국은 Trina Solar 판매량으로 추정 됨.


○ 2025년 미국 내 모듈 가격 반등 예상

2024년 6월 관세유예 종료 이후 미국 결정형 모듈 수입 급감하고 있음.
2025년 상계/반덤핑 관세 확정이후 실질적인 수입가격이 급등할 가능성이 있어, 태양광 수요가 견고하다면 미국 내 모듈 가격 반등세가 나타날 것으로 판단

※ 희토류 영구자석에 의해 작동하는 미국의 첨단무기와 중국의 공급망 장악 (The Wall Street Journal 기사)

최근 그린란드 확보를 둘러싼 트럼프의 의도가 보도되면서 다시 한번 희토류에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
트럼프의 그린란드에 대한 관심은 북극항로 확보 및 러시아, 중국 견제와 같은 지정학적 요인 뿐만 아니라 그린란드에 매장된 대규모(특히 디스프로슘과 같은 중희토류) 희토류 자원 확보도 염두하고 있는 것으로 보여집니다.
그린란드의 Tanbreez광산은 디스프로슘과 같은 중희토류의 함량이 높은 것으로 알려져 있습니다.

희토류는 첨단무기, 전기차, AI칩, 로봇, 드론, 풍력터빈, 선박용 축발전기 등에 필요한 영구자석을 만들기 위해 반드시 필요하지만 중국이 글로벌 공급망을 장악하고 있어 미국의 취약점 중 하나로 여겨지고 있습니다.
트럼프 행정부는 중국에 대한 대규모 관세정책 및 첨단기술제재를 예고하고 있어 중국의 가장 큰 레버리지인 희토류 영구자석 공급망에 있어 탈중국이 매우 중요한 시점입니다.

참고로 F35에는 약 260kg의 희토류가 필요하고, 핵잠수함에는 4,200kg의 희토류가 필요한 것으로 나타나고 있습니다. 그 외 전기차(BEV, PHEV 등)에는 대당 1-2kg의 고성능 영구자석이 필요하며, 10MW의 풍력터빈에는 7,000kg의 영구자석이 필요하며, 선박용 축발전기도 선박당 수백kg에서 수천kg의 고성능 영구자석이 필요합니다.
휴머노이드 로봇용 액츄에이터(서보모터), 드론의 스테퍼모터, UAM/eVTOL의 틸터/리프터모터 등에도 많은 양의 영구자석이 필요합니다.


● America’s War Machine Runs on Rare-Earth Magnets. China Owns That Market. (From Wall Street Journal, 2024. 05. 04)

미국의 전쟁무기는 보잘것없는 양에 불과한 금속에 의존하고 있음.
희토류 영구자석은 F-35, 미사일 유도 시스템, 프레데터 드론 및 핵잠수함에 사용되고 있음.
하지만 문제는 중국이 글로벌 희토류 영구자석의 대부분을 생산하고 있다는 점이며, 중국의 글로벌 점유율은 92%에 달함.

현재 미국은 미국의 영구자석 제조산업 부활을 위해 수억 달러의 보조금 및 세금공제를 지급하고 있음.
2018년 미국은 미군 장비에 사용되는 중국산 영구자석의 사용을 제한하였으며, 잠재적 공급업체 리스트를 일본과 서방의 소수 업체들로 축소하였으며, 2027년까지 이러한 제한 조치는 중국에서 채굴되거나 가공되는 원재료가 포함된 모든 영구자석으로 확대될 것임.

미국 국방부 고위 관리인 Anthony Di Stasio는 “미국이 이러한 조치를 지금 시작했다고 지금 당장 목표한 바를 이룰 수는 없지만, 이러한 조치를 취했다는 자체가 향후 관련된 산업에서 긍정적인 여파를 미칠 수 있는지를 판단하는 것”이라고 말하였음.

Di Stasio의 국방부 부처는 군사작전을 수행하기 위한 무기와 부품을 위한 희토류 영구자석 공급망에 투자를 하고 있음.
이 투자의 대부분은 광물 가공과 금속 제련으로, 예를 들어 잠수함 기술이 어떻게 발전하든 동일한 구성 부품이 필요하다는 것에 근거하고 있음.
Di Stasio는 “15년 후에도 여전히 희토류가 필요하다는 것을 고려하면서 최대한 희토류에 대해 접근해야 한다”고 말하고 있음.

미 국방부는 지난 수년 간 희토류와 희토류 영구자석에 대해 4.5억달러 이상을 투자하였음.
에너지부(DOE) 또한 자체적으로 인센티브를 제공하고 있는데 이는 영구자석이 전기차에도 매우 중요하기 때문임.
이들 자금은 미국과 호주 광산업자들이 소유한 캘리포니아와 텍사스 등의 여러 프로젝트들에 지원이 되고 있음.

미국 희토류 및 영구자석 산업에 있어 가장 큰 장애물은 중국의 낮은 가격임.
2022년 미국 상무부 조사에 따르면 중국은 독점적인 위치를 활용하여 가격을 낮게 책정하여 경쟁자들이 생산을 지속하지 못하게 만들고 있는 것으로 보고되었음.

서방에서는 희토류 광산개발 및 가공 시설에 많은 규제가 있어 관련된 인력들이 소수에 불과하여 해외(중국)에 의존해야 하는 상태임.

국방산업에서는 의미 있는 수량의 영구자석을 필요로 하지만 충분하지는 않음.
전기차, 풍력터빈, MRI와 같이 영구자석을 사용하는 다른 산업 생태계가 미국 내에서 갖춰지는 것도 미국 내 영구자석 산업 육성을 위해서 필요함.
예를 들어, GM은 미국에서 영구자석이 생산되면 미국산 자석을 구매하기로 이미 합의하였으며, 다른 업체들도 관심을 보이고 있음.

미국에서 모터를 제조하는 일본 업체인 Nidec Motor는 미국 정부의 자금을 지원받는 미국 업체로부터 영구자석을 구매하기 위해 협상 중에 있음.
Nidec Motor의 정부 업무 담당 이사인 Kirk Anderson은 “지난 2년 동안 공급망 중단으로 얼마나 많은 사람들이 고통을 겪었는지에 대해 생각해 보면 지역 내 공급망을 갖추는 것이 얼마나 중요한지 알 수 있다”라고 말하고 있음.

희토류 영구자석은 1960년대 미국 공군 연구소의 과학자들에 의해 발견되었으며 이후 20년 동안 군사적 투자로 인해 더 극심한 온도변화에도 자성을 유지할 수 있는 더 성능 높은 자석들이 개발되었음.
이러한 영구자석을 통해 최대 7000피트에서도 작전을 수행할 수 있는 F-15와 같은 최첨단 전투기에 사용되는 첨단 전자 시스템과 같은 엔지니어링이 가능해질 수 있었음.
이러한 영구자석은 높은 가격으로 인해 사용에 한계가 있었기 때문에, 1980년대 GM과 일본 스미토모의 연구자들은 새로운 유형의 희토류 영구자석(NdFeB 영구자석)을 발명하였음.
더 저렴하지만 더 강력한 힘을 발휘할 수 있는 이 네오디뮴 영구자석은 자기 무게의 수백 배에 달하는 물체를 끌어당길 수 있어 전기모터의 토크와 효율성을 크게 향상할 수 있었음.

1980년대까지 미국은 일본에 이어 두번째로 높은 희토류 영구자석 생산 국가였음.
당시 GM은 Magnequench라는 영구자석 사업부를 분사하여 자동차와 전자, 방산업체들에게 영구자석을 판매하였음.
이 때를 즈음하여 중국이 희토류 영구자석 산업에 뛰어 들었으며, 이후 중국의 희토류 채굴 붐과 아시아의 낮은 인건비는 미국의 이점을 약화시켰음.
1995년 GM은 중국 국영 기업이 포함된 투자그룹에게 Magnequench를 매각하였으며, 이 거래는 미국 정부의 승인을 받았음.
1998년 Magnequench는 중국 텐진으로 생산시설을 옮겼고 미국 인디애나주 생산공장을 폐쇄하였고, 이후 미국 내 영구자석 제조 공장은 사라졌음.
미국은 스스로 자신을 교수대로 인도하였으며, 미국의 인재들도 사라졌음.

코로나19 팬데믹 기간 동안 공급망이 붕괴되면서 공급망에 대한 경종이 울렸음.

중국과의 긴장이 고조되자 미 국방부는 2020년부터 2022년동안 미국의 주요 희토류 채굴업체인 MP머티리얼즈에 4,500만달러의 자금을 지원한다고 발표하였음. MP머티리얼즈는 2025년까지 미국 텍사스에서 영구자석을 생산할 계획을 가지고 있음.

약 2.5억 달러가 텍사스 희토류 처리생산시설 건설을 위해 호주의 라이너스에게 지원되었으며, 약 1억달러가 사우스캐롤라이나의 영구자석 제조시설을 위해 독일의 VAC에 투자된다고 발표되었음.
VAC의 경영자들은 미국 내에서 생산된 영구자석이 중국 자석대비 약 50%가 더 비쌀 것이라고 예상하고 있음.

사이버 보안 연구자들에 따르면, “Dragonbridge”등과 같은 가짜 친중 쇼셜 미디어 계정이 조직적으로 미국의 희토류 영구자석 산업을 공격하고 있음.
호주 업체인 라이너스가 텍사스에 생산시설 건설을 발표한 이후 현지인을 사칭한 계정으로 이 프로젝트가 환경 파괴적이며 지역사회에 악영향을 끼칠 것이라는 주장이 온라인 게시물이 쏟아져 나왔음.

최근 중국의 생산량 확대로 희토류 가격이 하락하면서 신규 프로젝트에 대한 우려 또한 커지고 있음.
그럼에도 불구하고 미국 내 희토류 영구자석 공급망이 존재해야 한다는 미국기업들과 정부의 의지는 여전함.

https://www.msn.com/en-us/money/companies/america-s-war-machine-runs-on-rare-earth-magnets-china-owns-that-market/ar-AA1o7h2f

※ 그린란드와 희토류 (미래에셋 증권 “그린란드를 둘러싼 트럼프의 의도” 2025. 01. 09)

○ 그린란드를 미국 영향권에 두려는 트럼프 : 그린란드 내 희토류 확보 목적

트럼프가 그린란드를 확보하려는 의도는 국가안보 증진과 그린란드 내 매장된 희토류 때문으로 판단.
그린란드 내 예상 희토류 매장량은 약 38.5백만 톤으로 이는 글로벌 매장량인 약 120만톤 중 1/3수준으로 중국 매장량과 유사.

희토류가 중요한 이유는 첨단무기, 전기차, AI칩 등 중국과의 경쟁에 필수적인 제품을 생산하는데 필요하기 때문.
일례로 F-35에는 약 260kg의 희토류가 필요하고, 핵잠수함에는 4,200kg의 희토류가 필요함.

문제는 중국은 글로벌 희토류 밸류체인을 장악하고 있음.
그린란드 희토류를 확보하면 미중 경쟁에서 중국이 사용할 수 있는 가장 효과적인 카드 중 하나를 무력화 시킬 수 있음.

특히 그린란드의 Tanbreez 광산에는 높은 비중(27%)의 중희토류를 보유하고 있음.
중희토류 중에서 디스프로슘이 특히 중요한데 영구자석의 성능을 강화하는데 필수적인 물질이기 때문.
경희토류인 네오디뮴으로 자석을 만들면 자력이 10배 이상 높아지는 효과가 있으나 높은 온도는 자석의 성능을 떨어뜨림. 이때 디스프로슘을 첨가하면 고열에서의 성능저하를 막을 수 있음.
이런 이유로 디스프로슘은 첨단무기, 전기차, AI칩, 데이터센터 장비에 사용되는 영구자석에 사용되고 있음.

중국이 디스프로슘 생산을 독점(90%이상)하고 있는 상태인데, 그린란드 광산 개발에 성공하면 중국의 우위를 낮출 수 있음.

하지만 중국의 그린란드 자원까지 확보한다면 중국의 우위는 더욱 강화될 수밖에 없음.
실제로 Tanbreez 광산과 비견대는 그린란드의 크바네펠트(Kvanefjeld) 광산 개발권은 중국기업에 넘어간 상태임.


○ 그린란드가 주는 시사점 : 희토류 생산 다변화 정책 강화, 관세 부과에 유의

그린란드를 둘러싼 트럼프의 행보를 감안하면 취임 후 희토류 공급 확보에 적극적으로 나설 가능성이 높음.
바이든 정부도 미국 내 희토류 생산을 장려하는 정책을 펼쳤는데 이러한 노력들이 더욱 가속회 될 수 있음.