중국 정부가 앞으로 시행하겠다는 갈륨 및 게르마늄 수출 규제는 자동차 제조업체들이 전기자동차(EV)의 판도를 바꾸는 것으로 여겼던 금속에 계속 의존해야만 하는지를 두고 고민에 빠졌다고 로이터 통신이 11일 보도했다.

갈륨(Gallium, Ga. 원자번호 31)은 현재 LED 부문에서 소형 휴대전화, 어댑터에 이르기까지 다양한 용도로 사용하고 있다.

자동차 제조회사들은 전기 자동차의 효율성을 높이고, 무게를 줄여 비용을 절감하는 데 도움이 되는 모든 것들에 굶주려 있다. 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN)은 백금(platinum, Pt, 원자번호 78)이나 팔라듐(palladium, Pd, 원자번호 46)과 같은 다른 반도체 재료보다 두 가지 모두를 수행하고 훨씬 저렴한 것이 장점이다.

‘갈륨’은 아연 광석과 보크사이트에서 미량으로 발견되며, 갈륨 금속은 알루미늄을 만들기 위해 보크사이트를 가공할 때 생성된다. 유럽산업협회 핵심원자재연합(CRMA=Critical Raw Materials Alliance)에 따르면, 약 80%가 중국에서 생산되고 있다.

EV의 경우, 복합 질화 갈륨은 열을 발생시키지 않고 많은 전력을 처리할 수 있으므로 배터리 팩으로 들어오고 나가는 전기의 흐름을 제어하는 온보드 충전기(on-board chargers)와 가능하면 인버터(inverters : 변환장치)에 이상적이다.

질화 갈륨을 사용하여 칩을 개발하고 있는 미국 캘리포니아 주 샌타바버라 카운티에 있는 도시 골레타에 본사를 두고 있는 트랜스폼(Transphorm)의 공동 설립자인 우메시 미쉬라(Umesh Mishra)는 “질화 갈륨은 거대한 게임 승수”라고 강조했다.

보도에 따르면, 트랜스폼은 반도체에 1미크론 또는 1천분의 1밀리미터 두께의 초박막 질화 갈륨을 사용한다. 우메시 미쉬라는 “같은 풋프린트(footprint)로 더 빠르게 충전하거나, 동일한 속도로 충전하려면 훨씬 더 작은 것으로 충전할 수 있다”고 말했다.

트랜스폼은 오는 2026년쯤 시장에 출시될 광범위한 전기차(EV) 모델용 온보드 충전기 설계 단계에서 자동차 제조업체와 협력하고 있으며, 인버터에 사용하기 위해 다른 업체와 논의 중이라고 한다.

그러나 일부 광물 전문가들은 오는 8월 1일부터 또 다른 반도체 재료 ‘게르마늄(germanium, Ge, 원자번호 32)’과 함께 갈륨에 대한 수출 규제를 부과하기로 한 지난 주 중국의 결정이 자동차 제조업체들로 하여금 다시 생각하게 할 수도 있다는 것이다.

자동차 산업은 “자동차 제조업체들이 일부 모델의 생산을 중단하고, 경우에 따라 미완성 차량들을 칩 하나를 기다리는 동안 방치하도록 만든 세계적인 반도체 부족에서 이제 겨우 회복되고 있다”고 말하고 있다.

핵심미네랄연구소(CMI=Critical Minerals Institute)의 이사인 알라스테어 닐(Alastair Neill)은 “차세대 EV를 설계하는 초기 단계에 있는 자동차 제조업체들은 질화 갈륨이 새로운 공급망으로 생기는 두통을 감수하기보다는 약 30% 더 나은 성능을 발휘함에도 불구하고 탄화규소(silicon carbide)를 선택할 수 있다”고 말했다.

그는 이어 “만약 당신이 이미 질화 갈륨에 의존하고, 당신의 플랫폼에 그것을 설계하고 있다면, 당신은 곤경에 처할 것”이라며, “자동차 회사들은 중국의 발표에 조심스럽게 반응했고, 많은 사람들이 상황을 지켜보고 있다”고 덧붙였다.

한 예를 들어 “일본 자동차 공급업체의 한 소식통은 회사가 미래의 전력 반도체에 질화 갈륨을 사용할지 탄화규소를 사용할지 검토하고 있다”면서 “ 앞으로 이러한 장치를 대량으로 사용한다면 당연히 이 요소(중국의 수출 통제)가 문제가 될 것”이라고 말했다고 로이터가 전했다.

독일의 인피니온(Infineon)은 지난 3월 질화 갈륨 칩의 급속한 성장이 예상된다는 이유로 캐나다의 질화갈륨(GaN) 시스템을 8억3천만 달러(약 1조 736억 원)에 인수한다고 발표했다.

트랜스폼의 미쉬라는 “알루미늄을 만들기 위해 보크사이트를 가공할 때 갈륨 금속이 생산되기 때문에, 다른 나라들이 중국 공급을 대체하기 위해 개입할 것이라고 확신한다”고 말했다.

그는 “만일 중국이 그것을 완전히 잠그면, 거품이 생길 것이고, 가격 상승이 있을 것이며, 사람들은 다른 나라에 있는 그들의 공장에 불을 붙일 것”이라고 내다봤다.

CMI의 알라스테어 닐은 “사람들은 다른 선택지를 찾아야 하지만, 질화 갈륨은 대체하기 어렵다”며, “대안을 마련하는 데는 많은 시간이 걸릴 것”이라 말했다.