IperionX Limited( 이하 ‘IperionX’)는 자사의 100% 재활용 저탄소 티타늄을 사용한 금속 부품을 Ford에 공급하기 위한 과업 범위(Scope of Work, SoW)에 합의했다. 양사는 향후 Ford Performance에서 생산하는 차량에 도입할 고품질 티타늄 부품의 설계, 테스트 및 적층 제조(additive manufacturing)를 위해 적극적으로 협력해왔다.

Ford Performance는 Ford의 고성능 및 경주용 차량 사업부로서 《F150 Raptor》, 《Bronco Raptor》, 《Mustang Mach 1》, 《Shelby GT500》 등 주요 고성능 차량으로 잘 알려져 있다. Ford는 자동차 제조사로서는 유일하게 《Mustang GT3》로 포뮬러 원(F1), 르망 24시간 레이스(Le Mans 24 Hours), M-Sport Ford 《Puma Hybrid Rally1》로는 세계자동차경주대회(WRC), 《Ranger Raptor》와 《Bronco》로는 오프로드 경주 바하(Baja) 1000, 《Mustang》으로는 개조차 경주대회 나스카(NASCAR)와 슈퍼카 챔피언십(Supercars Championship)에 출전하고자 한다.

이번 SoW는 저탄소, 자원순환 티타늄 금속에 적용하는 IperionX의 상세한 품질 및 강도 테스트 프로그램에 따른다. Ford의 지속 가능성 및 첨단 소재 부문은 여러 테스트 절차에 착수하여 IperionX의 티타늄이 미국재료시험협회(ASTM) 국제 표준에서 설정한 요구 기준을 초과 달성하는지를 확인했다.

또한 종합적인 표면처리(finishing) 연구를 통해 티타늄 부품에 적용 가능한 표면 마감을 평가할 예정이다. SoW에서 얻은 인사이트를 참고해 Ford Performance 생산 차량에 사용되는 저탄소 티타늄 부품의 최종 설계와 단위 가격을 결정할 것이다.

티타늄 차량용 부품은 우수한 비강도(strength-to-weight ratio), 높은 내부식성, 뛰어난 내구성을 주목할만한 특징으로 보유하며, 특히 IperionX의 기술의 경우 제품 수명이 종료된 이후 지속 가능한 방식으로 재활용할 수 있다. IperionX는 독점 기술을 통해 차량용 티타늄의 저탄소 및 완전한 자원 순환 공급망에 필수적인 지속 가능성 장점을 제공할 수 있으며, 이는 알려진 다른 상업용 티타늄 생산 공정으로는 달성할 수 없는 속성이라고 설명한다.

수소 유기 금속 열환원 공정(Hydrogen Assisted Metallothermic Reduction Process, HAMR)은 미국 에너지부의 에너지첨단연구프로젝트사무국(ARPA-E) 프로그램의 자금을 지원 받아 Zak Fang 박사가 개발한 IperionX의 독점 기술이다. HAMR은 특허를 받은 분말 야금(powder metallurgy) 공정 기술로서 티타늄 분말을 생산할 수 있다. 이 공정은 거의 모든 형태의 티타늄 또는 티타늄 합금 스크랩(scrap) 원료(feedstock)를 이용하여 매우 낮은 에너지 집약도(energy intensity)로 티타늄 분말을 얻을 수 있어 지속 가능한 자원 순환 체계에서 비용이 낮고 탄소 배출이 적은 생산 방식을 실현한다.

이산화티타늄(TiO2)을 염소처리하여 사염화티타늄(TiCl4)을 만드는 과정과 TiCl4 환원 이후 진공 증류(vacuum distillation)의 필요성이 사라지면서 대부분의 에너지 및 탄소 배출 절감에 기여했다.

HAMR 공정은 기존의 분말 야금 공정 단계를 이용하여 입자 크기를 관리하고 합금 요소를 첨가하며, 그 결과로 고품질의 티타늄 분말을 확보한다. 일반적으로 이 단계에서 일반적인 Kroll 제조법이나 기타 관련 기술로 생산한 티타늄 분말은 산소 함량이 높다. 바로 이 지점에 HAMR 공정이 도입된다.

산소 함량이 높은 티타늄 분말을 HAMR 공정 기술로 처리하여 산소 수치를 현재 업계에서 요구되는 수준 미만으로 줄인다. 해당 공정은 수소를 이용해 산화 티타늄(Ti-O)를 불안정하게 만들어 마그네슘(Mg)으로 이산화 티타늄(TiO2)을 환원하여 열역학적으로 불가능한 상태에서 열역학적으로 선호되는 상태로 전환한다.

이 과정은 마그네슘을 통해 TiO2를 환원하고 산소를 직접 제거하며 산소 수치가 낮으면서도 업계 필요를 충족할 수 있는 티타늄 수소화합물(TiH2)을 생성한다. TiH2를 업계 표준 방식으로 추가 처리하여 티타늄 금속을 얻는다.

IperionX은 미국 유타 주에 가동 중인 시범 공장에서 티타늄 스크랩으로 티타늄 금속 분말을 생산하고 있으며 버지니아 주 티타늄 시범 생산 시설(Titanium Demonstration Facility)에서 생산을 확장하고자 한다. IperionX는 자원 매장량 공인 심사기구(JORC) 기준을 준수하며 티타늄, 희토류, 지르콘이 풍부한 미국 최대 광물 모래(mineral sand)를 보유한 Titan Project의 지분 100%를 소유하고 있다.