한계가 없는 재료, 알루미늄

한계가 없는 재료, 알루미늄우리는 알루미늄으로 거의 모든 것을 만든다. 특히 현대건축에서 이 금속은 빠질 수 없는 재료다.고층 커튼월 건물에서는 깨끗하고 투명한 유리 입면을 가능하게 하는 일등 공신으로, 비정형 건축에서는 자유로운 형태를 구현하는 외장재로, 주택에서는 까다로운 에너지 단열 기준을 만족시키는 똑똑한 창호의 모습으로 다채롭게 변신한다. 건축가 미스 반 데어 로에는 “알루미늄의 위험성은 이것을 가지면 원하는 대로 모든 것을 할 수 있고, 그 한계가 없다는 것”이라 말했을 정도. 우리는 일상에서 수많은 형태의 알루미늄을 사용한다. 가깝게는 음료수 캔부터 컴퓨터 하드웨어, 크게는 조선업, 대형 건물의 외장재까지. 때로는 주인공으로, 때로는 조연으로 다양한 크기와 역할을 넘나들며 변신하는 알루미늄의 면면을 살핀다.지구상에 가장 많이 존재하는 금속알루미늄은 지구를 이루는 8대 원소 중 하나로 지각 무게의 약 8.3%를 차지한다. 산소와 규소 다음으로 흔한 광물이지만, 1866년 전기분해 제조법이 발명된 이후에 공업적으로 사용되기 시작하며 비교적 최근에 산업화된 금속재료다. 가벼우면서도 기계적 강도가 우수해 현대 경금속 시대를 활짝 연 주역이다. 알루미늄은 다른 금속에 비해 상대적으로 부드럽고 녹는점이 낮다. 길게 늘어나는 연성, 얇게 펴지는 전성이 우수해 얇은 박이나 가는 선 등 다양한 형태로 성형하기가 쉽다. 주조, 단조를 비롯해 재단, 타공 등 금속을 가공하는 대부분의 방식을 적용할 수 있다. 0.007mm 두께까지 압연이 가능해 은박지처럼 얇은 박을 만들 수 있고, 특히 철보다 뛰어난 연성으로 압출성형에 최적의 물성을 갖췄다.​덕분에 기존의 금속재료로는 구현하기 어려운 곡면 가공이나 기하학적인 형태를 자유롭게 표현하며 최신의 건축 외장재로 주목받는다. 부식으로 인해 외장재로 사용하기 어려운 다른 금속과는 달리, 알루미늄은 대기 중에서 산소와 만나 산화피막을 만들어 내 부식되지 않는 내식성이 뛰어나다. 실제로 우리가 알고 있는 독특한 은백색 광택은 바로 산화피막의 모습이다. 또한 전기화학적 방법으로 표면을 강화하는 양극산화(아노다이징)이 가능해 고유한 특성을 잃지 않으면서 다채로운 색상으로 건축 외관의 심미성을 높인다.현대 도시의 파사드 재료1902년, 오스트리아의 건축가 오토 바그너는 당시 많이 쓰이지 않던 알루미늄으로 강판을 도금하고 유리와 함께 입면을 마감해 현대적이고 기하학적인 아름다움을 표현했다. 1906년 완공한 비엔나의 오스트리아 우체국저축은행에서는 문손잡이, 조명, 환기를 위한 기둥 등 장식과 설비에 알루미늄을 사용했다. 1950년대 유선형 디자인이 등장하면서부터는 건축 분야에서 본격적으로 사용된다. 1951년, 건축가 미스 반 데어 로에는 미국 시카고의 레이크쇼어 아파트, 1958년 뉴욕의 시그램 빌딩을 차례로 완성하며 고층 건물의 구조와 완전히 분리된 커튼월 입면을 선보였다. 프랑스 건축가 장 누벨이 2004년 설계한 바르셀로나의 아그바 타워는 32층 규모의 고층 빌딩 전면을 알루미늄 패널로 마감했다. 입면에 40가지 이상의 색상을 입혔고, 색이 주는 효과를 극대화하기 위해 그 위를 유리로 덮었다. 덕분에 보는 각도, 시간대에 따라 카멜레온처럼 색이 달라지는 건물을 마주하게 된다.​​​아그바 타워가 인상적인 형태와 현대적인 재료로 바르셀로나의 도시경관을 바꾸었다면, 서울의 모습을 바꾼 대표적인 알루미늄 건축물은 건축가 자하 하디드가 설계한 DDP다. 옛 동대문운동장 부지에 지형을 옮겨 낸 형태의 3차원 비정형 건축물이다. 직선이 없는 유연한 공간을 감싸기 위해 4만 5,133장의 알루미늄 패널을 제각기 다른 크기와 곡률로 제작해 UFO와 같은 유선형의 디자인을 완성했다.​알루미늄은 철보다 뛰어난 연성으로 압출 성형에 최적의 물성을 갖췄다. 압출은 치약을 짜면 구멍 모양대로 나오는 것과 같은 원리인데, 열을 가해 말랑말랑해진 알루미늄을 틀에 밀어 넣고 뽑아내는 방식으로 창틀, 커튼월 등의 하드웨어를 생산한다. 이렇듯 독보적인 가공성은 기존의 건축자재로는 불가능했던 곡면, 구부리거나 휘는 형태를 자유자재로 만들어 내며 독특한 공간감을 구현하는 데 큰 역할을 한다. 특히 효용성과 경량성을 갖춘 알루미늄 커튼월은 도심에 고층 건물이 늘어남에 따라 외피를 이루는 재료로 인기를 한 몸에 받고 있다. 규격화된 조립 방식을 사용해 시공이 간편하고 경제적이라는 장점 덕분이다. 이렇듯 가벼우면서도 단단한 특성으로 유리와 함께 현대도시의 풍경을 만드는 데 일조했다.​알루미늄의 다양한 활용알루미늄은 가벼우면서도 강하다. 또한 밀도는 철의 3분의 1 수준이지만, 강도는 탄소강과 비슷하다. 이 장점을 활용해 경량화가 중요한 운송 분야에서 활발하게 쓰인다. 특히 전체 알루미늄 생산량 가운데 약 28% 정도가 자동차 산업에 사용된다. 무게를 더 가볍게 하고 싶을 때에는 마그네슘과 리튬 등을 합금하고, 반대로 무게를 더 무겁게 하고 싶을 때는 크롬, 구리, 철, 망간, 티타늄, 아연 등을 더한다. ‘알루미늄 합금의 꽃’으로 불리는 두랄루민은 구리와 마그네슘, 망간을 더한 합금으로, 알루미늄보다 경도와 강도가 훨씬 높아 항공기 재료로 많이 쓰인다.​열과 빛, 전자파를 비롯한 대부분의 에너지를 잘 반사하고, 특히 열선인 적외선에 대한 반사율이 높다. 반사도는 알루미늄의 순도가 높을수록, 표면을 매끈하게 연마할수록 높아진다. 빛을 잘 반사하면서 무게가 가벼워 조명에도 많이 쓰인다. 또 반사율이 높은 만큼 표면에서 에너지를 적게 흡수한다. 이 특성을 살려 방열판, 난방기의 반사판, 우주복 등으로 사용하기도 한다. 한편 알루미늄은 열과 전기전도도가 매우 높다.열전도율은 철의 3배, 스테인리스 스틸의 12배에 달할 정도로 높아 전열 제품이나 조리 기구의 재료로 쓰인다. 양은 냄비에 끓인 라면이 훨씬 맛있는 이유는 주재료인 알루미늄의 열전도율이 높기 때문에 높은 온도에서 더 빠르게 조리할 수 있어서다. 전기전도율은 구리의 60% 정도지만 밀도가 30% 정도로 훨씬 가볍기 때문에 절반의 무게로 같은 효과를 발휘한다. 비용도 저렴하기에 공중에 매다는 고압 전선은 대부분 알루미늄으로 만든다.* 원문 및 작성 :감매거진(garm.8apple.kr)

기후 위기 시대의 신개념 메탈

기후 위기 시대의 신개념 메탈전 세계적인 기후 위기가 우리 삶에 큰​ 영향을 미침에 따라 제품의 원료 선택부터 생산 공정 및 유통 과정의 투명성에 이르기까지 탄소 배출을 줄이기 위한 노력이 전반적으로 이어지고 있다. 인류 문명을 크게 발전시킨 주인공인 메탈의 경우, 높은 탄소 배출량으로 인해 기후 위기의 중대한 원인으로 손가락질 받음에 따라, 관련 산업계에서는 다양한 저탄소 메탈을 개발하기 시작했다. 최근에는 아예 무탄소, 탈탄소를 내세우며 친환경 이니셔티브를 이끌어가는 모습도 포착된다. 특히 전기차 산업에서 에너지 절감을 위해 차체 무게를 줄이는 초경량 메탈에 대한 관심을 크게 보이고 있다. 한편, 디자이너들은 자신만의 아이덴티티를 제품에 부여하면서, 탄소 사용량을 최소화하는 작업 방식을 선택하고 있다. 그 예로, 원초적이면서 유기적인 미학을 받아들여 시간이 지남에 따라 자연스러운 변화를 허용하고, 원시적인 형태를 기반 삼아 과도하게 가공하지 않으려고 노력한다.이번 콘텐츠에서는 토양 속에서 자연스러운 산화효과를 만들어내는 금속공예가 Adi Toch, 원초적인 알루미늄의 크러스트를 활용하는 Studio ThusThat, 무탄소 철강을 개발 중인 SSAB, Vestre의 무탄소 철강을 활용한 벤치, ELYSIS의 무탄소 알루미늄, 초경량 알루미늄 합금 NemAlloy 사례를 살펴본다.1. Adi Toch이스라엘 출신으로 영국에서 활동하는 금속공예가 아디 토흐(Adi Toch)는 금속, 그중에서 구리로 그릇을 만든 후 흙 속에 묻어 다채로운 파티나 녹청을 만들며 자연에서의 산화 과정에 의한 매혹적인 표면 피니싱을 표현한다. 그의 작업 [Shrouded]​는자연의 흔적을 통해 시간과 장소에 대한 아이디어를 탐구하는 시리즈로 토양의 특성에서 비롯된 예상치 못한 색상과 질감을 진흙, 물, 광물, 공기, 시간과 함께 융합적으로 만들어낸 결과물이다. 올 9월에 크래프트 비엔날레 출품 예정인 [Urns]는 유골 단지 모양의 원시적인 금속 그릇과오브제에 사해의 진흙을 덮고 5개월 동안 땅에 묻는 과정을 통해 탄생했다. 다색의 파티나와 부식이 어우러진 예상치 못한 변형은 땅으로 돌아간 금속이 보여주는 생명의 단계이자, 잊혀진 것을 세상으로 꺼내는 고고학적 발굴의 맥락을 전달한다.Shrouded​Urns2. Studio ThusThat암스테르담에서 활동하는 스튜디오 더스댓(Studio ThusThat)은 산업 폐기물 리사이클에 관심을 갖고 과학적인 분석과 함께 스토리를 담은 작품을 선보인다. 이들은 구리 광산에서 채굴한 원물을 정제하는 과정에서 나온 폐기물인 슬래그를 저탄소 콘크리트의 대안물로 삼은 가구 작품으로 주목을 받은 바 있다. 작년 더치 디자인 위크(Dutch Design Week)에서 발표한 ​[Crust]는 알루미늄을 주조하는 1차 공장에서 만들어지는 용융 알루미늄 덩어리를 약 25톤 무게의 거대한 블록으로 선보였다. 표면에는 거친 물결 모양의 텍스처가 남아있는데, 이를 얇게 잘라내는 가공을 통해 최소한으로 다듬어 알루미늄이 필요한 다른 제조업체로 넘기고 이 때 잘라낸 거친 껍질 같은 부산물인 크러스트를 활용해 특유의 질감과 미학을 유지한 가구로 재탄생시킨다. 이런 과정을 통하며, 금속의 수명이 다할 때까지 큰 어려움 없이 오래 사용할 수 있으며, 문제가 생길 경우 분해와 재조립을 통해 손쉽게 관리 가능한 것이 특징이다.Crust3. SSAB현대 사회에서 빼놓을 수 없는 재료인 철은 전 세계에서 가장 많은 탄소를 배출하는 유해 산업 중 하나로 꼽힌다. 이는 제철소에서 사용하는 제철 과정에 그 원인이 있는데, 고로에 석탄과 코크스를 넣고 태워 1,500도 이상의 고온 상태에서 철광석을 녹인 후 철을 뽑아낼 때 일산화탄소가 철광석에서 산소를 분리하는 환원 반응을 일으키며 이산화탄소가 대량 발생하는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 근래에는 수소 환원 제철 방식에 대한 관심이 높아졌다. 이는 석탄이 아닌 수소를 환원제로 이용하기 때문에 결과적으로 이산화탄소 대신 물을 부산물로 배출하는 것이다. 하지만 제철 산업은 철광석 채굴부터 철을 만들어 내는 과정까지 거대 규모의 생태계가 작동하기 때문에 제철 방식이나 고로만 교체한다고 문제가 손쉽게 해결되지 않는다.따라서, 스웨덴의 글로벌 철강업체 SSAB는 철광석 채굴 업체인 LKAB와 대체에너지 전문 기업인 Vattenfall과 협업해 철 덩어리 채굴부터 제철까지 전 과정에서 화석연료를 사용하지 않는 기술인 HYBRIT(Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology)를 2016년 세계 최초로 선보였다. 즉, LKAB가 바이오매스에서 추출한 바이오 오일로 기계를 구동하여 철광석을 채굴하면 SSAB는 Vattenfall에서 공급받은 재생에너지를 활용해 수소 환원 제철 방식으로 철강을 생산하는 프로세스이다. 2021년 SSAB는 마침내 무탄소 강철 시제품을 출시했고, 이를 기념해 스웨덴 디자이너 레나 베리스트룀은 세계 최초 무탄소 강철 조각을 활용한 오브제인 [Apiece of the future]​를 발표했다.이후 SSAB의 무탄소 강철은 작년 3분기부터 볼보 트럭에 실제로 쓰이고 있으며, SSAB의 계열사인 Ruukki Construction은 올 해 샌드위치 패널, 파사드 클래딩, 루프 등 건축 자재를 무화석 연료 철강으로 만들어 세계 최초로 시장에 출시했다.SSAB​4.Vestre​스웨덴 가구 브랜드 베스트레(Vestre)는 올해 SSAB의 무탄소 철강을 사용해 세계 최초 무탄소 프로세스 메탈 가구를 공개했다. 이는 공공장소에 설치하는 도시형 벤치인 텔루스(TELLUS)로 스웨덴 디자이너 엠마 올베르스가 제안한 지속가능한 벤치 디자인을 그대로 따랐으며, 재료를 적게 사용하면서 강도를 유지하고 메탈 특유의 느낌과 촉감을 지닌 채 시각적인 매력과 함께 사용하기 편안한 공간 구성을 목표로 한다. 무화석 원료로 탁월한 지속가능성까지 확보한 이 작품은 가장 진보된 형태의 친환경 금속 가구로 꼽힌다.TELLUS​5. ELYSIS미국 최대 알루미늄 생산 업체인 알코아(Alcoa)와 세계에서 두 번째로 큰 금속 채굴회사로 글로벌 알루미늄 생산업체를 소유 중인 리오 틴토(Rio Tinto)는 2018년 캐나다 몬트리올에엘리시스(ELYSIS)라는 합작 법인을 설립했고, 여기에는 미국의 애플(Apple)도 함께 참여했다. 엘리시스는 세계 최초로 탄소 없이 알루미늄을 제련하는 기술을 가졌는데, 이는 알루미나에서 알루미늄을 분리할 때 생기는 산소가 어느 무엇과도 결합하지 않는다는 것이다. 이 기술을 실제 생산에 적용해 직접적인 탄소 배출 없이 제조한 엘리시스 알루미늄은 애플 16인치 맥북 프로 및 작년에는 아이폰 SE에도 쓰였으며 BMW의 전기차에도 납품될 계획이다.ELYSIS​6.Nemak​모빌리티 산업에서 에너지 사용 감축을 위한 차체 경량화 기술을 중시함에 따라 기존 재료보다 가벼우면서도 강도를 유지하는 신개념 메탈에 대한 관심이 높아지는 추세이다. 멕시코의 글로벌 자동차 부품 제조 회사 네마크(Nemak)가 개발한 네말로이(NemAlloy)는 기존 알루미늄 합금보다 최고 35% 가벼운 초경량 알루미늄 합금 제품으로 재료의 강도를 높이기 위해 별도의 열처리를 하지 않아 제조 및 공정비용을 크게 절감하고, 얇은 벽 형태로 간단하게 주조할 수 있으며, 완전한 재활용이 가능하다. 스마트하고 단순하면서도지속가능한 알루미늄 합금인 네말로이는 글로벌 전기차 제조사에서 탐낼 만한 재료이며 ‘Altair Enlighten Award 2022’의 미래 경량화 부분에서 위너를 차지하기도 했다.NemAlloy자료 제공 및 이미지 출처스타일러스코리아, Adi Toch , Studio ThusThat, SSAB, Volvo, Ruukki Construction, Vestre, ELYSIS, Apple, Altair Enlighten Award​​​​​