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순환경제를 향한 바이오 플라스틱 디자인

2023-06-28 776

순환경제를 향한 바이오 플라스틱 디자인
 

최근 탄소 발자국을 줄이고 지속 가능한 순환 경제를 추구하는 전 세계적인 흐름과 함께 바이오 플라스틱을 사용하는 사례가 디자인업계에서도 증가하고 있다. 이번 콘텐츠에서는 바이오 플라스틱의 특징과 최근 주목받는 디자인 사례를 통하여 글로벌 머티리얼 트렌드를 살펴보도록 한다.

 

화석원료 기반의 일반 플라스틱과 달리 바이오 플라스틱은 바이오매스(Biomass)를 원료로 삼는다. 바이오매스는 사전적으로 생물 기원을 의미하는 ‘바이오(bio)’와 물질을 의미하는 ‘매스(mass)’의 합성어로, 생태계 순환 과정 중에 관련된 모든 유기체를 일컫는 표현을, 태양 에너지 기반의 광합성 작용을 통해 유기물을 합성하는 식물체와 이를 식량으로 삼는 동물, 미생물 등의 생물유기체를 총칭하는 것이다. 먼저, 바이오 플라스틱은 원료, 분해 및 생산 방법에 따라 크게 생분해성(Biodegradable) 플라스틱과 바이오 베이스(Bio-based) 플라스틱으로 나눌 수 있다. 생분해성 플라스틱은 바이오매스 함량이 50~70% 이상으로, 6개월 내 90% 이상 생분해가 가능하고, 바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스 함량이 20~25%로 생분해되지는 않지만, 제조 과정에서 바이오 소재를 활용하기 때문에 탄소 배출 저감에 크게 기여하는 장점을 지닌다. 

 

 


사용 원료에 따른 플라스틱의 분류 방법

 

(Source: EuropeanBioplastics)

 

 




생분해성 플라스틱(Biodegradable Plastic)

 

생분해성 플라스틱의 대표적인 예는 PLA(Polylactic Acid)다. 이는 옥수수 등 식물로 만든 생분해성 수지로 포도당, 젖산, 락티드 등으로 변환하는 과정을 거쳐 생산되며, 옥수수 외에도 사탕수수, 비식용 작물, 섬유소, 해조류를 비롯해 폐식용유, 폐 우유, 폐 생선껍질, 폐 갑각류껍질을 활용하기도 한다. 이외에 PHA(Polyhydroxyalkanoate), PBS(Polybutylene Succinate), PBAT(Polybutylene Adipate Terephthalate) 등을 꼽을 수 있다. 생분해성 플라스틱은 각기 특정한 퇴비화 조건을 충족해야 제대로 생분해가 된다. 예를 들어, PLA는 고온 고습한 조건에서, PBAT는 땅에서, PHA는 바다에서 특히 생분해가 잘 이루어진다. 이처럼 분해 조건이 각기 다르고 물성이 약하며 단가가 높아 일반 산업 디자인 제품으로는 쉽게 사용되지 못하는 점은 단점으로 꼽히기도 한다.


바이오 베이스 플라스틱 (Bio-based Plastic)

사탕수수, 옥수수, 돼지감자, 나무, 볏짚 등 식물 자원에서 추출한 바이오 성분을 일부 함유하며 석유화학 기반 성분을 중합한 플라스틱을 바이오 베이스 플라스틱이라고 부른다. 바이오 베이스 플라스틱은 생분해성 플라스틱과 다르게 자연적으로 분해되는 성질을 지니진 않는다. 하지만 바이오매스를 적극적으로 사용하기 때문에 기존의 플라스틱을 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소 발생량을 줄인다는 점에서 친환경 산업디자인 제품 소재로 자주 활용된다. 대표적으로 바이오 PE(Polyethylene), 바이오 PET(Polyethylene terephthalate), 바이오 PA(Polyamide), 바이오 PU(Polyurethane), 바이오 PEF(Polyethylene Furandicarboxylate) 등이 있다.




External Reference

스페인 바르셀로나의 디자인 스튜디오 External Reference는 3D 프린팅으로 만든 17종의 인공 식물 시리즈, Pure Plants를 공개했다. 이는 옥수수를 원료로 한 바이오 플라스틱에 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성 유기화학물을 흡수하는 미네랄 화합물이 섞인 열가소성 생분해 바이오 플라스틱 PURE.TECH를 필라멘트로 삼아 인쇄한 것이다. 잎사귀 패턴을 기반으로 복잡한 기하학적 모습을 띠며 그 자체로 아름다운 오브제이자 주변 공기를 정화하는 매개가 된다. 올 해 밀란 디자인 위크 기간, 로사나 올란디 (Rossana Orlandi) 갤러리에서 주최하는 2023 Ro Plastic Prize에서 Art and Collectible Design 부분 위너로 뽑히며 주목받았다.



 

 


External Reference


 

Prowl Studio

미국 캘리포니아주 오클랜드에 기반을 두고 있는 Prowl Studio는 올 2023 밀란 디자인 위크의 대표 전시 중 하나인 Alcova에서 바이오 플라스틱 의자를 선보였다. 이미 몇 년 전부터 바이오 플라스틱 의자가 많이 등장했지만, 이들이 선보인 Peel Chair는 조금 특별하다. 바이오 플라스틱은 자체 강도가 약해서 의자로 만들 때 나무나 철제 등 기존 의자의 단단한 프레임을 기반으로 결합하는 방식을 주로 사용했다. 하지만 이 작품은 스태킹 의자임에도 불구하고 바이오 플라스틱 원료만 사용했는데, 그 비결은 바로 대마 섬유다. 옥수수 추출물로 만든 PLA에 대마 섬유 복합 원료를 활용해 강도를 최대 90% 높임으로써, 일반적인 사출 성형 플라스틱 의자와 동일한 프로세스로 제품을 만들 수 있다. 석유화학 기반 폴리프로필렌(PP)은 생분해에 450년이 걸리지만, 이 제품은 적절히 통제된 조건에서 6개월 정도에 생분해된다. 시트와 등받이에 부착한 쿠션 또한 조류 기반 코팅을 적용한 성형 대마 섬유로 만들어서 산업용 퇴비 없이도 토양에서 분해된다. 생분해성 플라스틱을 완벽히 퇴비화하려면 매우 예민한 환경이 필요하다는 전제가 있긴 하지만 이론적으로는 의자 전체에 쓰인 머티리얼이 완벽하게 생분해되는 바이오 플라스틱 제품이다.


 

 

 


Prowl Studio


 

Great Wrap
오스트레일리아에 본사를 둔 바이오 머티리얼 기업인 Great Wrap은 바이오 베이스 플라스틱으로 식품 포장용 클링 필름을 제안한다. 폐감자껍질에서 전분을 추출한 후 이를 열가소성 전분으로 바꾸고 폐식용유와 타피오카, 생분해성 플라스틱인 PBAT를 혼합한다. 이 클링 필름은 기존 석유 성분을 기반으로 만든 PE 소재 제품과 질감과 기능 면에서 큰 차이가 없으며 6개월 이내에, 땅에서 생분해가 가능하다고 소개한다. 다만, 해양 환경에서는 분해 되지 않는 단점을 지니는데, 이를 타개하기 위해 모나시대학교와 공동 연구하여 폐감자를 PHA로 전환하는 방법을 찾았다. 미국 진출을 시도하고 있는 이 기업은 B corp 인증도 받았으며, 추후 회사 규모가 커지면 자체 처리장에서 폐 감자를 PHA로 바꾸는 방식을 통해 좀 더 포괄적인 생분해를 목표로 삼고 있다.​


 


Great Wrap


Bene

 

독일의 사무 가구 기업 Bene는 디자인 스튜디오 Pearson Lloyd와 3D 프린팅 업체 Batch.Works와 함께 3D 프린팅 사무용품 컬렉션 라인 bFRIENDS를 출시했다. 이는 식품 포장 패키지 등에 쓰이는 생분해성 플라스틱 PLA를 로컬에서 수거한 후 재활용하여 생분해성 3D 프린팅 필라멘트로 재탄생시킨 것이다. Pearson Lloyd의 디자인에 맞춰 Batch.Works가 3D 프린팅 기술로 물건을 생산하는 파트너십으로 진행하였으며, 제품 수명이 다하면 수거해서 녹인 후 다시 필라멘트로 만들어 재사용이 가능하다. 3D 프린팅의 특징인 적층 가공 방식을 염두에 둔 유기적이고 복잡한 디자인이 매력적이며, 금형이 필요 없고 최소한의 재료 손실로 물건을 생산할 수 있는 효율성이 돋보인다.


 

 

 

Bene




 

Checkerspot

미국 캘리포니아에 위치한 신기술 머티리얼 전문 기업인 Checkerspot은 해조류에서 추출한 오일을 사용한 바이오 베이스 플라스틱을 개발했으며, 단지 머티리얼 개발에서 그치지 않고 기능성 아웃도어 브랜드인 WNDR Alpine을 자체적으로 론칭한 후 스키와 스노우보드 용품을 선보이고, 자사의 바이오 베이스 플라스틱을 활용해 기능성은 올리고 탄소 배출은 저감하는 제품을 소개하고 있다. 또한, 해조류에서 추출한 바이오 폴리우레탄을 창작자가 자유롭게 써볼 수 있도록 DIY키트인 Pollinator™ 시리즈도 공개했다. 이 바이오 폴리우레탄은 기존의 석유화학 폴리우레탄 금형을 활용해서 외형을 잡을 수 있고, 다양한 거푸집을 통해 사용자가 원하는 형태를 창의적으로 쉽게 만들 수 있으며, 2023년 SXSW에서 디자인 혁신상을 받았다


 


 

Checkerspot

 




WinCup

미국의 일회용 포장 식품 용기 업체인 WinCup은 미세 플라스틱을 남기지 않고 바다에서 완전히 분해되는 바이오 플라스틱 빨대 Phade를 개발했다. 일반적으로 폴리프로필렌(PP)​으로 만드는 석유화학 기반 플라스틱 빨대는 생분해되는데 최소 200년 걸리지만, 이 제품은 58일 만에 완전히 생분해되는 것이 특징이다. 즉, 발효시킨 카놀라유를 원료로 삼은 PHA를 활용함으로써 출시 2년만에 미국 전역의 스포츠 경기장에서 종이 빨대를 사용하지 않고도 마음껏 사용할 수 있는 친환경 빨대로 주목받고 있다. 또한, 단순히 빨대 브랜드가 아닌 생분해 플라스틱 브랜드 Phade를 브랜딩하며, 얼마 전 종이컵 내부를 바이오 플라스틱으로 코팅한 일회용 종이컵을  두 번째 제품으로 출시했다. 일반적인 일회용 종이컵은 뜨거운 액체가 새는 것을 방지하기 위해 내부에 석유화학 기반 플라스틱을 코팅하는데, 이는 컵의 재활용과 생분해를 방해하고 미세 플라스틱 입자 방출의 위험성이 존재한다. 하지만, 이 제품은 브랜드의 시그니처 컬러인 푸른색을 강렬하게 활용해 대중에게 보이지 않던 바이오 플라스틱 코팅을 시각화하며 그 가치를 높이고 있다.



 

 

 


WinCup​



자료 제공 및 참고자료: 스타일러스코리아, SK케미칼 & 한화솔루션 블로그

 

이미지 출처 : Great Wrap’s Instagram, WinCup.com, External Reference’s Instagram, Bene.com, Checkerspot.com, wndr-alpine.com

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