생물모방하는 청색기술로 친환경 가구 디자인한다

가구 업계에서 친환경을 실천하는 것이 쉽지 않은 일이지만 반드시 도전에 나서야 하는 과제임에는 틀림없다.

환경을 생각하는 가구 기업이 되어야 하는 이유는 자명하며, 최근에는 가구제조 공정에 생물모방하는 청색기술(blue technology)을 적용하는 기업들이 하나둘씩 늘어나고 있다. 

1941년 스위스의 전기 엔지니어인 조르주 드 메스트랄이 스위스 알프스 산맥을 산책하던 중 오늘날 가구 업계의 많은 제조업체가 사용하는 제품을 개발하는 데 영감을 받았다는 사실을 알고 있나요? 

그는 산책을 하던 중 자신의 모직 양말과 코트, 반려견 밀카에 우엉 씨앗이 달라붙어 있는 것을 발견했다. 엔지니어인 그는 자연스럽게 호기심을 자극했고, 이 물리적 작용을 유용한 것으로 바꿀 수 없을까 고민했다. 그래서 그는 일부러 집으로 돌아와 곰곰히 조사를 시작했다. 

현미경 렌즈를 확대한 조르주는 껍질이 꺼글꺼글한 씨앗에 달린 작은 갈고리가 니트 양말의 고리 모양 천에 달라붙어 있는 것을 관찰했다. 조르주는 씨앗을 퍼뜨리는 이러한 자연 기반의 솔루션에서 영감을 얻어 이 작용을 모방한 인공 공정을 개발했고, 결국 1955년 특허를 획득했다. 

제조 공정을 개선한 조르주는 1950년대 후반에 '벨크로(Velcro)'라는 새로운 회사명으로 신제품을 출시했는데, 벨크로라는 이름 자체가 프랑스어 '벨루어'(벨벳)와 '크로셰'(고리)의 합성어로 우리말로는 '찍찍이'라고 일컬어지며, 자연에서 응용한 '후크 앤드 루프(hook-and-loop)' 동작에서 영감을 얻어 만들어졌다.

본질적으로 자연은 그의 뮤즈(muse), 곧 영감을 주는 존재였으며, 현대 철학 용어로 이를 '생물영감(biomimicry)'이라고 한다. 뮤즈는 고대 그리스 로마 신화에서 시, 음악 및 다른 예술 분야를 관장하는 아홉 여신들 중 하나이다. 또한 이와 같이 생물을 모방하거나 영감을 얻어 혁신적인 제품을 디자인하고 개발하는 기술을 '청색기술'이라고 이른다.

위의 벨크로 사례에서 보듯이 이러한 접근 방식은 매력적이라 하지 않을 수 없으며, 산업계에서도 지속가능한 혁신에 대한 이러한 접근 방식을 탐구하는 데 작은 자극이 되면 좋겠다.

그럼 왜 생물모방인가?

캠브리지 사전에서는 생물모방을 '기술 및 산업 디자인이 자연의 과정을 모방하는 관행"으로 정의하고 있다. 생물모방의 핵심 아이디어는 오늘날 우리가 해결하고자 하는 문제를 자연이 이미 해결했다는 것이다. 우리 인간이 미처 몰랐을 따름이다. 그래도 다행히 인류는 현대성을 받아들여 인간의 삶을 개선하기 위한 최신 기기, 장치, 솔루션을 원했고, 그 결과 인간의 발명에 기반한 물리적 세계를 구축하고 있다. 

그러나 이러한 접근 방식은 생태계에 치명적인 결과를 가져왔으며, 자연생태계를 파괴하고 근본적으로 지속 불가능한 인간의 설계로 대체했다. 생물모방은 현대성을 수용하면서 우리가 직면한 몇 가지 문제에 대한 해답을 자연이 가지고 있다는 믿음이다. 일반적으로 디자인 전략으로만 여겨지는 생물모방은 그 이상의 의미를 지닌다. 

이제 혁명적으로 우리는 자연과 더 많이 소통하고 수백만 년에 걸친 진화로부터 배움으로써 디자인 접근 방식을 근본적으로 바꿀 수 있다는 사실을 깨달아야 한다.

이론적으로는 분명 쉬운 일이지만, 가구 업계가 어떻게 생물모방에 개입하고 자연을 멘토로 삼을 수 있을까? 그래서 이제 새우, 거미, 물의 흐름, 박테리아, 바다에서 영감을 받아 제품을 디자인하거나 소재를 사용하는 방법에 자연이 어떻게 영감을 줄 수 있는지 보여주는 다섯 가지 사례를 소개하려 한다.

① 나무를 플라스틱으로

미국의 위스콘신-매디슨 대학은 목재의 구성 성분인 리그닌(lignin)을 석유 기반의 플라스틱을 대체할 수 있는 재료로 전환하는 박테리아를 개발했다. 이 공정은 에너지 소비가 적은 공정으로 포장재, 폴리에스테르(PE) 대체재, 환경에서 자연 분해되는 직물 원사 등에 적용할 수 있는 소재를 생산할 수 있다.

② 해양 미생물을 플라스틱으로

뉴라이트 테크놀로지스사의 '에어카본(Aircarbon)'은 해양 미생물을 이용하여 이산화탄소를 쉽게 분해할 수 있는 바이오 플라스틱인 '폴리하이드록시부티레이트(PHB)'로 전환한다. 이 공정은 해양 미생물을 사용하여 과도한 메탄 함유 온실가스를 분해한다. 가스는 바닷물에 용해되고 미생물은 부산물로 PHB를 자연적으로 생산한다. 

그런 다음 압출, 블로운 필름(blown film), 캐스트 필름(cast film), 열성형, 섬유 방적 및 사출 성형 분야에서 합성 플라스틱 대신 PHB를 사용할 수 있다. 이 미생물은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌과 같은 석유 기반 플라스틱의 생산량을 능가할 수 있다. 이 물질이 바다에 버려지면 1년 이내에 자연적으로 분해되어 미생물의 먹이로 재소비될 수 있다.

③ 사마귀 새우에서 영감 받은 복합재

나선형의 헬리코이드(helicoid) 기술은 혁신적인 헬리코이드 디자인을 사용하여 더 적은 재료를 사용하면서도 강도와 견고성을 높인다. 이 기술은 놀랍도록 강하고 가벼운 사마귀 새우(또는 갯가재ㆍmantis shrimp)의 클럽(앞다리)에서 발견되는 '헬리코이드' 구조를 모방한 것이다. 이 디자인을 복합 소재에 적용함으로써 기업은 재료 비용을 줄이면서 무게는 줄이고 강도와 인성은 높이며 내충격성은 개선한 제품을 만들 수 있다. 이 기술은 기존 제조 공정과 원활하게 작동하므로 모든 복합재 산업에서 더 적은 재료를 사용하면서도 더 강력한 제품을 만들 수 있다.

④ 거미줄 섬유

거미줄은 세계에서 가장 강한 생물학적 소재 중 하나로 꼽히며, 과학자들은 오랫동안 이 실크(silk)를 인공적으로 합성하여 섬유로 사용할 수 있는 방법을 모색해 왔다. '스핀텍스 엔지니어링'이란 회사는 마침내 거미줄의 암호를 풀고 거미줄 방적기가 독한 화학 물질 없이 상온에서 섬유를 회전시키는 능력을 액체 젤에서 모방하는 솔루션을 개발했다. 거미가 상온에서 실크를 방적하는 방식을 모방하여 스핀텍스는 동등한 합성 섬유보다 1,000배 더 효율적인 고성능의 지속가능한 직물을 생산하며, 유일한 부산물은 물이다.

⑤ 건강한 대마 섬유

섬유 조직을 위한 대마 재배는 고대의 관행이었다. 그러나 현대에 들어 농업이 발달하고 합성섬유가 발명되면서 대마에 필요한 가공 공정의 한계로 말미암아 이러한 대체 섬유와 경제적으로 경쟁할 수 없게 되었다. 

미국 노스캐롤라이나에 소재한 '르네상스 파이버(Renaissance Fiber)'는 조수에서 관찰되는 식물 섬유의 자연 분해에 기반한 탈검화(degumming) 방법을 개발하여 기존 대마 가공보다 훨씬 적은 에너지를 사용하고, 다른 섬유 유형보다 더 저렴한 고품질의 대마 섬유를 생산한다. 동시에 이 공정은 폐수에서 탄소를 격리하여 자연적인 탄소 흡수원으로 바다로 되돌려 보낼 수가 있다.

생물모방과 관련하여 우리가 직면한 몇 가지 과제는 확장성, 비용, 접근성, 문화 및 지식과 관련이 있다. 하지만 업계에서는 이 방법을 탐구할 가치가 있을 것이다. 그 결과물은 생태학적으로 책임감 있는 것이어야 하지만, 동시에 브랜드에 신뢰성과 독창성을 제공하는 지속가능한 제품을 제공함으로써 훌륭한 수익 동력이 되어야 한다. 

그러니 이 혁명과 같은 청색기술의 산업화에 동참하여 우리 업계가 사람, 지구, 이익 모두를 위한 희망의 등불이 될 수 있도록 함께 노력하기를 기대해본다.