생분해성 섬유제품 동향

1. 서언

생분해성(biodegradable)이라는 용어는 물질이 생물체를 통해 자연적으로 분해되는 성질을 의미한다. 섬유소재는 분해가 어려운 합성 성분이나 화학 성분이 추가되어 만들어지기 때문에 모든 소재가 안전하게 생분해되는 것은 아니다. 몇몇 소재는 기술적으로 생분해가 가능하기는 하지만, 수백 년이 걸릴 수도 있다.

섬유 산업은 폐기물 발생으로 인해 현재 많은 압박을 받고 있으며, 이로 인하여 일부 기업들은 생분해성 소재를 개발하여 이러한 문제를 해결하고자 노력하고 있다.

2. 버섯

<그림 1> 버섯, 닭의 깃털 및 섬유 폐기물을 사용하여 생분해성 신발(University of Delaware)

버섯은 생분해성 소재 제조와 관련하여 꽤 주목을 받고 있다. 2018년 미국 워싱턴 DC에서 개최된 지속 가능한 디자인 박람회(National Sustainable Design Expo)에 델라웨어 대학(University of Delaware)팀이 버섯, 닭의 깃털 및 섬유 폐기물을 사용하여 생분해성 신발을 선보였다.

델라웨어 대학 연구팀의 관계자는 패션 업계는 많은 폐기물을 만들어내기 때문에, 지속 가능성은 해결하고자 하는 중요 이슈라고 하였다. 또한 사람들이 소비 습관을 바꿀 것이라고 믿기는 어렵지만, 이번에 제안한 신발은 사용자가 싫증을 내거나 혹은 낡아서 버리게 되면 쓰레기 매립장에 버려지는 것이 아니라 퇴비로 사용될 수 있다는 것이 장점이라고 하였다. 연구진은 여러 종류의 버섯을 재배하고 다양한 기재를 사용하여 균사체가 망을 형성하는 것에 대한 실험을 진행하였다. 수많은 샘플을 채취하고 말린 다음 구두 밑창으로 사용 가능성을 평가하였다. 버섯 재배에 사용한 영양분에는 닭의 깃털과 함께 포장 재료로 가장 많이 사용되는 섬유 폐기물을 포함하였다. 연구진은 향후 천연섬유 의류 폐기물을 잘게 파쇄하여 재배에 사용해보기를 희망하고 있다.

<그림 2> 버섯 균사체를 이용한 MycoTEX (NEFFA)

네덜란드 위트레흐트 대학(University of Utrecht)과 NEFFA(Aniela Hoitink) 연구팀은 버섯 균사체를 기반으로 한 100% 생분해성 소재, MycoTEX를 개발하였다. 연구팀은 재료와 3D 모델링 프로세스에 대한 개념 증명서(proof of concept)를 준비하고, 네덜란드 지속 가능 패션 위크(Dutch Sustainable Fashion Week)를 위한 시제품을 제작하였다. MyoTEX의 재료는 실험실에서 지속적으로 재배된다. 즉 비싼 농지가 필요하지 않다. 또한 물 사용량이 적고 화학 물질이나 살충제가 사용되지 않는다. 그리고 옷을 폐기할 때, 단순히 매립으로 생분해될 수 있다.

<그림 3> 버섯 균사체를 이용한 인조가죽 Mylo(Bolt Threads)

Bolt Threads사는 버섯 균사체를 사용하여 Mylo라는 인조가죽 소재를 개발하였다. Mylo는 최적의 성장 조건 하에서 균사체 세포로부터 자체 조립되는 소재로, 동물 가죽처럼 보이고 느껴지는 재료로 개발되었다. Mylo는 동물 가죽을 사용할 때 야기되는 폐기물이 나오지 않으며 으며, 수년이 아닌 수일 내에 생산할 수 있다.

<그림 4> 미생물 셀룰로스 및 균사체를 이용한 유아용 신발(FIT)

2017년에 미국 뉴욕 Fashion Institute of Technology에서 #GROWAPAIR 팀이 미생물 셀룰로스, 균사체 및 파인애플로 만든 유아용 신발을 Biodesign Challenge Summit에 발표하였다. 이 유아용 신발은 천연 염료와 미국 원주민의 가죽 무두질 공정을 활용한 것으로 유화액과 물을 사용을 동물 가죽에 흡수시키고, 재료를 부드럽게 하는 스모킹 공정을 함께 사용하여, 유연성을 증가시키고 더불어 천연의 난연성과 내수성을 부여하였다. '살아있는 재료를 섬유로 변형‘하는 것을 목표로 개발된 이 신발은 밀랍, 호호바 오일 및 소나무 수지 등 다양한 천연 코팅으로 마감되었으며 완전히 생분해된다.

3. 조류(algae)

조류(algae)는 재생 가능한 수생 생물이다. 조류는 종류에 따라 라이프 사이클이 다양하며, 크기도 미세한 종에서 길이 60 미터에 이르는 거대한 켈프(kelp)까지 다양하다. 이러한 조류는 최근 생분해성 섬유소재 개발에 사용되고 있다.

<그림 5> 바이오 재료의 텍스타일 소재에의 적용(AlgiKnit)

AlgiKnit사는 과학 및 디자인을 섬유소재 생산에 융합하는 생체 재료 회사이다. AlgiKnit사는 해초 켈프를 재료로 하여, 빠르게 생분해되면서도 동시에 내구성도 갖춘 실을 개발하고 있다. AlgiKnit사는 해양 생태계의 안전과 및 패션제품 순환에 초점을 맞추어, 디자이너, 소비자 및 세계를 위한 더 나은 재료 대안을 만들기 위해 노력하고 있다. AlgiKnit사의 실은 강도가 강하면서도 생분해성이 우수하다. 개발된 실은 해조류에서 추출한 생체 고분자를 사용하여 제조되는 것으로, 100% 식물성 재료 기반으로 제조 공정 중 유해한 화학물질의 사용을 배재한다. AlgiKnit사 관계자에 따르면, 친환경 화학 기술과 식물 기반 고분자의 새로운 조합으로 해조류에서 발견되는 천연 고분자를 개질하여, 내구성이 있고 쉽게 염색되고 생분해성이 우수한 재료를 개발하였다고 한다.

해조류를 사용한 또다른 회사로는 Algalife사가 있다. Algalife사는 환경과 인간의 피부에 모두 긍정적인 영향을 주는 새로운 재료에 대한 총체적이고 지속 가능한 개발을 추구하고 있다. 조류는 재생 가능하고 분해 가능한 수생 생물로, 바이오 섬유와 친환경 염료로 전환될 수 있다. 해조류 의류로 만든 옷을 입었을 때는 추가 효과로는 피부에 항산화 물질, 비타민 및 기타 영양소를 방출한다는 것이다.

4. 박테리아

<그림 6> 박테리아와 사운드를 활용한 섬유 염색(Kukka)

섬유산업의 가장 오염이 심한 분야 중 하나는 염색과 가공 분야이다. 이러한 공정을 보다 지속 가능하고 환경 친화적으로 만들기 위해 일부 회사는 박테리아에서 추출한 염료를 검토하고 있다.

네덜란드 Kukka사에서 진행하고 있는 프로젝트 중 하나인 ‘Living Colour‘는 살아있는 박테리아와 사이메틱 주파수(cymatic frequencies)로 섬유 염색을 탐구하는 바이오 디자인 연구 프로젝트이다. 지금까지 Janthinobacterium lividum 박테리아에서 추출한 보라색, Athrobacter agilis 박테리아에서 추출한 적색 , Micrococcus luteus 박테리아에서 추출한 노란색의 세 가지 색상의 물질을 발견했다 . 이 색상 물질은 카로티노이드(carotenoid)와 비올라세인(violacein)과 같은 색소로, 생분해성이 있으며 인간, 동물 및 환경에 친화적이다.

Faber Futures사는 박테리아를 통해 섬유용 염료를 생산하고자 하는 또 다른 회사이다. Faber Futures사에서는 Streptomyces coelicolor 박테리아가 붉은 자주색 색소를 만들어내는 것을 알아냈다 . 이를 통하여 전통적인 염료에 비해 물과 화학물질의 사용량을 줄이고, 뛰어난 색감의 섬유용 염료를 개발하는데 활용하고 있다. Faber Futures사 관계자에 따르면, 한 장의 티셔츠를 염색하기 위해 필요한 박테리아는 단지 200 mL의 물을 필요로 할 뿐이며, 이러한 공정은 화학 물질의 사용 없이 염색이 가능할 것이라고 하였다. 현재는 대량 생산의 문제를 해결하고자 하고 있다.

♠ WTiN News (2018년 11월 7일)

https://thespool.boltthreads.com

https://neffa.nl

https://news.fitnyc.edu

https://www.kukka.nl