지속가능한 미래를 위해 떠오르고 있는 신소재, ‘서스테라’ 

친환경 효율성은 지속 불가능한 개발에서 지속 가능한 개발로 변화를 촉진하는 데 핵심 도구로써 제안된 것이다. 이는 적은 자원을 사용해 폐기물과 오염을 덜 발생하게 상품과 서비스를 개발하자는 개념을 토대로 한다. 따라서 GDP로써 표현되는 것을 생산하는 부가가치와 관련 제품 또는 서비스의 환경적 영향, 예를 들어 화석연료에서 발생한 이산화탄소 배출 간의 비율을 측정한다고 말할 수 있다. 

우리는 이제 이산화탄소가 지구 온난화뿐만 아니라 환경과 사람들에게 다방면으로 부정적 영향을 주는 범위를 알고 있다. 그러나 석유화학 물질 재활용 노력에도 불구하고 석유화학 제품에서 발생하는 이산화탄소 배출은 계속 증가하고 있다. 따라서 탈탄소화를 하고 석유에 대한 의존도를 낮추며 우리가 사용하는 물질에 대한 재생 가능하고 지속 가능한 자원을 찾을 필요가 있다. 이를 위한 한 가지 방법은 공기 중에서 이산화탄소를 포집하는 재생 가능한 공급 원료를 사용하고 바이오 성분 물질을 적용하며 석유화학 성분 물질을 재활용하기 보다는 바이오 성분 물질을 재활용하는 것이다. 

앨런 맥아서 재단(Ellen MacArthur Foundation) 보고서에 따르면, 재생 가능하게 공급된 플라스틱은 한정된 자원에서 미가공 공급 원료를 분리하는 것 외에 특정 조건에서 이산화탄소 배출을 감축하고 잠재적으로 수명 내내 탄소 싱크로서 기능할 수 있다. 메탄, 이산화탄소 등 포집 온실가스에서 직접 공급한 플라스틱의 경우 이 같은 연관성은 분명하다. 바이오 성분 플라스틱의 경우, 식물이 대기 중에서 이산화탄소를 포집하게 되면 간접적으로 발생하며 이 같이 포집한 탄소는 폴리머로 활용한다. 

이 같은 메시지는 산업 전반에서 발생하고 있는 환경 효율적인 재료에 대한 자국 및 글로벌 수요를 해결하기 위해 시작됐으며, 풋웨어 산업은 환경 발자국을 줄이기 위해 변화하고 있다. 그리고 풋웨어 제작 방법을 바꾸고 천연 소재에서 지속 가능한 소재 사용을 점점 늘릴 필요가 있다. 듀퐁 테이트 & 라일 바이오 프로덕트(Dupont Tate & Lyle Bio Products, DTL)이 이 같은 움직임의 중심에 서있다. 

재생 가능하게 공급된 원료

미국 미스웨스트()는 엄청난 양의 옥수수를 생산하고 있으며, 그 중 99.7%는 동물 사료와 다양한 제품 가공 과정에 사용되는 산업용 옥수수다. 1세대 탄수화물 작물인 옥수수는 현재 가장 효율성이 높으며 재생 가능한 원료로 사용되고 있다. 옥수수의 높은 탄수화물 효율성 덕분에 상대적으로 농지 사용량이 적으며, 고수확 가능성이 있고 기존 기술과 인프라를 사용해 수확량을 더욱 확대할 수도 있다. 게다가, 다양한 용도로 사용 가능하며 부산물 또한 가치가 높다. 

지역에 따라, 높은 수자원 및 에너지 사용으로 인해 면, 아마, 너도밤나무, 대나무 같은 천연 섬유작물을 집중적으로 공급받을 수 있다. 원유 같은 화석연료도 수많은 제품에서 광범위하게 사용되고 있지만, 재사용할 수 없으며 추출 및 사용 방법으로 인해 보건과 환경에 상당한 영향을 미치고 있다. 전체적으로 봤을 때, 옥수수는 상당히 우호적인 입지를 선점하고 있다(서스테라(Susterra)를 만드는 데 사용되는 옥수수는 트루테라 인사이트(Truterra Insights)와 테이트 & 라일 간의 지속가능한 농업 파트너십 하에서 다뤄지고 있다. 트루테라 인사이트는 쌍방항 농장 디지털 플랫폼으로써 농가가 관리 목표를 진행시키는 데 도움이 되며 실시간으로 투자 수익을 확인하고 식품 회사가 지속 가능성 진행 상황을 측정하는 데에도 도움이 된다).

DTL는 서스테라, 식물성 폴리우레탄 화학물질 구성요소로써 사용할 수 있는 1,3-프로파네디올(Bio-PDO)를 생산하기 위해 옥수수를 사용하고 있다. 보통 우리가 알고 있는 옥수수는 노란 알갱이가 있으며 전문 함량이 높은 작물이다. 수확 및 건조 후 습식 제분 과정을 통해 옥수수를 기본적인 4가지 구성요소, 전분, 배아, 섬유, 단백질로 분류한다. 이 영양소가 풍부한 구성요소는 사료로 사용되는 한편, 남은 전분 함량에서 포도당을 추출하고 남은 원료는 1,3-프로파네디올을 만들기 위해 사용한다.

회사에 따르면, 재생 가능하게 공급한 원자재 외에, 제품 탄생부터 공장 출하까지 지속가능한 제조 프로세스는 온실가스 배출이 47% 적으며 기존 석유 성분의 디올보다 재생 불가능한 에너지를 47% 적게 소모한다. 풋웨어 부탄디올(BDO) 폴리우레탄 성분에 들어있는 일반적인 석유화학 구성요소에 비해, 이 수치는 제품 탄생부터 공장 출하까지 기간 동안 각각 48%와 46%다. 이 같은 결과는 식물성 폴리우레탄 화학구조의 구성요소 덕분으로써, 밑창, 안창, 합성 어퍼, 방수막, 접착 필름 등에 사용할 수 있다. 

한계에 다가서다

지금까지 가급적 가능한 한 식물성 소재 사용을 위해 노력하고 있는 기업 중 한 곳은 영국 브랜드 비보베어풋(Vivobarefoot)이다. 이 회사가 2019년 3월 출시한 프리머스 라이트 바이오(Primus Light Bio) 슈즈는 서스테라를 기본으로 하고 있다. 한 분석은 식물성 소재 사용이 에슬레저 타입 풋웨어까지 확장될 수 있다는 것을 입증했다. 한편 호수에서 수확한 독성 조류에서 추출하여 EVA(에틸렌비닐아세테이트)와 혼합하는 지속 가능한 천연 첨가제를 생산하기 위해 사용하는 블룸 EVA(Bloom EVA)도 성능을 개선하는 동시에 환경 문제를 상쇄하는 데 도움이 되고 있다. 물론 이 같은 식물성 소재를 모든 유형의 풋웨어에 사용할 수 있는 것은 아니지만, 비구조적인 캐주얼화나 애슬레저화에 잠재력이 있다는 것이 입증됐다. 

기능성에 관한 모든 것

서스테라는 기능성에 관한 모든 것이자 신발의 모든 부품에서 발생하는 문제를 해결할 수 있다. DTL에 따르면, 서스테라를 올바른 화학물질과 결합하면 전통적인 기능성 소재인 TPU 만큼 또는 그 이상의 성능을 낼 수 있다. 한 실험실 테스트에서는 식물성 함량이 최대 75%인 밑창을 사용해 폴리에스테르인 폴리올과 폴리에테르 열가소성 폴리우레탄을 평가했다. 그 결과, 전통적인 석유화학 성분 TPU에 비해 서스테라 성분 TPU는 저온에서 탄력성과 기능성이 높았을 뿐만 아니라 가수분해 내성도 우수했다. 또한 미끄럼 방지 기능도 탁월했으며 다양한 색상으로 출시가 가능했다. 서스테라 성분 TPU 막은 신축성과 탄력성이 강화됐으며 고기능성을 유지했다. 

아디프산(AA)과 혼합한 서스테라는 AA와 혼합한 부탄디올(BDO)와 비교 시 저온 탄력성이 탁월했다. AA에 대신 식물성 물질인 세바스산(Sb)와 결합했을 때에는 저온 탄력성이 조금 더 개선됐다. 듀퐁에 따르면, 임상시험에 참여한 참가자들은 심지어 눈보라가 치는 기상 조건에서도 그 성능에 놀라움을 표현했다. 눈이 내리는 기상 조건에서는 무엇보다도 가수분해 성능이 우수해야 하는데 서스테라 프로판디올을 올바른 화학물질과 결합시키면 기존의 TPU와 동일하거나 그보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다. 

고온 용융 접착 필름

서스테라를 점점 더 많이 사용하는 또 다른 분야는 TPU 성분 고온 용융 접착 필름과 라미네이트필름이다. 사용한 기질 특성에 따라, 이 구성요소들은 어퍼와 발등 또는 발가락 부분에 사용될 수 있으며 풋웨어 유형에 따라 토 퍼프나 뒤축 강화용으로 사용할 수 있다.  

서스테라 PDO를 사용하는 TPU 필름은 다른 구성요소에서 보이는 것과 동일한 인장 강도, 가수분해 내성, 결합 강도, 용이한 처리 가능성을 제공한다. TPU 고온 용융 필름의 성능 강화 특성을 고려했을 때, 기존의 석유화학 성분의 필름에 비해 서스테라 성분 필름은 저온에서 결합 강도가 높고 가수 분해 내성이 우수하다고 DTL은 설명했다.  

앞으로 나아가다

농업 원료의 산업 사용에 대한 보고서에 따르면, 산업 용도의 바이오매스 사용으로 인해 잠재적인 식량과 사료 원료를 상업용 소재로 전환하는 것이 윤리적으로 정당한지 문제를 제기하고 있는 사람들이 있다. 하지만 혹자는 이 같은 정서적 논쟁은 실증적 연구가 결여되어 있다고 주장하고 있다. 하지만 지역이 편중되어 있지만 매년 전세계인이 섭취하기에 충분한 양의 식품이 생산되고 있으며 불행하게도 이 중 상당 부분이 폐기되고 있다. 

전세계 농업 지역의 97%가량은 식품 및 사료용 작물을 재배하거나 목축지로 사용되고 있다. 반면 소재 용도의 바이오매스를 재배하는 데 필요로 하는 지역은 약 2%이며, 현재 농업용지 중 바이오 소재 용도로 사용되는 곳은 0.02%에 불과하다. 

식물성 화학물질, 플라스틱 또는 연료용으로 설탕이나 전분, 오일을 사용하는 것은 모두 식물성 단백질 때문이며, 이 성분은 식품이나 동물용 사료를 위해 중요한 원료이기도 하다. 

포스트 코로나 19 시대에 풋웨어 제조업에 발생할 수 있는 문제는 여전히 추측만 할 뿐이다. 비보베어풋이 보여준 것처럼, 풋웨어 부문에서 바이오 소재 사용은 그 범위가 방대하다. 그리고 서스테라로 입증한 것처럼, 바이오 소재는 석유화학 소재만큼, 혹은 그 이상의 성능을 낼 수 있다. 여기에서 한 가지 확실한 것은 몇 가지 변화가 일어나고 있다는 것이며, 세계 천연자원이 빠르게 고갈되는 상황에서 지속가능한 미래를 위해 바이오 소재가 중요한 역할을 할 수 있다는 것이다. 

출처: Footwearbiz.com