3D 프린팅이 이끄는 지속가능한 친환경 제조의 미래

보다 친환경적인 제조 시대로 접어들면서, 신기술이 오히려 우리를 퇴보시키는 것은 아닌지 우려하는 목소리가 큽니다. 3D 프린팅을 향한 비판은 주로 플라스틱 과다 사용과 전력 소비에 집중되는데, 때로는 타당한 지적도 있습니다. 하지만 업계 관계자들은 이러한 우려를 해소할 실질적 해결책을 마련하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 많은 설계자들이 신기술, 신소재, 공급망 혁신을 통해 3D 프린팅을 더욱 지속가능하고 환경친화적으로 만들려 노력 중입니다. 주요 접근 방식을 소개합니다.

필라멘트 재활용

필라멘트 재활용은 환경에 이로울 뿐 아니라, 작업장이나 비즈니스 차원에서도 바람직한 관행입니다. 출력 실패품, 망친 작업물, 작업 공간의 잡동사니 등 낡은 출력물이나 폐기물을 재활용하는 것은 유익합니다. 일부 기업은 필라멘트 재활용 키트 등으로 이 틈새시장을 공략 중이며, 다른 기업들은 산업용 플라스틱을 대규모로 세척해 재활용하는 수준으로 나아가고 있습니다.

더 야심찬 사례로, 클린 커런츠(Clean Currents) 같은 기업은 해양 플라스틱과 완전 호환되는 특수 3D 프린터를 개발해 사용자가 출력하면서 해양 정화에 기여할 수 있게 했습니다. 트라이매티스(Trimatis LLC) 역시 플라스틱 폐기물을 필라멘트로 전환하고 있습니다. 이 가능성이 너무 매력적이어서 미군조차 폐부품에서 재활용한 플라스틱으로 3D 프팅해 수송비 절감과 효율성 제고를 꾀하고 있습니다.

इसी तरह 3devo 같은 기업은 필라멘트 분쇄기와 스풀 제작 장비를 제공해 사용자가 폐플라스틱을 재사용할 수 있게 돕습니다. 펠릿 형태로 재활용하는 사용자들에게는 과정이 더 간단합니다.

하지만 소재 혁신은 재활용 필라멘트와 펠릿에 그치지 않습니다.

지속가능한 소재와 건축

3D 프린팅에서 가장 흔히 쓰이는 PLA는 생분해성이지만, 다른 적층 제조용 열가소성 수지는 그렇지 않은 경우가 많습니다. 애초에 왜 비생분해성 플라스틱 필라멘트를 써야 할까요? 연구자들은 이러한 환경 유해 소재를 완전히 배제하면서도 새로운 물성을 제공하는 다양한 대안을 개발해 왔습니다.

신기술 덕분에 3D 프린팅에 활용할 수 있는 소재의 스펙트럼이 넓어지고 있습니다. 대표적인 예가 MIT의 항균 3D 프린팅 셀룰로오스 필라멘트입니다. 의료 분야의 판도를 바꿀 잠재력을 지녔으며, FDA 승인 소재를 쉽게 제작해 폐기 시 지속가능성 우려를 덜 수 있습니다. 기계적 물성도 우수하고 생산 비용도 저렴합니다.

주목할 또 다른 기술은 바이오플라스틱 대마 필라멘트입니다. 3D4MAKERS 같은 기업이 이를 생산 중이며, 층간 접착력이 우수합니다.

필라멘트 외에도 3D 프린팅 건축 분야에는 유망한 소재가 많습니다. 다양한 프로젝트가 콘크리트 지속가능 생산을 모색 중입니다. 콘크리트 생산은 온실가스 배출의 큰 비중을 차지합니다(시멘트 부문은 세계 3위 산업 에너지 소비처이자 2위 산업 CO2 배출원). 그래서 FICEP S3 같은 기업은 MJF, SLS 등 3D 프린팅 후처리 공정의 폐기물을 재활용해 하이브리드 콘크리트를 만듭니다. 프로젝트 BCN은 폐기물을 더 지속가능한 혼합 콘크리트로 전환해 기존 소재의 골칫거리를 줄이려 합니다.

유기 화합물로 3D 프린팅 주택을 짓는 시도도 있습니다. 이는 단순한 친환경 시도를 넘어 신속한 구조물 출력 솔루션을 제공합니다. 에스토니아 생명과학대와 타르투대는 이탄(peat)을 실험 중입니다. 습지에서 식물 분해로 생성되는 이탄은 지구상에서 가장 효율적인 탄소 흡수원 중 하나로, 탄소 화합물을 저장해 이 작업에 특히 유용합니다. 일부 지역에서 1세기 이상 연료로 쓰여온 이탄을 과학자들이 유기 주택 소재로 전환해 환경에 기여하는 방향으로 활용하고 있습니다. 이 과정은 폐기물 활용으로 재활용에도 기여합니다.

달 표토(레골리스) 변환 프로젝트 같은 토양 3D 프린팅 연구도 진행 중입니다. 이러한 실험들은 더 풍부한 대체 소재를 활용하고 기존 요소를 재활용해 새로운 구조물을 만드는 방향으로 나아가고 있습니다.

태양광 3D 프린팅 시스템

3D 프린터가 산업 전반으로 확산되면 에너지 소비도 급증하겠지만, 그 에너지가 반드시 기존 방식에서 와야 할 필요는 없습니다. 태양광은 여전히 발전 중이지만 대체 에너지의 '성배'라 불리며, 많은 기업이 3D 프린터로 태양광 패널을 개발하거나 태양광 에너지를 적층 제조 장비에 직접 활용하는 시도를 하고 있습니다.

3D 프린팅 태양광 패널은 독보적 이점을 가집니다. 더 가볍고 저렴하며, 경우에 따라 출력 과정에서 폐기물이 훨씬 적게 나옵니다. MJF 같은 방식은 이미 태양광 시스템 3D 프린팅에 활용돼 왔습니다. 나노 디멘션(Nano Dimension)은 이스라엘 스타트업들과 협력해 지속가능한 에너지 솔루션을 개발해 주목받았습니다. 유연한 패널 개발도 진행 중인데, 이는 기존 제조로는 불가능한 영역입니다.

3D 프린팅은 태양광 패널 효율 향상에도 기여합니다. 2013년 다니엘 클라크 주도하에 시작된 T3DP 연구 프로젝트는 특허받은 체적 3D 프린팅으로 현행 태양광 패널의 변환 효율을 2배로 높이는 것을 목표로 합니다. T3DP는 경제적이고 실현 가능한 3D 프린팅 태양광을 만들려 하며, 페로브스카이트 소재 연구를 활용해 더 강하고 안정적인 태양전지용 소재를 개발 중입니다.

반면, 태양광으로 구동되는 3D 프린터 개발도 활발합니다. 이러한 개념은 오래전부터 오픈소스 기술로 공개돼 왔습니다. 환경적 이점 외에도, 전력 공급이 없는 오지에서 프린팅이 가능하다는 실용적 장점이 있습니다. 리쓰리디(re:3D)의 기가봇(Gigabot) 작업이 그 예다. 오프그리드 3D 프린팅 장비인 기가봇은 태양광을 활용해 전력망 없는 지역에도 적층 제조를 보급할 잠재력을 지닙니다.