액체 목재(Liquid Wood): 지속 가능하고 생분해되는 열가소성 플라스틱 대안

액체 목재(liquid wood)는 리그닌(lignin)과 아르보폼(Arboform®)이라 불리는 천연 섬유 혼합물로 만든 강하고 열가소적인 소재입니다. 무독성, 생분해성, 석유라는 비재생 자원에 의존하거나 고갈시키지 않는다는 점에서 석유 기반 플라스틱의 친환경 대안으로 주목받습니다. 액체 목재 발명 전에는 바이오플라스틱이 높은 황 함량으로 가정용으로는 부적합했지만, 아르보폼®의 낮은 황 함량 덕분에 장난감 제조에도 안전하게 쓸 수 있게 되었습니다.

아르보폼®의 구성과 제조

아르보폼®은 리그닌과 아마(flax)나 삼(hemp) 같은 천연 섬유, 왁스(wax) 같은 첨가제를 결합해 만듭니다. 리그닌과 섬유 복합체가 완성되면 혼합물을 가열하거나 고압으로 가공·성형해 부품을 만듭니다. 리그닌은 펄프·제지 산업 부산물로 생산되는 화합물로, 나무에서 풍부하게 얻어집니다. 셀룰로오스 다음으로 흔한 천연 고분자이며, 이 고분자 분자 구조 덕분에 매우 강하고 플라스틱 대안으로 잘 적합합니다.

개발 배경: 플라스틱의 문제점

독일 프라운호퍼 화학 기술 연구소(Fraunhofer Institute for Chemical Technology)의 노르베르트 아이젠라이히(Norbert Eisenreich) 팀이 1990년대 중반 플라스틱 대안 연구를 시작해 마침내 액체 목재를 개발했습니다. 플라스틱은 강하고 성형 가능하며 대량 생산 가능하지만, 소비자와 연구자들을 우려하게 만드는 여러 결함이 있습니다. 원유 의존으로 비재생 자원을 고갈시키고, 생산 과정에서 오염을 일으키며, 가격 변동성에 노출됩니다. 프탈레이트 가소제(phthalate softeners)와 중금속도 플라스틱 사용에 대한 건강 우려를 키웠습니다. 액체 목재는 풍부한 자원에서 얻고, 성형·대량 생산 가능하며, 생분해되고, 무독성입니다.

황 제거와 방수 기술

프라운호퍼 연구소는 소재를 방수 처리하고 황 함량을 낮추는 과제에 직면했는데, 황 분리 대신 고압 가수분해(high pressure hydrolysis)로 해결했습니다. 리그닌을 쓰려면 나무에서 다른 섬유와 분리해야 하는데, 전통적으로 황을 사용했습니다. 가수분해 공정은 고압, 물, 고온만으로 물에 녹지 않는 리그닌을 생산합니다. 이로써 황 함량을 90% 줄이면서 물이나 침에 노출돼도 분해되지 않는 제품을 얻었습니다.

상용화와 적용 사례

아이젠라이히가 아르보폼®을 개발한 후, 또 다른 독일 기업 테크나로(Tecnaro)가 이를 성형·생산 가능하도록 다듬었습니다. 테크나로는 고압에서 노즐을 통해 강제로 밀어내 더 정교한 형태를 만들 수 있는 플라스틱 같은 펠릿을 만들었습니다. 액체 목재로 시계, 자동차 부품, 펜, 스피커 박스, 성탄 세트 등이 생산되었습니다. 완제품은 일반 가정용 플라스틱처럼 보일 수도, 광택 낸 나무처럼 보일 수도 있습니다. 액체 목재는 소재 화학 조성을 바꾸지 않고 성공적으로 재활용할 수 있으며, 나무와 같은 방식으로 폐기할 수 있습니다.