박테리아와 균사체로 만든 바이오 가죽
Thu Dau Mot 대학교(Binh Duong성) 연구팀이 박테리아 셀룰로오스와 균사를 원료로 생물학적 가죽 소재 개발에 성공하였다.
동물 가죽 대체
Thu Dau Mot 대학교 과학자들은 농업 제품 발효 기술을 활용하여 동물 가죽을 대체할 수 있는 소재를 개발하였다. 생물학적 가죽을 생산하기 위해 연구팀은 먼저 셀룰로오스 시트를 배양한 다음, 셀룰로오스-균사 시트를 배양하고 최종적으로 가죽 염색 처리를 진행하였다.
이 생물학적 가죽은 박테리아 발효와 균사를 결합하는 과정을 통해 만들어져 견고한 구조를 형성하며, 가공이 용이하고 유연한 신축성을 갖추었다. 이 제품은 동물 가죽과 비슷한 내구성을 가지면서도 생태계에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 또한 이 가죽은 사용 수명이 끝난 후 자연 환경에서 완전히 분해될 수 있다.
연구팀에 따르면 가장 어려운 과제는 균사와 박테리아 셀룰로오스를 배양하기 위한 적합한 성장 환경을 조성하는 것이었다. 필요한 영양소에는 탄수화물 공급원(당밀 등), 비료(인산 디암모늄), 질소원(황산 암모늄), 아세트산과 코코넛 워터와 같은 pH 조절 화합물이 포함되었다. 또한 박테리아와 균류의 최적 성장 조건을 보장하기 위해 탄산칼슘과 탈이온수와 같은 보조 성분도 사용되었다.
배양이 완료된 후, 균사와 박테리아 셀룰로오스 사이의 하이브리드 소재(HMC) 시트는 두 단계의 처리 과정을 거친다. 먼저 끓는 물에 담근 다음, 불순물을 제거하고 강도를 높이기 위해 따뜻한 수산화나트륨 용액으로 처리한다.
마지막으로 HMC 시트는 건조되어 높은 탄력성을 가진 가죽과 유사한 합성 소재가 된다. 3년의 연구 끝에 연구팀은 신발 제작에 활용할 수 있는 완성된 생물학적 가죽 제품을 개발하였다.
연구팀의 자문위원인 Nguyen Thi Lien Thuong부교수는 생물학적 가죽이 많은 선진국에서 개발되었지만, 내구성과 천연 성분 함량이 낮고 생분해성이 제한적이라고 설명하였다. 국내 연구팀은 이러한 단점을 균사와 박테리아 셀룰로오스의 하이브리드 기술 개발에 나노 기술을 접목함으로써 극복하였다.
연구팀이 개발한 생물학적 가죽은 박테리아 셀룰로오스와 균사에서 유래되었으며, 과일 껍질이나 당밀과 같은 농업 부산물의 발효 과정을 통해 생산된다. 이 가죽은 동물 가죽과 유사한 특성을 가지며, 내구성, 유연성, 방수성을 갖추고 있다. 이 가죽은 신발, 가방, 전기차 내장재 등의 생산에 활용될 수 있다.
동물 가죽과 동등한 내구성을 가진 소재
연구팀 자문위원인 Nguyen Thi Lien Thuong부교수는 "최적의 방법을 찾기 전에 수백 번의 실패를 겪었다"고 설명하였다. 가장 큰 도전 중 하나는 박테리아와 균류가 함께 성장할 수 있는 적합한 조건을 만드는 것이었다. 일반적으로 균류는 셀룰로오스를 생산하는 박테리아가 성장하는 낮은 pH 환경에서 발달하기 어렵다.
"새로운 기술 덕분에 두 미생물이 모두 성장할 수 있는 최적의 조건을 만들어 균사와 박테리아 셀룰로오스 사이의 하이브리드 소재 시트를 형성할 수 있었다"고 연구팀 대표는 밝혔다.
ISA Tantec(미국) 가죽 공장에서 실시한 인장 강도, 굽힘 저항성, 방수성, 자외선 저항성, 내마모성 및 HMC의 생물학적 함량 비율에 대한 테스트 결과, 모든 항목이 공장 기준을 충족하였다.
또한 연구팀은 토양 환경에서의 생분해성도 테스트하였다. 결과는 토양 내 박테리아가 이 가죽의 자연 성분을 완전히 분해할 수 있음을 보여주었다.
유사한 제품들과 비교할 때, 연구팀의 균류-박테리아 하이브리드 기술과 가죽 내 나노 기술은 내구성이 강하고 하중을 잘 견디며 동물 가죽 대체 기준을 충족하는 소재를 만들어냈다.
진짜 가죽과 유사한 특성을 가진 이 균사 셀룰로오스 시트는 환경에 부정적인 영향을 주지 않으면서 신발, 가방, 가구 및 패션 제품 생산에 활용될 수 있다. 또한 생산 과정에서 유해 화학물질을 사용하지 않아 전통적인 가죽 산업에 비해 오염을 줄일 수 있다.
Puma의 글로벌 환경 책임자인 Reiner Hengstmann은 이 생물학적 가죽이 산업용 가죽 기준을 충족하는 강한 내구성을 갖추고 있어 응용 가능성이 높다고 평가하였다. 농업 폐기물을 원료로 사용하는 생물학적 성분은 이 소재에 인도주의적 가치를 부여하고 환경 문제 해결에 기여한다.
박테리아 셀룰로오스와 균사로 만든 생물학적 가죽은 진짜 가죽보다 합리적인 가격을 가지며, 가죽을 얻기 위한 동물 도살을 줄이는 데 기여한다. 합성 가죽과 비교하면 이 가죽은 환경 친화적이다. 기술적인 측면에서 현대적인 생산 기술 덕분에 생물학적 가죽의 품질과 두께를 요구 사항에 따라 균일하게 조절할 수 있다.
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