환경과 디자인

김주한 (1997년생)
(사)한반도평화에너지센터 이사
김주한 디자인 대표

기원전 3,500년경, 메소포타미아 문명의 발생과 함께 등장한 디자인은 하늘의 뜻을 세상에 전하는 신성적 · 주술적 의미를 담았다. 18~19세기 산업혁명기을 거치면서 디자인은 미학성과 기능성을 겸비하게 되었다. 오늘날의 디자인은 거기에 의미를 더해 사람의 일상과 떨어질래야 떨어질 수 없는 인류의 아이콘이 되었다.

그러나 점차 우리의 생활 터전은 물론 지구 전체의 기후와 에너지 문제가 대두됨에 따라 환경오염을 최소화 할 수 있는 ‘재사용 가능한 디자인’, 에너지 공급이 낙후된 지역을 고려한 ‘적정 기술’의 개발이 개인과 환경 단체, 각국의 기업, 국가의 현안이 되었다.

세계적인 디자인 기반형 IT기업 애플이 지난 2017년 지구의 날을 맞아 “100% 재활용 가능한 부품만으로 자사의 제품을 만들 것”이라 발표한 것이 대표적인 사례이다. 비록 언제부터 ‘완전한 부품 재사용 공급망’을 구축할 것인지에 대해선 구체적인 언급이 없었지만 이미 자사의 전 세계 사업장에서 사용하는 전기의 96% 이상을 재생 에너지로 대체하는 등, 점진적으로 실질적인 환경운동을 벌이며 좁게는 동종업계부터 넓게는 일반 대중들에게까지 환경과 에너지의 중요성을 설파하고 있다는 점에서 애플은 충분히 빛나는 행보를 하고 있다고 볼 수 있다.

이처럼 인간의 산업과 소비에 밀접한 연관이 있는 ‘디자인의 힘’이 환경과 에너지에 어떤 영향을 미치는지, 그 힘을 어떻게 사용하면 인간과 환경 양쪽에게 합리적으로 이용될 수 있을지 밤을 새며 연구한 사람들의 이야기를 해보려 한다.

큐드럼 (Q-Drum) by. Hans Hendrikse & Piet Hendrikse

깨끗한 물을 구하기도 힘들고, 전기도 없는 척박한 땅 아프리카. 그런 오지에 사는 이들에게 조금이라도 현대 문명의 혜택을 나눠 주고 기본적인 삶을 영위하는 데 도움을 주기 위해 수 많은 디자이너들이 저렴하고, 환경친화적이며, 연료가 들지 않고도 제 기능을 하는 디자인을 목표로 아이디어를 내고 있다. 그 중에서 가장 성공적으로 보급된 ‘적정기술’로 꼽히는 것이 바로 ‘한스 핸드릭스’ & ‘피에트 핸드릭스’ 형제가 만든 ‘큐드럼(Q-Drum)’이다.

혁신적인 형태의 물통, 큐드럼 (Q-Drum)

척박한 오지 아프리카에선 먹는 물 구하는 일 하나도 쉽지 않다. 단 하루 사용할 물을 길어오기 위해 마을에서 수 킬로미터 떨어진 곳에 위치한 수원까지 크고 무거운 항아리를 머리나 어깨에 지고 걸어서 몇 시간을 왕복해야 한다.

어른들이 일을 나가고 나면 집에 남은 여자와 아이들이 생존을 위해 이 소모적인 노동을 한다. 이러한 현실을 본 건축 디자이너 ‘한스 헨드릭스’ ‘피에트 헨드릭스’ 형제는 1993년 아주 간단하지만 기발한 형태의 물통을 디자인하여 물을 길어오는 노동력과 시간을 획기적으로 줄이는 데에 성공한다.

Q-Drum의 형태는 아주 간단했다. 지름 50cm, 높이 36cm의 원통형 드럼에 도넛처럼 구멍을 뚫고 손잡이용 끈을 연결한 것이다. Q-Drum은 끈을 잡고 바퀴처럼 굴릴 수 있어 쉽고 빠르게 많은 양의 물을 운반할 수 있게 도와준다. 어깨나 머리에 직접 물 항아리를 지고 운반하던 기존의 방식은 척추에 무리가 많이 가고, 위험하고, 속도가 느리고, 한 번에 옮길 수 있는 물의 양도 15L 수준으로 적었다.

Q-Drum은 최대 50L로 훨씬 많은 양의 물을 담을 수 있고 바닥에 굴리는 형태이기 때문에 운반하기에도 빠르고 편리하다. 물을 꽉 채워도 Q-Drum을 끄는데 드는 힘은 적은 수준밖에 들지 않아, 매일 물 운반을 위해 고된 노동을 하던 이들에게 있어서는 혁신적인 발명인 셈이다.

Q-Drum은 최대 50L로 훨씬 많은 양의 물을 담을 수 있고 바닥에 굴리는 형태이기 때문에 운반하기에도 빠르고 편리하다. 물을 꽉 채워도 Q-Drum을 끄는데 드는 힘은 적은 수준밖에 들지 않아, 매일 물 운반을 위해 고된 노동을 하던 이들에게 있어서는 혁신적인 발명인 셈이다.

한스 핸드릭스(좌), Q-Drum을 끄는 모습(우)

Simple : 간단해야 한다. 구조가 심플해야만 생산단가를 낮추고 현지에서 직접 조달할 수 있기 때문이다.

Repairable : 망가졌을 때 수리 가능해야 하며.

Replaceable : 기존의 것들을 대체할 수 있을 정도로 효용성이 좋아야 한다.

첫째로 Q-Drum은 보기에도 단순한 형태이다. 기본적인 생산 설비가 있다면 고도의 기술이 필요하지 않다. 둘째로 끊어진 밧줄은 현지에서 쉽게 조달하여 다시 묶어주기만 하면 되기 때문에 수리가 용이하다. 드럼의 몸체는 밀도가 낮으면서 강한 강성을 가지고 있는 LLDPE (선형저밀도폴리에틸렌) 재질로 제작되어 매일 사용해도 8년 이상을 사용할 수 있는 강한 내구성을 가지고 있다. 마지막으로 용량, 내구성, 사용의 편의성 모두 기존의 것을 월등히 뛰어넘어 대체 가능하다.

Q-Drum의 디자인은 단순히 물 운반을 편리하게 하는 도구로 그치지 않는다. 좀더 본질적으로는 불필요하게 낭비되는 시간을 줄이고, 아이들은 학교에 갈 수 있게 되었고 어른들은 더 생산적인 일에 몰두할 수 있게 되었다. 궁극적으로 삶의 질 그 자체를 높일 수 있게 된 것이다.

와카워터 (Warka Water) by. Arturo Vittori

벌판 위에 높이가 족히 9m는 되어 보이는 구조물들이 우뚝 세워져 있다. 얼핏 설치 디자인으로도 보이는 이 조형물은 디자이너 ‘아르투로 빗토리 (Arturo Vittori)’가 디자인한, 가만히 세워만 둬도 물을 만드는 탑 ‘와카워터 (Warka Water)’다.

대나무와 폴리에스터 그물(Mesh), 로프 등의 저렴하고 가볍고 재활용 가능한 재료만으로 만들어진 와카워터는 지면과의 높이차, 밤낮 기온의 온도차를 이용해 공기 중에 포함된 수분을 타워의 망에 붙잡아 지면에 설치된 물통으로 끌어 모으는, 자연에서 물을 만드는 장치다. 낮과 밤의 일교차가 커지면 풀잎에 이슬이 맺히는 원리와도 같다.

한 번 설치만 해두면 아무런 동력을 필요로 하지 않는 이 탑은 기후에 따라 다르지만 하루 평균 50~100L의 물을 공기 중에서 끌어 모을 수 있다. 와카워터의 디자인은 많은 자연물에서 영감을 얻은 결과라고 Architecture and Vision의 디자이너 아르투로 빗토리는 말한다.

그 첫 번째는 우리나라에선 이름도 생소한 ‘Fogstand beetle’이라는 건조한 기후에서 사는 곤충이다.

Fogstand beetle

이 자그마한 딱정벌레는 몸이 지면에서 멀어지도록 최대한 높이 치켜든 다음 몸 표면에 있는 미세한 구조의 요철을 이용해 건조한 바람에 실려온 미량의 수분을 붙잡아, 이슬이 맺힐 정도의 물을 만들어낸다. 이는 촘촘한 그물로 공기 중의 수분을 빼앗아 모으는 와카워터의 가장 중요한 기본 원리와도 일맥상통한다.

선인장 표면의 미세한 가시는 공기 중의 물을 끌어모으는 역할을 한다

이러한 미세구조는 사막에서 자라는 몇몇 특정한 종류의 선인장 가시에서도 동일하게 나타난다. 현미경으로 관측 가능한 이 미세한 돌기는 1차적으로 공기 중의 수분을 붙잡고, 역방향으로 뻗은 작은 가시가 붙잡은 물을 선인장 몸체 쪽으로 끌어당겨 물을 모으는 역할을 한다.

자연적인 통풍과 기류를 만들어내는 흰개미집

와카워터의 전체적인 형태는 아프리카에서 가장 정교한 건축가, ‘흰개미’ 집에서 영감을 얻었다. 수 많은 현대 건축기술을 보유한 인류조차 역사상 가장 높이 세운 건축물이 인간 몸의 400배에 불과한데 반해, 자그마한 흰개미가 쌓아 올리는 흙집은 자기 몸의 900배로 약 9m 가량에 달할 정도로 건축계에선 그 정교함이 정평이 난 생물이다.

단순히 높기만 한 것이 아니라 견고하기도 해서, 그 단단함은 콘크리트에 버금가는 등 배울 점 많은 자연계의 일류 건축물이기도 하지만 와카워터 프로젝트에서 보다 주목한 것은 흰개미 집의 구조로 만들어지는 통풍과 기류이다. 위쪽이 좁으며 아래쪽이 넓고 불룩한 흰개미 집의 형태는 자연스럽게 상승기류를 만들어내 공기의 순환을 돕고 더욱 더 많은 바람이 와카워터의 그물에 접촉하도록 한다.

와카워터는 건축도 수리도 쉽다. 성인 10명이 2시간이면 조립할 수 있으며 제작과 수리에 기본적인 공구만 있으면 된다. 생분해성 재료를 사용하고 있어 마지막까지 환경친화적이다. 와카워터를 통해 보다 깨끗한 물을 자연에서 안정적으로 공급 받을 수 있고, 생존을 위해 멀리까지 물을 운반해와야 하는 시간을 근본적으로 없애게 된다면 아프리카 주민들의 삶은 보다 윤택해질 것이다.

와카워터 년도별 개량 사진

와카워터 프로젝트가 시작된 2012년을 기점으로 지금까지도 수 많은 사람들의 후원을 받으며, 해를 거듭하여 더욱 효율적으로 많은 양의 물을 생산해낼 수 있도록 개량을 계속하고 있다. 그물을 만드는 방법도 에티오피아의 전통적인 직조 기술에서 영감을 받았으며, 유통비용을 줄이고 고용창출을 위해 현지에서 최대한 저렴한 가격에 생산할 수 있도록 노력하고 있다고 하니 앞으로의 행보가 기대되는 적정기술 디자인이다.

씨빈 (Seabin) by. Peter Ceglinski & Andrew Turton

해양쓰레기문제는 탄소배출문제와 함께 환경오염의 화제에서 빼놓을 수 없는 전 세계적인 골칫거리이다. 1990년대 미국 캘리포니아와 하와이 섬 사이 북태평양에서 발견되어 The Great Pacific Garbage Patch로 명명된 세계최대의 해양쓰레기 섬은 미국 본토에서 가장 큰 텍사스주의 면적(약 70만㎢)보다 두 배 이상 넓으며, 서울시 면적(605㎢)의 2,500배에 달하는 크기를 가지고 있다. 이 ‘거대 쓰레기 섬’은 각국에서 흘러 들러온 해양쓰레기가 쌓이면서 해가 갈수록 그 규모를 더해가고 있다.

The Great Pacific Garbage Patch

북태평양의 쓰레기 섬 역시 심각한 문제이지만, 멀리 갈 것 없이 국내의 오염현황만 봐도 좋은 형편은 아니다. 해양환경공단의 발표에 따르면 매년 우리나라의 연안에서 걷어내는 해양쓰레기는 약 7만 톤으로, 이 수거량은 매년 발생하는 해양쓰레기 17만6800톤의 40%에 불과한 실정이다.

해외에서는 이런 해양쓰레기 문제를 해결하기 위해 정부 뿐 아니라 민간차원의 활동이 지속적으로 이뤄지고 있다. 그 중 오스트레일리아의 선원이자 서퍼인 ‘앤드류 터튼’이 동료 서퍼이자 산업 디자이너인 ‘피트 세글린스키’와 함께 개발한 해양쓰레기 & 수질정화 프로젝트 ‘씨빈 (Seabin)’이 그 대표적인 발명품이다.

씨빈(좌)과 씨빈의 원리를 간단히 설명한 그림(우)

항구, 부양식 도크 등에 설치할 수 있는 씨빈은 해수면의 높이와 거의 비슷한 깊이로 잠겨있는 펌프 입구와 그에 연결 된 정수장치 전체를 일컫는다. 씨빈의 모터가 가동되고 펌프 입구로 바닷물이 흘러 들어가면 그와 함께 해수면에 떠있는 비닐, 플라스틱, 담배꽁초 등의 해양쓰레기와 세제, 기름과 같은 유해물질이 함께 유입되어 걸러진다. 큼직한 쓰레기는 탈착 형식의 망에 담겨져 손쉽게 수거할 수 있고, 기름은 정수장치에 걸러져 오염물질이 없는 깨끗한 해수만이 다시 바다로 돌아가는 구조이다.

이제까지는 항구의 쓰레기를 수거하기 위해선 사람이 직접 물에 들어가서 건져내거나, 그물을 단 배를 띄워 청소했고 이는 많은 노동력과 비용을 필요로 했다. 그러나 씨빈은 설치만 해두면 24시간 내내 쉬지 않고 가동하여 쓰레기를 수거 해낼 수 있다.

2016년 씨빈이 대중에 공개 된 이후 “필터 안으로 무분별하게 다른 해양생물이 걸리지는 않을까?” 하는 우려의 목소리가 제기 되었지만, 놀랍게도 4년간의 시험가동 동안 단 한 번도 동물이나 물고기가 필터에 걸린 일이 없다고 한다. 스페인의 팔마 데 마요르카의 디자인 센터에서 10년의 기간 동안 개발과 테스트를 거친 씨빈은 보다 지속적이고 넓은 지역에 공급하기 위해 크라우드 펀딩을 진행했고 모금액 23만 달러를 훌쩍 넘으며 폭발적인 호응을 얻었다.

씨빈에서 수거된 해양쓰레기. 수작업으로 건져내기 힘든 마이크로 플라스틱을 수거하는 능력이 뛰어나다.

2019년 10월 기준 세계적으로 860여개가 설치된 씨빈은 총량 27만 4천 킬로그램의 해양쓰레기를 수거해냈다.

이처럼 부유형 또는 연안에 밀려온 해양쓰레기를 수거하려는 시도가 많은 것은 다행이지만, 안타깝게도 해양쓰레기 총량의 약 90%가 바다 속에 가라앉은 침적쓰레기인 것으로 추정되는 만큼 보다 근본적인 해양쓰레기 발생 예방책과 침적쓰레기를 타겟으로 한 수거방법이 필요할 듯 하다.

페이퍼퓨즈 (Paperfuge) by. Manu Prakash

역사적으로 인간을 가장 많이 죽인 동물은 무엇일까? 같은 인간이라고 생각할 수도 있겠지만 그렇지 않다. 말라리아나 지카 바이러스 등의 치명적인 병원균을 옮기는 모기가 1위로, 모기로 인해 연간 70만 명이 목숨을 잃고 있다.

그 가운데 모기를 매개체로 옮기는 ‘말라리아’는 전염병 중에서도 가장 많은 사망자를 내기로 악명 높다. 세계보건기구의 통계에 따르면 지금 이 순간에도 전 세계 2억 명의 사람들이 말라리아 감염으로 고통 받고 연간 100만 명 이상의 사망자를 발생시키고 있다. 그 중에서도 말라리아로 인한 사망자의 92%가 집중 되어있는 아프리카의 경우 단순히 사망자의 문제뿐 아니라 말라리아 문제로 매년 경제성장률의 1.3% 만큼의 손실이 일어나고 있다는 조사결과가 있을 정도로 경제적, 인명적 손실이 엄청난 현실이다.

아프리카의 열악한 의료기관 현실

덕분에 세계적으로 말라리아 퇴치 연구에 들이는 노력도 상당해서, 매년 말라리아 치료율은 급격히 개선되고 있다. 그럼에도 말라리아는 빠른 초기 진단과 치료가 중요하다. 진단이 늦어져 증상이 악화 될 경우, 치료 후에도 의식 저하나 호흡 곤란 등의 후유증이 남아 심한 경우 치료 후에도 사망에 이를 수 있다.

의료용 혈액 원심분리기

진단을 위해 이용되는 방법 중 하나로는 환자에게서 채취한 혈액을 의료용 원심분리기에 고속회전 시켜, 혈액 내 혈소판과 혈장이 분리되면서 그 사이에 위치하는 말라리아 원충을 육안으로 확인하는 방법이 있다.

그러나 진단에 사용되는 의료용 원심분리기는 아무리 저렴해도 수 백만 원을 호가하는 가격으로, 사회기반시설이 열악한 아프리카 등에서 사용하기엔 너무 비싸고, 이동하기에도 무거우며, 사용 시 반드시 전기를 필요로 한다는 점에서 현지에서 사용하기엔 부담스러운 여건이 있다.

그러나 최근 새로운 대안이 등장했다. 이른바 ‘1달러 현미경’으로 불리는 종이현미경, ‘폴드스코프’를 개발해 학계에 화제를 일으킨 스탠포드 대학교 생명공학자 ‘마누 프라카시(Manu Prakash)’ 교수 팀이 이번엔 말라리아 치료를 위한 혁신적인 방안을 낸 것이다.

그 이름은 ‘페이퍼퓨즈(Paperfuge)’로, 장난감 실팽이의 원리에서 영감을 받아 만든 저렴하고 가벼운 원심분리기다. 디스크 형태의 종이 가운데에 구멍을 두 개 뚫어 실이나 고무줄을 관통시킨 다음, 줄을 팽팽하게 당겼다 느슨하게 풀었다 하면 가운데 있는 종이 디스크가 회전하는 구조다. 이 디스크에 채취한 혈액을 담은 작고 투명한 튜브를 고정하고 종이팽이를 돌리면 엄청난 원심력으로 혈액에서 원충을 분리해낸다. 종이와 실로 만든 다소 장난감 같은 물건이지만 의료용 원심분리기와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

페이퍼퓨즈의 작동 원리

페이퍼퓨즈의 기본 원리는 한 번 회전한 물체가 계속해서 회전을 유지 하려고 하는 ‘회전관성’과, 원운동하는 물체가 중심에서 바깥으로 뻗어나가려 하는 ‘원심력’이다. 페이퍼퓨즈의 종이 디스크는 분당 12만 5천회의 엄청난 속도로 회전하며 중력의 3만배에 달하는 힘을 만들어내어 15분 만에 혈액 속 말라리아 원충을 분리해낸다. 이는 기존의 의료용 원심분리기보다도 빠른 속도로, 컴퓨터 하드디스크의 플래터 회전 속도가 분당 7천 2백회 수준임을 감안하면 상상 이상의 속도인 것이다.

페이퍼퓨즈로 분리한 혈액

이렇게 강력한 회전력을 자랑하는 페이퍼퓨즈의 재료는 종이와 실, 그리고 양쪽 손잡이로 쓸 나무 막대기가 전부다. 페이퍼퓨즈는 누구나 손쉽게 만들고, 사용할 수 있고 작동에 전원공급을 필요로 하지 않는다. 무게는 고작 2g에 불과해 운반도 쉽고 잘 쓴다면 여러 번 재활용 할 수 있으며, 오염이 의심될 경우 폐기도 간단하다. 이러한 점은 기존의 의료용 원심분리기가 가지지 못한 페이퍼퓨즈 만의 장점이다. 무엇보다 매력적인 점은 페이퍼퓨즈의 가격으로, 제작비가 단돈 20센트로 우리나라 돈으로 겨우 200원에 불과하다. 저개발지역에서 사용하고 공급하기에 적합한 모든 조건을 갖추고 있는 것이다.

이렇게 강력한 회전력을 자랑하는 페이퍼퓨즈의 재료는 종이와 실, 그리고 양쪽 손잡이로 쓸 나무 막대기가 전부다. 페이퍼퓨즈는 누구나 손쉽게 만들고, 사용할 수 있고 작동에 전원공급을 필요로 하지 않는다. 무게는 고작 2g에 불과해 운반도 쉽고 잘 쓴다면 여러 번 재활용 할 수 있으며, 오염이 의심될 경우 폐기도 간단하다. 이러한 점은 기존의 의료용 원심분리기가 가지지 못한 페이퍼퓨즈 만의 장점이다. 무엇보다 매력적인 점은 페이퍼퓨즈의 가격으로, 제작비가 단돈 20센트로 우리나라 돈으로 겨우 200원에 불과하다. 저개발지역에서 사용하고 공급하기에 적합한 모든 조건을 갖추고 있는 것이다.

이처럼 환경과 에너지를 향한 노력은 다소 복잡한 기술을 필요로 하는 때도 있지만, 의외로 너무 쉽고 간단해서 신기할 정도로 단순한 디자인도 있다. 때로는 우리 주위에서 흔한 물건에서 그 영감을 얻기도 한다.

“진정한 발견을 향한 여정은 새로운 풍경을 찾는 게 아니라, 새로운 시각을 갖는 것”

마르셀 프루스트

<잃어버린 시간을 찾아서>의 ‘마르셀 프루스트’는 “진정한 발견을 향한 여정은 새로운 풍경을 찾는 게 아니라, 새로운 시각을 갖는 것”이라고 말했다. 난제를 해결 할 수 있는 실마리는 어쩌면 우리 가까이에 숨어있을 수도 있는 일이다.

인간의 삶이 보다 윤택해질 수 있는 길을 찾고, 동시에 환경보전과 에너지 절약의 산재한 문제를 해결하기 위해 오늘도 고심하는 디자이너들에게 찬사를 보낸다.

– 김주한

지구와에너지
(사)한반도평화에너지센터가 발행하는 신개념의 컨설팅형 입법정책 계간지 매거진 '지구와에너지' 입니다.

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