Mycofluid: 3D 프린팅된 균류가 플라스틱 폐기물을 대체할 수 있는 방법

워싱턴대학교 연구진은 사용한 커피 찌꺼기와 균사체를 결합해 3D 프린팅으로 성형할 수 있는 포장용 바이오복합재를 연구했다. 인쇄된 물체 안에서 균사체가 자라며 따로 만든 부품을 이어 줄 수도 있다. 실험실 결과는 유망하지만 상업용 포장재로서의 성능과 환경 영향은 추가 검증이 필요하다.

플라스틱 폐기물

플라스틱 폐기물은 주요 우려 사항입니다 는 환경 단체와 연구자들이 계속 다루는 문제다. 육지와 바다에는 이미 막대한 양의 플라스틱 폐기물이 남아 있다. 연구 는 대책이 없으면 폐기물이 앞으로도 늘어날 수 있다고 전망한다.

플라스틱이 잘게 부서지면 작은 입자가 음식과 물을 통해 사람에게 노출될 수 있다. 건강 영향은 입자의 특성과 노출량에 따라 달라지며 여전히 연구 중이다.

바이오프린팅 솔루션

바이오프린팅은 살아 있는 세포나 생물을 이용하는 적층 제조를 말한다. 이번 연구의 대상은 장기 인쇄가 아니라 균사체를 키워 만드는 포장재다.

연구 세부 사항

대체 포장재를 찾기 위해 연구진은 논문 ‘3D 프린팅된 균사체 바이오컴포지트: 3D 프린팅 및 균류 기반 복합재 성장 방법’를 발표했다.¹ 이 연구에서는 식품 폐기물인 커피 찌꺼기를 균류의 성장 기반으로 활용했다.

출처: 워싱턴대학교

커피 찌꺼기는 흔히 나오는 폐기물이고 균류가 이용할 영양분도 포함한다. 그러나 찌꺼기 자체가 무균인 것은 아니므로 연구진은 재료와 배양 조건을 관리해 원치 않는 미생물의 성장을 제한했다.

피부 형성

균류가 새 재료에서 자랄 때 균사가 그물처럼 퍼진다. 이 구조가 커피 찌꺼기 입자를 묶어 인쇄물의 형태를 유지하는 데 도움이 된다.

균사체는 환경 조건에 따라 자라는 살아 있는 재료다. 생분해성을 기대할 수 있지만 모든 환경에서 해롭지 않고 곧바로 분해된다고 단정할 수는 없다. 연구진은 적합한 균종과 배양 조건을 골라 인쇄한 모양을 유지할 수 있는지 살펴봤다.

균사체 기반 재료는 생분해될 가능성이 있지만 실제 분해와 환경 영향은 배합, 사용 환경, 폐기 방식에 달려 있다. 연구진은 자란 균사체가 인쇄물의 형태와 내수성에 어떤 영향을 주는지 조사했다.

Mycofluid

연구진은 인쇄용 반죽에 ‘Mycofluid’라는 이름을 붙였다. 배합 성분은 다음과 같다.

• 54.9% 사용된 커피 찌꺼기 – 주요 재활용 바이오매스로 사용
• 13.7% 현미 가루 – 균류 성장에 필요한 탄수화물 제공
• 5.5% 분쇄 곡물 스폰 – 균류 포자를 도입
• 1.1% 잔탄 검 – 점도 조절제 및 결합제 역할
• 24.7% 물 – 균사체 발달을 위한 수분 유지

균을 접종한 혼합물을 고르게 섞어 전용 3D 프린터의 압출기에서 배출할 수 있는 상태로 만들었다.

목적에 맞게 설계된 노즐

연구진은 점도가 높은 반죽을 층층이 배출할 전용 노즐을 설계하고 워싱턴대학교 Machine Agency의 Jubilee 3D 프린터에 장착했다. 재료 약 1리터를 담는 용기를 사용했다.

장치 규모를 키우고 다른 재료에도 적용할 수 있다는 구상은 있지만 대량생산이 입증된 것은 아니다.

테스트 단계

모아이상 모양, 포장 부품, 세 부분으로 이루어진 꽃병 등을 인쇄해 시험했다. 일부 시제품은 균사체가 나중에 연결할 별도 부품으로 제작됐다.

시제품은 전용 3D 프린터로 제작하고 약 10일간 배양한 뒤 건조했다. 균사체가 부품을 잇고 포장재에 필요한 특성을 갖추는지 확인했다.

인쇄한 물체는 균사체가 자라도록 관리된 환경에 약 10일 동안 두었다. 이후 꺼내 건조하고 재료 특성을 측정했다.

테스트 결과

균사체는 별도로 인쇄한 부품을 결합했다. 일부 시제품의 기계적 특성은 발포 폴리스티렌과 비교됐고 밀도는 일부 판지와 비슷했다. 그렇다고 모든 용도에서 기존 포장재보다 강하다는 뜻은 아니다.

방수성

물에 담근 시료를 비교한 결과, 균사체가 자란 시료의 무게는 1시간 뒤 약 7%, 24시간 뒤 약 66% 증가했다. 균사체를 키우지 않은 커피 기반 시료는 24시간 안에 분해됐다. 균사체가 자란 시료는 건조 후 형태를 유지했지만 완전 방수라는 뜻은 아니다.

잠재적 시장 혜택

이 연구는 사용한 커피 찌꺼기를 활용하고 일부 플라스틱 포장을 대체할 재료를 만드는 가능성을 보여 준다. 다만 수거와 가공 비용, 에너지 사용, 내구성, 생분해성은 실제 사용 조건에서 평가해야 한다.

발포 포장재를 대신할 형태도 연구할 수 있으나 실험실 시제품만으로 전 세계 플라스틱 오염 감소량을 추정할 수는 없다.

정교한 디자인

균사체가 별도로 인쇄한 부품을 이어 주므로 깨지기 쉬운 제품이나 복잡한 형상에 맞춘 포장을 설계하기 쉽다. 실제 운송에 쓰려면 충격과 습기에 대한 내성을 확인해야 한다.

소량 배치 제조

금형이 필요 없는 3D 프린팅은 맞춤형 소량 포장에 적합할 수 있다. 기존의 성형 균사체 제품과 생산 속도 및 비용을 비교해야 한다.

극복해야 할 과제

엔지니어들이 새로운 포장 방식을 주류 솔루션으로 만들기 위해 아직 해결해야 할 여러 과제가 있습니다. 첫째, Mycofluid를 만들기 위해 사용되는 균사체 성장을 지원하려면 식품 폐기물의 기본적인 멸균이 필요합니다. 이 요구사항은 대규모 적용을 제한할 것입니다.

연구진은 다른 식품 폐기물도 재료로 살펴보려 한다. 안정적인 원료 공급, 미생물 관리, 에너지 사용, 비용 문제가 남아 있으며 모든 폐기물이 같은 결과를 내지는 않는다.

바이오프린팅 시장을 선도하는 기업들

바이오프린팅에는 포장재 외에도 생체 조직을 다루는 별도의 연구 분야가 있다. 장기 인쇄 연구의 성과를 이번 균사체 포장 연구의 결과와 혼동해서는 안 된다. 아래 회사는 조직공학 연구의 사례이며 커피 찌꺼기 포장재 개발사는 아니다.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR )는 1996년에 설립됐다. 창업자 마틴 로스블랫은 SiriusXM 등 다른 사업에도 관여했다. 회사의 설립 배경에는 딸의 폐 질환 치료법을 찾던 경험이 있다.

United Therapeutics는 폐 질환 치료제와 장기 연구를 진행하며 Miromatrix 인수로 조직공학 사업을 넓혔다.

이 회사는 폐 질환 치료와 장기·조직공학 연구를 진행한다. 그러나 이 균사체 포장 연구가 회사 매출이나 주가 상승을 의미하지는 않는다. 투자 판단에는 별도의 재무 조사가 필요하다.

3D 프린팅된 균사체 바이오컴포지트 – 무한한 가능성

커피 찌꺼기와 균사체로 포장재를 만드는 방법은 폐기물을 활용하는 유망한 연구다. 양산 단계에서 품질, 안전성, 내구성, 전체 환경 영향을 검증하기 전에는 일반적인 플라스틱의 대체재로 단정할 수 없다.

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연구 참고:

^{1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3D-printed mycelium biocomposites: Method for 3D printing and growing fungi-based composites. 3D Printing and Additive Manufacturing. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342}