에코 디자인이란?

에코 디자인은 제품 설계 및 제조 공정 단계부터 재사용 가능성에 이르기까지 수명의 모든 단계에서 제품의 지속 가능성 및 환경을 고려하여 이를 설계에 직접 반영하는 접근 방식입니다. 에코 디자인은 신제품의 수명과 수명이 향후 수명 주기에 미칠 영향을 고려합니다. 에코 디자인 제품에는 성능과 기술적 기능 및 지속 가능성의 이상적인 균형을 달성하기 위해 균형을 맞추기 위한 추가적인 설계 요구 사항이 포함되는 경우가 많습니다.

보다 지속 가능하고 환경 친화적인 제품을 설계할 때 고려해야 할 요소는 다음과 같습니다.

• 제품의 수명은 어떻게 되며 수명 종료 시 어떤 일이 발생합니까? 마모된 부품을 교체(즉, 수명 연장)하기 위해 분해할 수 있도록 제품을 설계할 수 있고, 수명 종료 시 제품을 복구할 수 있는 시스템이 있습니까?
• 제품의 다양한 제조 단계에서 사용되는 재료 및 공정이 미치는 환경적 영향(에너지 사용량, CO₂ 발자국, 물 사용량 등)은 무엇입니까? 회사가 선호하는 재료 및 공급업체 외의 새로운 재료 및 공정을 대신 사용할 수 있습니까?
• 제조업체가 재생 에너지를 통해 에너지 효율을 높이고 있습니까? 아니면 제품 제조에 화석 연료를 사용합니까?
• 해당 제품의 탄소 발자국은 얼마나 됩니까?
• 주요 기여 요소(예: 부품, 운송, 제품 사용 등)는 무엇이며, 감소를 극대화하기 위해 변경할 수 있는 요소는 무엇입니까?
• 대상 원자재가 지속 가능합니까? 아니면 친환경적 옵션(예: 더 높은 재활용 함량, 친환경 에너지 사용 또는 새로운 친환경 공정 사용)이 있습니까?

지속 가능한 원칙에 따라 제품을 설계하기 위해 설계 및 제품 개발 단계에서 이러한 질문을 할 수 있습니다. 설계 주기 초기에 이러한 질문을 확인하는 것이 항상 가장 좋습니다. 너무 늦을 때까지 변경이 고려되지 않는 경우가 많기 때문에 지속 가능한 제품을 설계하는 가장 효율적인 방법은 선제적 접근 방식입니다.

새로운 규정이 시행됨에 따라 가치 사슬은 공급망에 영향을 미치고, 각 계층이 제품의 지속 가능성 지표를 공개하고 개선하도록 압박하는 새로운 지표를 채택하고 있습니다. 이는 이미 화학물질의 등록, 평가, 인증 및 제한(REACH: Registration, Evaluation, Authorisation, and Restriction of Chemicals) 규정에서 일어나고 있으며, 향후에는 더욱 중요해질 것이므로 늦기 전에 해결해야 합니다.

공식적으로 EU 에코 디자인 지침으로 알려진 지속 가능한 제품을 위한 에코 디자인 규정(ESPR: Ecodesign for Sustainable Products Regulation)은 유럽 연합(EU)에서 제품의 지속 가능성을 높이기 위해 기업 지속 가능성 보고 지침(CSRD) 보고 요구 사항과 함께 사용되는 규제 프레임워크입니다.

ESPR은 다음과 같은 에코 디자인의 여러 측면을 다룹니다.

• 제품 내구성, 재사용성, 업그레이드 가능성 및 수리 가능성을 개선하여 제품 수명 연장
• 에너지 소비를 줄임으로써 제품의 에너지 및 자원 효율성 개선
• 순환을 방해하는 물질이 포함된 재료 사용 방지
• 순환 경제 및 보다 적은 천연 자원 사용을 촉진하기 위해 향후 제품에 재료 재사용
• 제품에 사용되는 재료의 재활용 함량 증가
• 제품의 재제조 및 재활용이 용이하도록 지원
• 제품의 환경 및 탄소 발자국 감소
• 제품 지속 가능성과 관련된 정보의 가용성을 개선하여 공급망의 투명성을 높입니다.

ESPR은 2024년 7월에 발효되었으므로 여전히 변경 및 추가 개발의 여지가 있는 비교적 새로운 프레임워크입니다. 프레임워크이기 때문에 구체적인 목표를 정의하지는 않지만, 기업이 제품의 수명을 연장하고 전체 제품 수명 주기에 걸쳐 환경적 영향을 개선하는 방법을 검토할 수 있는 방법을 제공합니다. 구체적인 규칙은 향후 제품별로 또는 유사한 특성을 가진 제품 그룹에 대해 채택됩니다.

에코 디자인의 주요 원칙은 제품 개발과 관련된 환경 측면을 고려하고 제품의 기술적 기능을 유지하면서 제품의 환경적 영향을 줄이는 것입니다. 에코 디자인에 적용되는 여러 가지 지표가 있습니다.

• 재료 및 공정의 탄소 발자국
• 물 사용량
• 에너지 효율
• 생산 중 낭비되는 재료의 양
• 재사용 또는 재활용 가능성
• 사용된 리소스의 수
• 규정 준수
• 오염 발생

이러한 모든 지표는 이산화탄소 당량(CO₂-eq)과 내재 에너지가 낮은 제품을 만들어 결과적으로 환경적 영향을 줄이는 데 기여합니다.

에코 디자인에서 성능, 비용 및 지속 가능성의 균형 유지

에코 디자인의 주요 과제 중 하나는 제품 성능, 비용 및 지속 가능성 간의 균형입니다. 제품의 최종 성능과 특성에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

• 재료 선택
• 재료 형상
• 다양한 제조 공정

이러한 요소를 변경하면 제품의 지속 가능성을 높이기 위해 고려해야 할 성능 변화가 발생할 수 있습니다. 또한 개발에 사용된 재료를 변경하면 공급망도 변경될 수 있으며, 이는 전체 비용에 영향을 줍니다.

이러한 균형은 제품 성능이 일정 수준의 지속 가능성을 달성하면서 설정된 요구 사항을 충족하는 절충점 역할을 합니다. 한 제품의 수명 주기가 다른 제품의 수명 주기와 다르기 때문에 에코 디자인 프레임워크를 설정하는 프로세스는 각 제품마다 고유합니다.

기업은 종종 사용 가능한 공정 및 제조 장비에 의해 제약을 받는데, 이는 제품의 지속 가능성을 결정하는 요소 중 하나입니다. 장비 유형은 제품 제조에 사용되는 재료를 제한하고 제작할 수 있는 재료 형상에 제약을 가할 수 있습니다.

재료 중심의 에코 디자인 균형점

재료 중심의 에코 디자인은 설계 프로세스의 중요한 측면입니다. 재료 선택은 성능 또는 지속 가능성을 높일 수 있는 쉬운 방법입니다. 많은 재료가 환경 친화적이지만 어떤 재료는 고성능이며 다른 재료는 두 가지 특성을 모두 갖추고 있으므로 균형을 맞춰야 합니다.

예를 들어, 셀룰로오스, 리그닌, 키틴 및 기타 천연 폴리머와 같은 재료는 유연한 전자 장치 및 웨어러블 같은 전자 장치를 설계할 때 합성 폴리머보다 환경 친화적입니다. 그러나 합성 재료는 일반적으로 많은 제품에 더 나은 기계 및 열적 성능을 제공합니다. 솔루션은 천연-합성 하이브리드 재료입니다. 천연 컴포넌트와 합성 컴포넌트를 결합함으로써 하이브리드 구조는 합성 재료만 사용할 때와 비교하여 성능의 균형을 이루며 지속 가능성이 향상됩니다.

또한 재료 형상은 응용 분야에 따라 지속 가능한 재료의 성능을 향상시킬 수 있으므로 에코 디자인에서도 매우 중요합니다. 제조 전에 시뮬레이션 및 모델링을 통해 재료 형상을 최적화하면 재료의 최대 하중 응력을 파악할 수 있습니다. 파악 후에는 형상을 최적화하여 재료 성능을 개선하고 제품 수명 주기를 연장할 수 있습니다.

에코 디자인의 이점 및 고려 사항

에코 디자인 접근 방식을 취할 때는 다양한 설계 고려 사항이 필요합니다. 설계 및 최적화 단계에서 많은 절충점을 고려해야 하지만, 대부분의 기업은 지속 가능한 제조를 위한 준비가 되어 있지 않으므로 지속 가능성은 공정 후반까지 간과되는 경우가 많습니다.

에코 디자인의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 긍정적인 환경 영향
• 기후 변화 영향 감소에 기여
• 사회적 폐기물 감소
• 보다 지속 가능한 제품을 제공하여 경쟁 우위 확보

에코 디자인의 가장 큰 장애물: 데이터 및 도구의 부족

많은 기업이 지속 가능한 공정을 설계에 구축해야 할 필요성을 알고 있지만, 다양한 재료와 공정의 환경적 영향을 평가하는 데 필요한 데이터, 전문 지식 및 도구가 부족한 경우가 많습니다. 많은 공급업체가 환경 영향 데이터를 제공하지 않으며, 기업은 구체적인 지속 가능성 목표가 없거나 경영진의 저항에 직면하여 에코 디자인 노력이 도중에 실패할 수 있습니다.

많은 기업은 환경, 사회 및 지배구조(ESG) 규정, CSRD 요구 사항 또는 단순히 공정 초기의 정보 부족으로 인해 제조 주기 막바지에야 변화에 대한 필요성을 인식합니다. 이 시점에서 하나의 재료를 다른 재질로 교체하는 것은 비용이 너무 많이 드는 경우가 많은데, 동일한 기술 사양을 충족하기 위해 제품을 재작업하고 다시 최적화해야 하기 때문입니다.

많은 기업에서 에코 디자인에 우선 순위를 두고 있으며, 환경 친화성을 위해 설계를 최적화하는 데 시뮬레이션이 도움이 될 수 있습니다. 시설 또는 공급업체로부터 기본 데이터를 받지 못하는 기업의 경우 참조 데이터베이스를 사용하여 환경 분석을 더 쉽게 수행할 수 있습니다.

한 가지 예로 Ansys Materials Universe 데이터셋이 있는데, 여기에는 4,000개 이상의 일반 등급 엔지니어링 재료에 대한 성능, 비용 및 환경 데이터가 포함되어 있습니다. 이 리소스를 통해 기업은 사용할 재료를 결정하기 전에 설계 단계에서 성능, 비용 및 환경 영향을 평가할 수 있습니다.

제품 디지털 여권이 정보 부족 문제에 도움이 되는 방법

가까운 미래에 기업은 제품 디지털 여권을 통해 공급망의 환경 친화성에 대한 정보를 훨씬 빠르고 쉽게 얻을 수 있게 될 것입니다. 디지털 여권은 제품에 사용된 재료의 디지털 기록으로, 재료의 원산지, 특성, 수명 종료 옵션 및 환경적 영향에 대한 정보를 포함합니다.

디지털 여권의 첫 공개는 배터리부터 시작될 예정인데, 배터리에는 올바르게 폐기하지 않는 경우 환경에 큰 영향을 미칠 수 있는 희토류 금속이 포함되어 있기 때문입니다. 디지털 여권은 순환성 추적을 지원하며 제품에 사용되는 원자재의 환경 발자국에 대한 투명성을 제공합니다. 디지털 여권이 현재 의무 사항은 아니지만 공급망의 모든 지점에 있는 기업이 도입을 준비해야 합니다.

순환 경제를 지원하는 에코 디자인

에코 디자인은 폐기 외의 수명 종료 옵션이 없는 일회용 제품의 생산을 적극적으로 방지하므로 순환 경제를 보완합니다. 선형 경제에서는 수명 종료 시 제품의 가치가 파괴되지만, 순환 경제에서는 재제조보다 재활용과 재사용을 우선시하므로 가치가 유지됩니다. 기업 전략 및 금융 회사인 McKinsey의 보고서를 살펴보십시오. 이 보고서는 성장 전략에서 ESG 우선 순위를 높이기로 선택한 기업이 경쟁사보다 더 높은 성과를 내는 경우가 많다는 것을 보여줍니다.

제품의 환경 발자국은 대부분 설계 단계에서 결정됩니다. 설계가 완성되면 쉽게 변경할 수 없습니다. 초기 단계에서는 재료, 설계 및 제조 공정을 모두 순환 경제 원칙에 맞게 조정할 수 있습니다. 재활용 가능한 재료의 선택 및 분해를 위한 설계에 따라 제품이 환경 친화적이고 재사용 가능한지 여부를 결정하는 후속 단계가 달라집니다. 제조업체는 불필요한 비용과 지연을 방지하기 위해 처음부터 올바르게 제품을 설계하는 것이 중요합니다.

제품 설계의 80%는 초기 설계 단계에서 결정되기 때문에 지속 가능성을 개선하기 위해 어떤 잠재적 균형을 맞춰야 하는지 검토하는 것이 중요합니다.

이것이 바로 시뮬레이션이 중요한 이유입니다. 시행착오 방식으로 물리적 프로토타입을 변경하는 것보다 제품 모델을 가상으로 검토하고 재료 유형과 형상을 변경하는 것이 훨씬 쉽습니다. 시뮬레이션을 통해 사용자는 다양한 재료 또는 형상 구성의 이점을 볼 수 있으며 제품의 재활용 함량 비율도 확인할 수 있습니다. 이는 제조 공차 및 제한 사항을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이를 통해 원하는 기계적, 열적 또는 전자적 성능 및 지속 가능성 요소를 기반으로 가장 최적화된 제품을 생산할 수 있습니다.

시뮬레이션을 사용하면 기업이 개발 주기에서 시간과 비용을 절약하고 물리적 프로토타입을 제작하기 전에 잠재적인 설계 변경 사항을 탐색할 수 있습니다. Ansys는 Ansys Discovery 소프트웨어, Ansys Mechanical 소프트웨어 및 Ansys LS-DYNA 소프트웨어와 같이 복잡한 제품을 설계하고 시뮬레이션하는 데 도움이 되는 다양한 시뮬레이션 도구를 제공합니다. 이러한 도구는 재료 데이터를 위한 Ansys Granta 제품군 및 시뮬레이션 프로세스 및 데이터 관리(SPDM)를 위한 Ansys Minerva 소프트웨어와 같은 데이터 관리 도구에 의해 지원됩니다.

또한 Ansys는 에코 디자인에 대한 기술적 성능, 지속 가능성 및 비용 고려 사항 간의 잠재적 절충점을 결정하는 데 도움이 되는 Ansys optiSLang 소프트웨어와 같은 최적화 도구도 제공합니다. 이 데이터는 전체 제품 개발 프로세스 및 수명 주기 전반에 걸쳐 설계 및 지속 가능성 요구 사항을 충족하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 시뮬레이션은 제조 공정을 모델링 및 최적화하고, Ansys Twin Builder 소프트웨어를 사용하여 개별 유지보수 일정을 추적하고, 제조 공정의 에너지 사용량을 계산할 수 있습니다.

Ansys가 여러 차례의 물리적 프로토타입 제작을 피하면서 환경 친화적인 제품을 개발하는 데 어떻게 도움을 줄 수 있는지 자세히 알아보십시오. 지금 당사 기술 팀에 연락하십시오.

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