R&D 부서는 제조업체가 넷제로(net-zero) 환경 목표를 달성하는 것을 돕는 데 있어 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 다양한 산업의 기업들이 공급망 최적화, 새로운 비즈니스 모델 창출 등의 이니셔티브를 통해 이산화탄소 배출량을 줄이고 있다. 하지만 환경 지속 가능성에는 천연자원 고갈, 생태계 변화 등 해결해야 하는 추가적인 측면도 존재한다. 이 모든 과제를 해결하기 위해, 제조업체들은 새로운 제품과 기존 제품을 설계하는 방식을 모두 재평가해야 한다. 실제로, 유럽연합(EU) 집행위원회(European Commission, EC)에 따르면, 제품의 설계는 환경 영향에 80%까지도 변화를 초래한다.
BCG 분석에 따르면, 기업은 기존의 설계 기술을 이용해 제품의 환경 영향을 최대 40%까지 줄일 수 있다. 하지만 이 영향을 완전히 완전히 제거하려면 건축 자재, 합성 생물학, 유니버셜 프린팅 등 차세대 딥테크 기술을 이용해야 한다. 이 기술과 관련한 투자의 강력한 비즈니스 사례에는 비용 절감(예를 들어, 이산화탄소 세금과 에너지 비용 변동에 대한 노출을 제한하는 등), 경쟁 우위 확보, 규제 준수 촉진 등이 있다.
R&D 부서는 6개의 상호 보완적 전략을 이용해 지속 가능한 설계 노력을 추진할 수 있다. 하지만 이 전략들을 독자적으로 적용하는 것은 불가능하다. 공급업체, 운영 및 지속 가능성 전문가, 학계 등이 포함된 혁신 생태계와 협력해야 한다. 이런 파트너십은 비용, 환경적 영향, 고객 인식 등과 관련한 적절한 균형점을 찾는 데 있어 매우 중요하다.
환경 영향 측정에서 시작
제품의 구성, 수명, 효율성, 재활용 가능성 등 수많은 엔지니어링 관련 요소가 환경에 영향을 주기 때문에, 제품 설계는 생태적 지속 가능성에 강력한 영향을 미친다. 이 영향을 측정하면 기업이 지속 가능성을 촉진하는 설계 전략을 적용하는 데 필요한 인사이트를 얻을 수 있다.
노력을 집중할 영역을 판단하기 위해, 기업은 조달과 제조에서 사용 및 수명 종료에 이르기까지 제품의 전체 수명 주기의 환경 영향을 파악해야 한다. 이 평가를 하는 데 있어 안정적인 환경을 유지하고 돌이킬 수 없는 변화의 위험을 줄이기 위해 오존층 파괴 및 해양 산성화에 대한 제한 등 지구 위험 한계선(planetary boundaries)을 고려해야 한다. 보기 1이 보여주듯이, 기업들은 종합적인 관점을 형성하기 위해 다음의 4가지 요인을 평가해야 한다.
- 기후 영향: 가치 사슬을 따라 이산화탄소 배출량 측정
- 천연자원 사용: 조달 과정에서 고갈되는 자재와 생산 과정에서 사용되는 물 등 사용되는 자원 파악
- 생태계 변화: 제품 수명 주기가 산림 황폐화나 부영양화 등을 통해 육지, 담수, 해양에 영향을 미치는 방식 평가
- 오염: 제품의 수명 주기 단계별 대기 중으로 배출되는 화학물질과 위험 가스의 수준 판단
각 요인에 대해 기업은 전체 지속 가능 목표 및 중점 분야와 일치하는 KPI를 선택해야 한다. 이 KPI를 이용해 시간의 경과에 따른 진행 상황을 추적하고 목표를 설정할 수 있다.
6가지 설계 전략
지속 가능한 설계 원칙을 바탕으로 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 이 모든 요인을 다루는 6개의 상호 보완적 전략을 도출했다. (보기 2 참조) 각 전략은 기회뿐 아니라 도전 과제도 제시한다.
[1] 탈물질화(Dematerialization)
기업들은 필수 기능은 그대로 제공하면서 제품이나 포장에 소재를 덜 사용하는 방법을 찾을 수 있다. 일반적으로 재료 감소 수준과 비례해 전체 수명 주기에 걸쳐 상당한 혜택을 얻을 수 있다.
재료를 덜 사용하는 것 외에도 디지털화, 즉 아날로그 기능을 소프트웨어로 대체함으로써 이득을 얻을 수 있다. 디지털을 이용하면 제품의 무게나 사용되는 재료의 양을 늘리지 않고도 기능을 추가할 수 있다. 또한 소프트웨어는 향후 수정에 있어서도 유연성이 더 크다. 소재 사용에 있어 ‘적을수록 더 좋다(Less is more)’ 전략을 적용하면, 비용을 절감하고 고객 니즈를 충족하는 동시에 지속 가능성을 촉진하는 새로운 비즈니스 모델을 개발할 기회가 생겨난다.
탈물질화 전략을 수립하면서, 기업은 소비자들의 선호도와 사고방식에 영향을 미쳐야 한다는 사실을 인식해야 한다. 예를 들어, 넓고, 기능이 많은 차량에 대한 운전자들의 선호도가 변해야 기능이 적은 소형차가 소비자들에게 받아들여질 수 있다. 그뿐만 아니라, 제조업체들도 더 간결한 구조와 더 적은 첨단기능이 있는 차량이 동일한 수준의 안전성과 보안을 확보할 수 있는 방법을 찾아야 한다.
[2] 차선 소재 선택(Next-Best Material Selection)
기업은 많은 경우 제품의 기능을 크게 해치지 않으면서 환경에 미치는 영향을 최소화하는 소재를 선택할 수 있다. 생분해성, 재활용, 재활용 가능, 경량 소재 등이 선택지가 될 수 있다. 예를 들어, 클렘슨 대학(Clemson University)의 연구원들은 자동차 시트와 매트리스에 일반적으로 사용되는 폴리우레탄 폼을 대체할 수 있는 식물 기반 소재를 개발했다. 내구성이 뛰어난 이 친환경 소재는 재활용이 가능하며 폴리우레탄과 관련된 건강 문제를 피할 수 있다.
무게 감소는 소재 선택에 있어 중요한 고려 사항이다. 무게가 가벼워지면 제품의 수명 동안 에너지 사용량도 줄어든다. 한 신생 자동차 제조업체는 경량 복합 소재를 사용하면 차량의 에너지 소비량을 50% 줄일 수 있음을 확인했다.
하지만 대체 소재로 전환하는 것은 쉬운 일이 아니다. 차선 소재는 전통적인 소재에 비해 비싼 경우가 많다. 또한, 소재 선택에는 물리적 속성, 호환성, 안전성, 공급 등 복잡한 고려 사항과 기준들이 수반된다.
친환경 공급망은 에너지 소비를 줄이고 보다 탄력적인 프로세스와 디지털화의 활용을 촉진함으로써 비용을 절감할 수 있다.
[3] 친환경 공급망(Green Supply Chain)
친환경 공급망을 촉진하기 위해, 기업은 물류 및 생산의 환경적 영향을 감소시키는 소재, 부품 및 구성 요소를 선택할 수 있다. 공급망을 단축하는 생산 프로세스를 설계할 수도 있다. 친환경 공급망은 에너지 소비를 줄이고 보다 탄력적인 프로세스와 디지털화의 활용을 촉진함으로써 비용을 절감할 수 있다. 이런 혜택을 확실히 얻기 위해서는 R&D, 생산, 공급망 팀, 공급업체 간의 투명하고 효과적인 협업이 필수적이다.
[4] 수명 연장 및 효과적 사용(Longevity and Effective Usage)
기업은 수리, 업그레이드, 수정이 원활하도록 제품을 설계함으로써 제품의 사용 가능 수명을 개선하고 연장할 수 있다. 또한 제품을 다용도로 사용할 수 있거나 다른 목적으로 재생산할 수 있도록 설계할 수도 있다.
제품 수명이 연장되면 소비자의 신제품 채택을 늦춰 수익이 줄어들 수 있지만, 기업은 여전히 여러 이점을 누릴 수 있다. 예를 들어, 제품 수명이 연장되면 고객 충성도가 높아지고 브랜드 평판이 개선된다. 또한 소비자들은 수명이 긴 제품이 품질이 더 좋다고 생각하는 경우가 많기 때문에 기업은 프리미엄을 부과할 수도 있다. 마지막으로, 기업은 수리와 유지보수 서비스를 통해 수익을 추가 창출할 수 있다.
[5] 제품 효율성(Product Efficiency)
효율적 제품은 가능한 최소량의 에너지와 물질 자원을 소비하는 제품을 말한다. 효율성을 개선하는 것은 일반적으로 가장 높은 수준의 배출이 발생하는 사용 기간 동안 탄소 발자국을 줄이는 가장 좋은 방법이다. 소비자들 역시 높은 에너지 가격에 대응하기 위해 더 효율적인 제품을 원한다.
보다 효율적인 제품을 설계할 때, 기업들은 다른 장점과의 상충 관계를 고려해야 한다. 예를 들어 다양한 기능이 탑재된 SUV처럼 크고 편리한 차량은 상대적으로 운영 효율성이 떨어진다.
결국 순환 가치사슬이 성숙하고 최적화되면, 2차 재료는 1차 재료보다 비용이 적게 들 것이다.
[6] 순환성(Circularity)
순환성은 재료와 에너지의 소비를 줄이는 데 매우 중요하다. 재활용 가능한 재료를 조달하고 2차 사용을 위해 제품을 설계함으로써 이를 촉진할 수 있다. 그 예로, 재생산에는 제품을 애초에 만든 원재료를 추출하는 것보다 에너지가 훨씬 덜 필요하기 때문에, 에너지 소비와 탄소 배출이 크게 줄어든다. 결국 순환 가치사슬이 성숙되고 최적화되면, 2차 재료는 1차 재료보다 비용이 적게 들 것이다.
하지만 순환성을 위한 설계는 어려운 과제이다. 엔지니어링 제품의 수명 주기에는 무수히 많은 공급업체가 관련되기 때문에 기업은 효율적인 순환 설계를 개발하기 위해 협업해야 한다. 또한 재무적인 장애물도 있다. 예를 들어, 심지어 부품 재활용을 위한 성숙한 프로세스가 존재할 때도, 그 재료에 대한 수요가 낮거나 재활용 비용이 재판매 가치를 초과한다면 경제성이 없을 수 있다.
차량 시트가 적절한 사례이다. 온전한 시트를 재활용하는 것은 재판매 가치가 철거 비용보다 훨씬 낮기 때문에 수익성이 없다. 결과적으로, 일반적으로 차량 시트의 75%를 차지하는 금속은 재활용되고 나머지 재료는 소각된다.
촉진 요인(enabler) 설정
관련 노력을 지원하기 위해, 기업들은 6가지 촉진 요인을 설정해야 한다.
- KPI와 목표: 설계가 지속 가능성에 미치는 영향을 측정할 수 있는 KPI를 설정하고, 더 광범위한 기업 전략을 고려해 관련 목표를 수립한다. 부서 수준에서 지표와 목표를 설정하고 이를 R&D 조직 전체에 적용한다. 점수표를 이용해 모든 조직 수준의 결과를 보고한다.
- 프로세스: 지속 가능성 원칙을 위한 설계를 초기 아이디어 구상부터 품질 게이트에 이르기까지 R&D 프로세스에 반영한다.
- 도구: 환경 영향 데이터를 기존 설계 지원 도구(CAD 등)에 포함한다. 수명 주기 평가 데이터베이스와 IT 기능(디지털 트윈, 생성형 설계 등)을 이용해 솔루션들을 비교한다.
- 지배 구조: 파일럿을 이끌고 프로젝트를 관리할 담당자를 선정한다. 목표 달성을 책임질 사람과 조직을 운영하기 위해 사용할 수 있는 수단을 결정한다.
- 역량: 직원의 지속 가능한 설계 역량을 발전시키고 새로운 직원을 채용해 스킬 격차를 해소한다. 목표 달성에 필요한 재원을 제공한다.
- 파트너 네트워크: 학술 기관 및 스타트업과 외부 파트너십 혹은 합작을 추진한다. 개방형 혁신 랩과 인큐베이터를 통해 내부 협업을 촉진한다.
체계적 접근 방식 적용
제품의 환경 영향을 줄이기 위한 체계적 접근법은 4가지 단계로 이루어진다.
[1] 기준선 설정
수명 주기 전반에 걸쳐 제품과 관련한 기후 영향, 천연자원 사용, 생태계 변화, 오염을 아우르는 환경 영향의 상세한 정량적, 정성적 기준선을 설정한다. 또한, 경쟁업체가 지속 가능성을 위해 제품을 어떻게 설계하는지 살펴보고 이것이 시장에서 자사의 경쟁 입지에 어떻게 영향을 미치는지 평가한다. 여기에는 가치 있는 신규 특허를 확인하는 등 기술 트렌드를 평가하고 경쟁업체 제품을 분해해 설계를 비교하는 것 등이 포함된다.
[2] 아이디어 생성
6개 전략을 적용해 지속 가능한 설계를 위한 아이디어를 도출한다. 이 노력을 추진하기 위해 운영 전문가, 설계 전문가, 공급업체, 벤처 캐피탈(VC) 투자자, 기후 및 지속 가능성 전문가, 학계 등 다분야 팀을 구성한다. 부품 수준보다는 제품 수준에서 설계를 최적화하기 위한 아이디어를 도출하는 것이 더 효과적이다.
[3] 아이디어 평가 및 우선순위 결정
환경 개선, 비용 효과, 고객 가치의 세 가지 기준에 따라 아이디어를 평가하고 우선순위를 결정한다. (보기 3 참조) 가장 유망한 이니셔티브는 환경을 실질적으로 개선하고 비용을 절감하는 동시에 소비자들에게도 인정받는다. 그러나 기업은 이 기준들 사이에 절충점을 찾아야 하는 경우가 많다.
[4] 아이디어 실행 가능성 테스트
모든 아이디어의 실용성과 성공 잠재력을 평가한다. 개발자들이 개발 단계에서 고객 피드백을 수집할 수 있도록 애자일하고 반복적인 접근법을 사용한다. 가능하다면, 아이디어를 완전히 결정하기 전에 파일럿 프로그램을 실시해 실제 데이터와 피드백을 수집한다.
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사회에 혜택을 주는 것 외에도, 환경 영향을 줄이기 위해 제품을 설계하는 것에는 강력한 비즈니스 사례가 존재한다. 기업은 지속 가능한 제품에 대한 소비자 수요를 충족하고 새로운 법과 규제 준수에 대비함으로써 단기적으로 비용을 절감하고 장기적으로 장기 경쟁 우위를 확보할 수 있다. 실제로 많은 기업들에게 장기적인 생존은 불확실하다. 자원 고갈과 기후변화로 발생한 문제들로 인해 설계 원칙 등의 지속 가능한 관행은 장기적으로 비즈니스를 유지하는 데 있어 중요한 요소가 됐다. 지속 가능한 설계의 혜택을 최대한 누릴 수 있도록 지금 당장 행동하는 기업들은 앞으로 수십 년 동안 번영을 누릴 수 있는 유리한 입지를 확보할 수 있을 것이다.
