橘皮材料在可持续设计领域的创新实践

陈怡汝

This article focuses on sustainable design and waste utilization， and explores the feasibility of applying sustainable concept to orange peel products according to the characteristics of orange peel materials and the detailed production crafts.

自20世纪80年代联合国为应对环境恶化和社会冲突而首 次提出可持续发展的理念以来，到现在可持续理念已经深入人 心，越来越多的设计师基于可持续理念对各类生活废弃物进行 研究分析，设计出各种可降解、可回收和富有设计感的优秀产 品并推广应用。橘皮作为日常生产、生活中极其常见的废弃 物，目前在国内还没有真正有效地利用路径。本文围绕可持续 设计、废弃物利用等方面展开研究，针对橘皮材料特质与制作 工艺分解，探索将可持续理念用于橘皮产品领域的可行性。

一、可持续设计及橘皮材料的应用

当下，全球正面临气候变化、疾病流行、资源紧缺、冲 突不断等一系列重大威胁，传统的工业发展模式在带来经济高 速增长之后，留下的自然生态破坏严重影响到人们的生活和健 康。以人与自然环境的和谐相处为前提，可持续发展理念应运 而生，成为当今设计界的主流思想之一。

在可持续发展理念中，可持续设计是其中重要的部分。 可持续设计的目的是通过综合考虑环境、经济、社会和用户体 验，来设计既满足当前、又不消耗未来资源的产品或服务。在 可持续设计中，设计者通常考虑使用可再生能源、减少废物产 生、提高材料的循环利用率以及创建长期可维护的产品和建筑。可持续设计是一种引领未来的创新理念，它超越了传统设计 的狭隘界限，将环境、社会和经济因素纳入全方位考虑。设计者 在追求独特美感的同时，更注重产品、服务或系统的生命周期影 响，致力于减少资源消耗、最小化废弃物，并推动循环经济的发 展。这种设计方式强调系统思维，力求在满足当前需求的同时不 损害未来世代的权益。

事实上，任何废弃物，包括食物与果品，都有可能利用其 本身的物理特性，经过科技处理与艺术加工来生成新型的环保型 产品。本篇论文所针对的橘皮材料研究，即是就柑橘类水果的后 期处理与加工进行设计创新转化。根据世界柑橘组织（WCO） 的统计数据，全世界生产的柑橘类水果中约有三分之一用于加 工，其中产生的橘皮约占总重量的40%—60%。目前在国内， 除少量橘皮被用于制作陈皮、动物饲料外，大部分加工产生的橘 皮未得到利用而被废弃，造成了很大的资源浪费和生态污染。比 如卫生填埋是国内柑橘类水果加工厂处理橘皮渣的主要方式，因 废弃橘皮渣中有80%都是水分，极易腐败产生以硫化氢为主的难 闻废气，污染周边大气环境。同时橘皮渣的酸性很高，产生的酸 性污水具有很高的耗氧量，直接影响到周边居民的饮水安全，对 自然界和人类社会来说，变成了一种极具破坏性的有害废物。因 此，讨论橘皮这种被广泛废弃却在材料特性上可以被转化利用的 物质非常具有现实性的社会意义。

从物理结构上看，橘皮一般分为外果皮、中果皮、内果皮 三层，最外层的外果皮又叫油胞层，由外表皮和下表皮细胞组织 构成，内含大量的精油。再往里是中果皮又叫海绵层或白皮层， 由被称为橘白或橘络的白色线网状组成，是构成果皮厚度的主要 部分。外果皮和中果皮的外層构成果皮的有色部分，赋予橘皮特有的色彩多种色素体。显然，橘皮作为一种日常生产生活中常见 的生态果物，其本身不具备危害性，且具有材料改良的物质基 础。面对人们对橘皮废弃物处理不当造成的具体的环境污染，艺 术家群体尝试从创意设计的角度出发，探讨橘皮材质通过后期处 理应用于创新产品的现实路径。

国内学者对橘皮产品的研究主要集中在对橘皮功能属性的 运用上，如食品制造、原料配比和功效实现等，却往往忽视了橘 皮回收再利用所拓展的产品设计的价值属性。如将橘皮研磨制作 纸浆形成纸质物，或者经过干燥处理并调和混合物构成新材料， 加工生产包装件或者其他生活应用物。然而，上述概念尽管具备 可操作的路径，但实施起来也将面临工艺复杂、成本高昂、耗能 耗材、橘皮回收与处理成效不充分的繁琐问题。因此，要想将上 述这种可持续设计理念落地成产品实物，需要实现降低生产成本 以及满足市场需求的双向要求。

二、基于橘皮产品设计中可持续性生产案例分析

尽管橘皮可以加工生产诸如医药、香料等生活之物，但本 篇要讨论的是基于橘皮材料回收利用的改良方式以及生成设计作 品的方式总结。笔者认为，从设计智造概念而言，我们可以通过 橘皮材料本身具有的环保功能探讨其可持续性生产方案，也可通 过社会生活应用需求来发挥橘皮材料的功能作用，更可以贯彻艺 术理念实现具有造型审美的关联产品。首先，从材料本身的角度 出发，在橘皮材料应用的可持续性讨论中，橘皮产品应使用以橘 皮为原料，并优化材料加工工艺，减少资源能源消耗和原材料门 槛，橘皮产品的加工工艺应尽可能简单、短时、可复制，甚至最 好能在家中就可实现，这样每个人都可以成为橘皮产品的制造 者，提升全社会橘皮回收利用率。其二，从产品功能性的角度考 虑，建立橘皮材料转化艺术品功能的可持续性发展。橘皮产品功 能上要多元化和公平化，在产品的全生命周期体现不同功能，并 且功能设计中关注到弱势群体，体现人文关怀。产品应能充分实 现功能多样性的设计，不断用新功能吸引用户的兴趣，满足用户 群体不断更新的需求，从而延长橘皮产品的生命周期，进一步提 高可持续性。第三，从艺术审美的角度切入，强化造型语言的多 样性，体现审美需求的可持续性。橘皮产品的外形、颜色、材质 等设计要素也应合理设计，与功能完美结合。尤其一款产品的外 形会直接影响目标用户的使用欲望，所以橘皮产品的外形设计不 能流于平庸，要写好橘皮场景背后的设计故事，设计出兼具设计 美感和文化体验的橘皮产品。

橘皮产品应用案例以国外设计居多。法国设计师VICTORIA LI?VRE和工程师LUCFISCHER于2019年在马赛开发了REPULP 品牌，他们从工厂生产中回收废弃橘皮，通过特殊工艺再将其和 可再生材料混合加工，开发和创造了包括咖啡杯、茶杯、灯罩等一系列橘皮产品。Repulp的设计理念是将橘皮材料变成大众生 活中常见的应用物质，使它与塑料、玻璃、陶瓷建立了同等的价 值链条，不仅成品坚固耐用，还能在丢弃后重新作为原料或直接 用于堆肥，在产品的全生命周期都实现了可用性。这种设计降低 了橘皮来源的门槛，通过原料混合技术提高了橘皮的应用领域， 是非常好的橘皮创新设计案例。

同样来自意大利的设计工作室Carlo Ratti Associati设计了 Feel the Peel橙汁吧，在这里消费者能将直接榨汁后的橙皮变成 3D打印的生物塑料杯，并用它喝橙汁。Feel the Peel橙汁吧原型 机高3.1米，有一个圆形圆顶，可容纳1500个橙子。当消费者点 击按钮，顶部轨道里的橙子就会滑下来榨汁，然后果皮进入机器 底部的容器中干燥并研磨成“粉尘”，最后与PLA颗粒混合制造 可用于3D打印杯子的生物塑料材料。这样的装置非常醒目，可 以直接获得消费者的青睐，但是整体装置造价昂贵，且橘皮一旦 无法第一时间制作成塑料杯，多余的橘皮因为含水量较多很容易 就会腐败发霉，难以继续作为原材料。

相比以上这些工艺复杂、成本较高的橘皮产品设计，来自 伦敦布鲁内尔大学毕业生Denny Handley经过无数次的实验，找 到了一种橙皮和其他可生物降解产品的完美混合物Bio-Peel材料 （图4）。通过简单地添加生物聚合物、植物甘油、生物柴油副 产品和水，经过塑形、烘烤和硬化处理，便可创造塑料的创新替 代品。Bio-Peel材料的制作工艺简单方便，所需原料、設备均可 在日常生活中找到，但是因为材料限制，无法利用3D打印等技 术进行精确塑形，只能塑造简单的形状。

综上所述，橘皮的可降解性会赋予产品额外的生态环保功 能，艺术家围绕环保理念进行创意打造，首先对于橘皮进行材料 改良，以先进的技术手段优化橘皮的性能，最终实现具有功能性 的橘皮材料造型，设计出具有独特性、功能性，以及可持续性的 优秀产品。

三、可持续性橘皮材料的制作工艺初探

笔者基于橘皮材料的特性研究，尝试利用该材料，完成部 分废旧材料改良设计应用实践。为了探究橘皮的物理特性，加深 对其材料运用理解，笔者策划并开展了一系列材料实验，形成了 五个维度的研究方案，分别是：橘皮浸泡实验、橘皮干燥实验、 橘皮切碎实验、橘皮混合实验。每次实验过后都会根据总结的实 验结论作为下一步实验的依据，累计实验36次，其中有效实验 24次，对橘皮进行浸泡、干燥、切碎和混合其他物质，以探究 橘皮的物理特性和潜在材料潜力，得出了相对成熟的两套能应用 于设计生产的橘皮材料制作工艺。

实验一：基于造纸工艺的橘皮材料改造实验（图1）

橘皮内含的大量果胶具有黏合剂的作用，考虑到日常生 活、工作中，大量的纸巾或白纸被浪费，有些仅仅只是擦了下水 就被丢弃，决定利用橘皮这一特性造纸。参考造纸工艺基础原理 将废弃的橘皮磨碎，与胶质溶液混合压制，制作橘皮纸。这种纸 张自带橘皮清香，且使用手感极佳，肌理丰富，甚至可以作草图 绘画用纸。橘皮纸制作过程如下：

1.准备橘皮、废纸、黏合剂等相关原材料；准备破壁机1 台。将橘皮和日常收集废纸调和5%的黏合剂一起放入破壁机内 打成糊状；

2.制作橘皮水1份，将橘皮水倒入废旧周转箱中，然后将上 一步得到的橘皮浆液倒入橘皮水中（橘皮水与橘皮浆调和比例为 1：1），充分搅拌均匀；

3.准备抄纸框（90网格）与勺子，将抄纸框放入溶液中， 用勺子将溶液不停地浇灌到抄纸框上，直至将橘皮纸浆铺满整个 画框；

4.将抄纸画框放到太阳光下晒若干小时，待充分干燥后得到 橘皮纸。

实验二：基于固定成形工艺橘皮材料开发实验（图2）

当我们需要制作一个具体造型或设计应用类的橘皮物件 时，我们需要解决的是将橘皮浆凝固成型的方法。在造型上可以 辅助模具生产定型。新鲜橘皮泥和生石灰混合后将形成固化态， 这恰恰能解决橘皮材料成型硬度问题。与此同时，我们还可以添 加色剂，制作出具有独特颜色的环保应用材料或包装材料。以下 是橘皮固定成形的加工工艺的过程展示。

1.准备橘皮、可食用石膏粉、清水，将橘皮熬煮晾晒干，并 打成粉末后，和石膏粉及水按比例混合（质量比为：橘皮3、石 膏2、清水1）；

2.橘皮粉末与石膏粉末经过充分搅拌后，将得到糊状物。多 次进行凝固实验，通过厚度、温度等具体条件，记录糊状物凝固 时间，形成固化参数，以达最佳值；

3.塑造产品形体，既可以通过自然造型的手作方法，也可通 过事先准备好的模具进行压模制作。糊状物由于石膏凝固反应， 逐步硬化。待完全干燥后即可使用（产品硬度可由放入石膏比例 调配决定，同时也可混合其他搅拌物）。

4.糊状物在凝固过程中，可以利用模型压制技术固定其形 态，也可调和颜色进行相关的产品生产。

上述实验呈现了两类不同产品开发路径：实用性纸张以及 包装模块成型手段。这类基础材料实践与工艺研究仅仅停留在对 材料使用性能的具体感知上，与国际艺术家成熟的橘皮产品还具 有一定差距。在未来的研究方案中，将进一步强调设计概念的语 言形式，即把可持续使用的生态材料转化为创造性设计应用，实 现外形、功能拓展上创新方法，真正利用橘皮创作出独具特色的 产品。

四、结论

从可持续设计的角度出发，废弃橘皮经过回收处理与艺术 创造可以生产出适合生活应用的诸多产品，推进橘皮产品的生产 实践具备巨大的市场潜力。艺术家在对橘皮材料的利用与改良 中、在产品的应用上提供了宝贵的经验参考。材料实验的成果论 证了生态材料的回收利用具备社会效益与创新价值，同时也为可 持续设计提供了新的思路与发展方向，将有效延续诸如橘皮的各 类生态材料的生命周期与艺术表现力。