Fibre di cellulosa: Di nuovo sotto i riflettori

Il rinnovato interesse per le fibre derivate da fonti naturali di cellulosa (non petrolchimiche) ha visto la domanda di tali fibre crescere fino a 6 milioni di tonnellate all’anno attualmente, un raddoppio approssimativo della domanda dal 2000, secondo i dati di domanda e offerta di Tecnon OrbiChem.

Il termine ”fibre di cellulosa” o ”fibre cellulosiche” copre una varietà di sottotipi di fibre che sono talvolta meglio conosciute come Rayon o con i loro nomi di marca, o sottotipi come Viscosa, Lyocell, Modal, ecc. La caratteristica fondamentale di tutte queste fibre è che sono fabbricate a partire da pasta di cellulosa naturale (o in alcuni casi, al giorno d’oggi, da una parte di pasta di cellulosa riciclata – di cui parleremo più avanti), quindi non sono considerate sintetiche. Tuttavia, le fibre di cellulosa sono anche frequentemente indicate nell’industria come ”fibre cellulosiche artificiali” (MMCF) perché la loro generazione richiede una lavorazione con prodotti petrolchimici per prendere la pasta di cellulosa e rigenerarla in una forma che permette alle fibre di essere filate, o lavorate per altri usi (più minori) come i film.

Le fibre non naturali sono spesso sottoclassificate come “sintetiche” se derivate dal petrolio, “artificiali” se derivate dalla lavorazione di materiali naturali, ed entrambe insieme sono definite “fibre artificiali”.

Perché c’è un rinnovato interesse per le fibre di cellulosa? Tecnon OrbiChem comprende che la spinta principale viene dall’uso di miscele di viscosa in fiocco con cotone o fiocco sintetico, al fine di conferire morbidezza e assorbimento dell’umidità al tessuto. La viscosa ha una capacità di assorbimento dell’umidità superiore del 50% rispetto al cotone, il che significa che un altro importante sbocco è nelle salviette igieniche. La sostenibilità di una fibra derivata dal legno ha un ruolo nella promozione della viscosa e del lyocell? Il feedback dei proprietari di marchi di moda, che usano vari tipi di fibre sintetiche e naturali nei capi, suggerisce che la scelta di acquisto dei consumatori spesso non tiene davvero conto del tipo di fibra – molti consumatori non conoscono la differenza tra fibre sintetiche e naturali – e quindi la domanda non è sempre guidata dal livello del consumatore della catena del valore, nonostante le informazioni negative che circolano nei media sulla plastica e lo spargimento di microplastiche dai tessili. C’è comunque una certa spinta di mercato da parte dei clienti finali, ad alcuni dei quali piace l’idea delle fibre derivate dalla natura. Alcuni produttori, per esempio, di biancheria intima o di calzini, proclamano di usare viscosa a base di bambù.

D’altra parte, le fibre di cellulosa possono offrire proprietà più vicine a quelle del cotone di quelle che possono essere fornite dalle fibre sintetiche, inoltre gli stessi proprietari di marchi sono consapevoli degli obiettivi verdi e della necessità per il mondo di ridurre la dipendenza dalle materie prime petrolchimiche che portano a concentrazioni crescenti di CO2 nell’atmosfera. Le fibre di cellulosa da materie prime naturali sembrano quindi un modo attraente di affrontare la necessità di soluzioni alternative e verdi alle fibre di origine petrolchimica per la crescente domanda mondiale di fibre.

Le fibre viscosa sono molto morbide e confortevoli e sono sempre più utilizzate in articoli che vengono indossati vicino alla pelle (biancheria intima), o in abbigliamento esterno dove la morbidezza è un premio (cardigan, maglie). Ma quasi sempre in miscele con fibre più dure, dato che la viscosa ha una scarsa resistenza all’abrasione (le calze di viscosa al 100% cadrebbero a pezzi in pochi giorni). Un uso crescente è nelle salviette, dove la morbidezza si combina con l’assorbimento dell’acqua e la degradabilità.

Tecnon OrbiChem ha monitorato la crescente domanda mondiale di fibre dal 1980 e il grafico qui sotto mostra l’evoluzione. La domanda di fibre è fortemente legata alla crescita del PIL mondiale complessivo e questo guida il trend visto. Si prevede che la domanda totale raggiungerà ~147 milioni di tonnellate entro il 2030 (come mostrato nel grafico).

Visto l’obiettivo di ridurre la produzione di CO2, sostituire una parte della domanda di fibre di poliestere mostrata nel grafico con fibre di cellulosa sembra in prima istanza un passo ovvio, anche se da un punto di partenza relativamente piccolo quando le fibre di cellulosa sono solo 6 milioni di tonnellate della domanda totale.

Tuttavia, le fibre cellulosiche non sono così “verdi” come suggerisce la semplice affermazione che sono da fonti naturali. La stessa industria delle fibre cellulosiche ammette liberamente che si potrebbe e dovrebbe fare di più per rendere i processi chimici delle fibre cellulosiche più ecologici. I due processi chiave in funzione in tutto il mondo sono il processo di viscosa – che produce quasi il 90% del filamento di viscosa e delle fibre in fiocco del mondo, e il processo Lyocell che rappresenta un ulteriore 10%. Il processo della viscosa si basa sul disolfuro di carbonio (CS2), altamente tossico, come solvente, e anche se questo viene recuperato all’interno del processo, c’è la sfida di gestire questo materiale, così come gli scarichi nell’atmosfera di rifiuti tra cui zolfo nell’aria e acido solforico. Negli ultimi anni, gli standard sono stati migliorati in quanto le ultime tecnologie sono state implementate più ampiamente.

Il processo Lyocell usa N-metil-morfolina N-ossido (NMNO) come solvente e con volumi di rifiuti ridotti è visto come più ecologico. L’attenzione alla diminuzione dell’input di CS2, altamente tossico, ha portato allo sviluppo del processo di carbammato di cellulosa, attualmente considerato come l’opzione più valida per sostituire o adattare la tecnologia della viscosa esistente.

La Cina è attualmente di gran lunga il principale produttore mondiale di fibre di viscosa. Nel 2019, la produzione di fiocco di viscosa in Cina è stata di 3.672 kt secondo i dati di China Chemical and Fiber Economic Information (CCFEI). La stima di Tecnon OrbiChem è che la produzione mondiale nel 2019 è stata di 4.528 kt, il che significa che la Cina ha rappresentato l’81% della produzione globale.

Queste problematiche hanno spinto a sviluppare ulteriormente le soluzioni per il “greening” dell’industria delle fibre cellulosiche, con lo sviluppo più discusso che è la possibilità di riciclaggio. Un certo numero di aziende e organizzazioni presenti alla conferenza hanno descritto i progressi nel riciclo delle fibre di cellulosa dalle fabbriche di abbigliamento o dal riciclo post-consumo alla pasta di cellulosa. Il principio generale è quello di estrarre le fibre di cellulosa dagli scarti di cotone o di viscosa, dagli indumenti o anche dai tessuti misti che contengono fibre di cellulosa e da questi generare pasta che può essere mescolata con mangimi vergini generati dal legno. Una fonte ha suggerito che ci potrebbe essere la disponibilità di 20 milioni di tonnellate all’anno di scarti di cotone e 10 milioni di tonnellate all’anno di scarti di viscosa, anche se questi numeri sembrano grandi dato che il volume di produzione del cotone non supera ~25 milioni di tonnellate all’anno.

Le aziende che hanno progetti di questo tipo includono la grande azienda di fibre Lenzing, con il suo marchio REFIBRA™ che produce fibra Lyocell basata sul riutilizzo degli scarti di cotone, e un obiettivo aziendale di riduzione del 50% delle emissioni di CO2 entro il 2030; Infinited Fiber (Finlandia), che utilizza anche un processo privo di CS2 e ha legami con marchi di moda ad alto volume; e Re:newcell in Svezia, anche con il suo prodotto di polpa dissolvente Circulose® fatto recuperando il cotone dai vestiti logori. In Svezia, Södra sta lavorando sulla pasta di dissoluzione da tessuti riciclati, anche se rimane in fase di sviluppo. L’obiettivo a lungo termine è quello di riutilizzare ogni tipo di prodotto tessile.

Nei Paesi Bassi, KNN Cellulose ha sviluppato un prodotto con il marchio Recell®, dove le fibre di cellulosa vengono recuperate dagli impianti di trattamento delle acque reflue. KNN Cellulose ha finora esplorato l’uso di questo materiale nei compositi, anche se viene promosso anche l’uso nelle fibre.

Un ostacolo è la disponibilità di tessuto post-consumo/scarto tessile. Mentre la plastica è ora ampiamente raccolta e riciclata attraverso le raccolte comunali, lo stesso non si può dire per i tessili. Una maggiore disponibilità di tale materiale riciclato a basso costo aiuterebbe certamente e ci sono iniziative dell’UE per implementare schemi di riciclaggio. Si cercano fornitori e partner con disponibilità di tessili usati.

Inoltre, mentre la maggior parte dei riciclatori ha avuto successo con gli scarti di cotone di colore bianco, le fibre post-consumo contenenti fibre miste e coloranti sono molto più difficili da gestire.

Il costo di produzione o il costo del ciclo di riciclo per il processo della fibra di cellulosa rimane un problema. Nessuno dei produttori ha suggerito che l’economia della produzione si avvicini alla lavorazione della pasta di legno vergine, anche se ci si aspetta che una maggiore spinta da parte dei consumatori attraverso i proprietari di marchi per prodotti più “verdi”, una migliore disponibilità di materiale riciclato ed economie di scala con la crescita delle dimensioni degli impianti per il prodotto riciclato contribuiranno a costi di produzione molto più vicini a quelli della fibra vergine.

La società di innovazione del Gruppo Metsä, Metsä Spring Ltd., e la giapponese Itochu Corporation hanno creato una joint venture e un impianto di prova per una nuova tecnologia di conversione della pasta di carta in fibre tessili.

Altri sviluppi includono l’aggiunta di fibre di canapa al mix per fare “Lyohemp”. Questo è stato studiato da TITK in Germania. L’Università di Aarhus in Danimarca sta studiando fonti di cellulosa da colture proteiche verdi (erba). Altre iniziative che contribuiscono a un’economia a minore intensità di CO2 includono le tecniche di tintura della droga (studiate da Aditya Birla).

Le fibre di rayon vengono esaminate per l’uso, ad esempio, per il rinforzo dei pannelli interni delle auto come alternativa alle fibre a base di petrolio.

Il termine ‘nanocellulosa’ è usato per riferirsi ampiamente ai nanocristalli di cellulosa (CNC) che sono creati dall’idrolisi acida delle fibre di cellulosa. Negli Stati Uniti, Cotton Incorporated è un’organizzazione senza scopo di lucro finanziata dai coltivatori di cotone con l’obiettivo di creare maggiore valore nella catena del valore del cotone. Sta esaminando i modi per utilizzare il CNC degli scarti di cotone riciclato nei compositi. L’obiettivo è quello di generare materiali con proprietà migliori. Gli istituti di ricerca, tra cui i Research Institutes of Sweden (RISE), stanno studiando le fibre con nanocellulosa.

E’ inconcepibile che le fibre di cellulosa si avvicinino ad essere in grado di sostituire le fibre sintetiche nel prossimo futuro, dato che la domanda di poliestere, poliammide, ecc. continuerà a crescere con la crescita della popolazione mondiale e del PIL mondiale. Come per i prodotti chimici sostenibili e i polimeri in generale, le fibre di cellulosa sono uno strumento a nostra disposizione per affrontare gli obiettivi di riduzione della produzione di CO2 e gli obiettivi di riscaldamento globale. Ma bisogna fare di più a sostegno – il riciclaggio dei tessuti e la disponibilità dei proprietari di marchi e dei consumatori a pagare prezzi più alti per il materiale riciclato piuttosto che l’uso di più risorse forestali. Per quanto riguarda le fibre sintetiche e in generale, senza una riduzione della domanda, una maggiore dipendenza dal riciclaggio è poi essenziale se vogliamo avvicinarci agli obiettivi di sostenibilità.

Tuttavia, i cellulosici stanno crescendo (con un CAGR previsto del 2,8% fino al 2025) più velocemente di alcune fibre mature come l’acrilico o la poliammide, almeno al momento, a causa della morbidezza e dell’assorbimento dell’acqua – qualità simili al cotone.

Gillian Tweddle è Business Manager – Individual Project Studies presso Tecnon OrbiChem Ltd.