Cellulosevezels: Terug in de schijnwerpers

Herwonnen belangstelling voor vezels die zijn afgeleid van natuurlijke cellulose (niet-petrochemische) bronnen heeft de vraag naar dergelijke vezels doen toenemen tot 6 miljoen ton per jaar op dit moment, een ongeveer verdubbeling van de vraag sinds 2000, volgens de vraag- en aanbodgegevens van Tecnon OrbiChem.

De term “cellulosevezels” of “cellulosehoudende vezels” dekt een verscheidenheid van subtypes van vezels die soms beter bekend zijn als Rayon of onder hun merknamen, of sub-type benamingen zoals Viscose, Lyocell, Modal, enz. Het belangrijkste kenmerk van al deze vezels is dat zij worden vervaardigd uit natuurlijke cellulosepulp (of tegenwoordig in sommige gevallen uit een deel gerecycleerde cellulosepulp – waarover hieronder meer), en dus niet als synthetisch worden beschouwd. Cellulosevezels worden in de industrie echter ook vaak “kunstmatige cellulosevezels” (MMCF) genoemd, omdat voor de productie ervan een verwerking met petrochemische stoffen nodig is om cellulosepulp te nemen en deze te regenereren in een vorm die het mogelijk maakt vezels te spinnen, of te verwerken voor andere (meer minder belangrijke) toepassingen, zoals films.

Niet-natuurlijke vezels worden vaak geclassificeerd als “synthetisch” als ze zijn afgeleid van aardolie, “kunstmatig” als ze zijn afgeleid van de bewerking van natuurlijke materialen, waarbij beide samen worden aangeduid als “door de mens gemaakte vezels”.

Waarom is er hernieuwde belangstelling voor cellulosevezels? Tecnon OrbiChem begrijpt dat de belangrijkste drijfveer komt van het gebruik van mengsels van viscosestapelvezels met katoen of synthetische stapelvezels, om de stof zachtheid en vochtabsorptie te geven. Viscose heeft een 50% groter vochtabsorberend vermogen dan katoen, wat betekent dat een andere belangrijke afzetmogelijkheid in hygiënische doekjes ligt. Speelt de duurzaamheid van een van hout afgeleide vezel een rol bij de promotie van viscose en lyocell? Feedback van eigenaars van modemerken, die verschillende soorten synthetische en natuurlijke vezels gebruiken in kleding, suggereert dat bij de aankoopkeuze van consumenten vaak niet echt rekening wordt gehouden met het type vezel – veel consumenten kennen het verschil niet tussen synthetische en natuurlijke vezels – en dus wordt de vraag niet altijd gestuurd vanuit het consumentenniveau van de waardeketen, ondanks negatieve informatie die circuleert in de media over kunststoffen en het vrijkomen van microplastics uit textiel. Er is echter wel enige aantrekkingskracht op de markt vanuit de eindgebruikers, van wie sommigen het idee van vezels van natuurlijke oorsprong wel zien zitten. Sommige fabrikanten van bijvoorbeeld ondergoed of sokken beweren dat zij viscose op basis van bamboe gebruiken.

Aan de andere kant kunnen cellulosevezels eigenschappen bieden die dichter bij die van katoen liggen dan die van synthetische vezels, plus merkeigenaren zelf zijn zich bewust van groene doelstellingen en de noodzaak voor de wereld om minder afhankelijk te worden van de petrochemische grondstoffen die leiden tot toenemende concentraties van CO2 in de atmosfeer. Cellulosevezels van natuurlijke grondstoffen lijken dus een aantrekkelijke manier om te voorzien in de behoefte aan alternatieve, groene oplossingen voor vezels van petrochemische oorsprong voor de groeiende vraag naar vezels in de wereld.

Viscosevezels zijn zeer zacht en comfortabel en worden steeds vaker gebruikt in artikelen die op de huid worden gedragen (ondergoed), of in bovenkleding waar zachtheid van groot belang is (vesten, truien). Maar bijna altijd in mengsels met hardere vezels, omdat viscose slecht bestand is tegen schuren (sokken van 100% viscose zouden na een paar keer dragen in stukken vallen). Een toenemend gebruik is in doekjes, waar zachtheid wordt gecombineerd met waterabsorptie en afbreekbaarheid.

Tecnon OrbiChem heeft de stijgende wereldvraag naar vezels sinds 1980 gevolgd en onderstaande grafiek laat de ontwikkeling zien. De vraag naar vezels is zeer sterk gekoppeld aan de groei van het totale wereld-BBP en dit is de drijvende kracht achter de waargenomen trend. Verwacht wordt dat de totale vraag tegen 2030 ~147 miljoen ton zal bedragen (zoals in de grafiek is aangegeven).

Gezien de doelstelling om de CO2-uitstoot te verminderen, lijkt het in eerste instantie voor de hand te liggen om een deel van de in de grafiek getoonde vraag naar polyestervezels te vervangen door cellulosevezels, zij het vanuit een betrekkelijk klein startpunt wanneer cellulosevezels slechts 6 miljoen ton van de totale vraag uitmaken.

Cellulosevezels zijn echter niet zo “groen” als de simpele bewering dat zij uit natuurlijke bronnen afkomstig zijn, doet vermoeden. De cellulosevezelindustrie geeft zelf ruiterlijk toe dat er meer zou kunnen en moeten worden gedaan om de chemische processen om cellulosevezels te maken milieuvriendelijker te maken. De twee belangrijkste processen die wereldwijd worden toegepast zijn het viscose-proces – dat bijna 90% van de viscosefilament- en -stapelvezels in de wereld oplevert, en het lyocell-proces, dat goed is voor nog eens 10%. Het viscoseprocédé maakt gebruik van het uiterst giftige koolstofdisulfide (CS2) als oplosmiddel en hoewel dit in het proces wordt teruggewonnen, is er de uitdaging van het hanteren van dit materiaal en van de lozing in de atmosfeer van afvalstoffen zoals zwavel in de lucht en zwavelzuur. De laatste jaren zijn de normen verbeterd naarmate de nieuwste technologieën op grotere schaal werden toegepast.

Bij het lyocellprocédé wordt N-methylmorfoline N-oxide (NMNO) als oplosmiddel gebruikt en dit procédé wordt, gezien de geringere hoeveelheden afval, als milieuvriendelijker beschouwd. Aandacht voor vermindering van de input van het zeer giftige CS2 heeft geleid tot de ontwikkeling van het cellulosecarbamaatproces, dat momenteel wordt gezien als de meest levensvatbare optie om de bestaande viscose-technologie te vervangen of aan te passen.

China is momenteel verreweg ’s werelds grootste producent van viscosevezels. In 2019 bedroeg de productie van viscosestapelvezel in China 3.672 kt volgens cijfers van China Chemical and Fiber Economic Information (CCFEI). De schatting van Tecnon OrbiChem is dat de wereldproductie in 2019 4.528 kt bedroeg, wat betekent dat China 81% van de wereldproductie voor zijn rekening nam.

Deze kwesties hebben geleid tot de verdere ontwikkeling van oplossingen voor de “vergroening” van de cellulosevezelindustrie, met als meest besproken ontwikkeling de mogelijkheid van recycling. Een aantal op de conferentie aanwezige bedrijven en organisaties beschreef de vooruitgang op het gebied van de recycling van cellulosevezels uit kledingfabrieken of van post-consumer recycling terug tot cellulosepulp. Het algemene principe is cellulosevezels te extraheren uit katoen- of viscose-afval, kledingstukken of zelfs gemengd textiel dat cellulosevezels bevat, en daaruit pulp te genereren die kan worden gemengd met nieuwe grondstoffen die uit hout worden gewonnen. Eén bron suggereerde dat er 20 miljoen ton katoenafval per jaar beschikbaar zou kunnen zijn en 10 miljoen ton viscose-afval per jaar, hoewel deze aantallen groot lijken gezien het productievolume voor katoen niet meer bedraagt dan ~25 miljoen ton per jaar.

Bedrijven met dergelijke projecten zijn onder meer het grote vezelconcern Lenzing, met zijn REFIBRA™-merk dat Lyocell-vezels maakt op basis van hergebruik van katoenresten, en een bedrijfsdoelstelling om de CO2-uitstoot tegen 2030 met 50% te verminderen; Infinited Fiber (Finland), dat ook een CS2-vrij proces gebruikt en banden heeft met grote modemerken; en Re:newcell in Zweden, ook met zijn Circulose®-oplossende pulpproduct dat wordt gemaakt door katoen uit versleten kleren terug te winnen. In Zweden werkt Södra aan het oplossen van pulp uit gerecycleerd textiel, hoewel dit nog in de ontwikkelingsfase verkeert. Het bedrijf beweert dat het op lange termijn de bedoeling is elk type textielproduct opnieuw te gebruiken.

In Nederland heeft KNN Cellulose een product ontwikkeld onder de naam Recell®, waarbij cellulosevezels worden teruggewonnen uit rioolwaterzuiveringsinstallaties. KNN Cellulose heeft tot dusverre onderzoek gedaan naar het gebruik van dit materiaal in composieten, hoewel het gebruik in vezels ook wordt gestimuleerd.

Eén obstakel is de beschikbaarheid van post-consumer textiel/afvaltextiel. Terwijl kunststoffen nu op grote schaal worden ingezameld en gerecycleerd via gemeentelijke inzamelingen, kan hetzelfde niet worden gezegd van textiel. Een grotere beschikbaarheid van dergelijk gerecycled materiaal tegen lage kosten zou zeker helpen en er zijn EU-initiatieven om recyclingsystemen in te voeren. Er wordt gezocht naar leveranciers en partners die gebruikt textiel kunnen leveren.

Daarnaast is het zo dat, terwijl de meeste recyclingbedrijven succes hebben gehad met wit gekleurd katoenafval, post-consumer vezels die gemengde vezels en kleurstoffen bevatten aanzienlijk moeilijker te verwerken zijn.

De productiekosten of de kosten van de recyclingkringloop voor het cellulosevezelproces blijven een probleem. Geen van de producenten heeft gesuggereerd dat de productiekosten in de buurt komen van de verwerking van zuivere houtpulp, hoewel de verwachting bestaat dat een grotere vraag van consumenten via merkeigenaren naar “groenere” producten, een betere beschikbaarheid van gerecycleerd materiaal en schaalvoordelen naarmate de omvang van de fabriek voor gerecycleerde producten toeneemt, allemaal zullen bijdragen tot productiekosten die veel dichter bij die van zuivere vezels liggen.

Metsä Group’s innovatiebedrijf Metsä Spring Ltd. en het Japanse Itochu Corporation hebben een joint venture en een testfabriek opgericht voor een nieuwe technologie voor het omzetten van papier-grade pulp in textielvezels.

Andere ontwikkelingen zijn de toevoeging van hennepvezels aan de mix om “Lyohemp” te maken. Hiernaar wordt onderzoek gedaan door TITK in Duitsland. Cellulosebronnen uit groene eiwithoudende gewassen (gras) worden onderzocht door de Universiteit van Aarhus in Denemarken. Andere initiatieven die bijdragen tot een minder CO2-intensieve economie zijn onder meer technieken voor het verven van dope (onderzocht door Aditya Birla).

Rayonvezels worden onderzocht voor gebruik, bijvoorbeeld voor de versterking van auto-interieurpanelen, als alternatief voor op aardolie gebaseerde vezels.

De term “nanocellulose” wordt gebruikt om in het algemeen te verwijzen naar cellulose-nanokristallen (CNC) die ontstaan door de zure hydrolyse van cellulosevezels. In de VS is Cotton Incorporated een non-profitorganisatie die door katoentelers wordt gefinancierd met als doel de waarde van katoen in de waardeketen te verhogen. Zij onderzoekt manieren om CNC van gerecycleerd katoenafval te gebruiken in composietmaterialen. Het doel is materialen met verbeterde eigenschappen te genereren. Onderzoeksinstituten, waaronder de Zweedse Onderzoeksinstituten (RISE), doen onderzoek naar vezels met nanocellulose.

Het is ondenkbaar dat cellulosevezels in de nabije toekomst in staat zullen zijn synthetische vezels te vervangen, aangezien de vraag naar polyester, polyamide enz. zal blijven toenemen naarmate de wereldbevolking groeit en het wereld-BBP toeneemt. Net als bij duurzame chemicaliën en polymeren in het algemeen, zijn cellulosevezels een van de instrumenten waarover wij beschikken om de doelstellingen inzake de vermindering van de CO2-uitstoot en de opwarming van de aarde te bereiken. Maar er moet meer worden gedaan ter ondersteuning – van textielrecycling en de bereidheid van merkeigenaren en consumenten om hogere prijzen te betalen voor gerecycled materiaal in plaats van voor het gebruik van meer bosbestanden. Wat betreft synthetische vezels en in het algemeen, zonder vermindering van de vraag, veel meer vertrouwen op recycling is dan essentieel als we willen dicht bij duurzaamheid doelstellingen te komen.

Hoewel, cellulose groeit (met een verwachte CAGR of 2,8% tot 2025) sneller dan sommige volwassen vezels zoals acryl of polyamide, althans op dit moment, vanwege zachtheid en waterabsorptie — katoenachtige kwaliteiten.

Gillian Tweddle is Business Manager – Individual Project Studies bij Tecnon OrbiChem Ltd.