Fibre de celuloză: Din nou în centrul atenției

Interesul reînnoit pentru fibrele derivate din surse naturale de celuloză (non-petrochimice) a făcut ca cererea pentru astfel de fibre să crească până la 6 milioane de tone pe an în prezent, o dublare aproximativă a cererii din 2000 încoace, conform datelor privind oferta și cererea de la Tecnon OrbiChem.

Termenul ”fibre celulozice” sau ”fibre celulozice” acoperă o varietate de subtipuri de fibre care sunt uneori mai bine cunoscute sub numele de Rayon sau prin denumirile lor de marcă, sau nume de subtip, cum ar fi Viscose, Lyocell, Modal, etc. Caracteristica esențială a tuturor acestor fibre este că sunt fabricate din pastă de celuloză naturală (sau, în unele cazuri, în zilele noastre, dintr-o proporție de pastă de celuloză reciclată – despre care vom vorbi mai jos), prin urmare nu sunt considerate sintetice. Cu toate acestea, fibrele celulozice sunt, de asemenea, frecvent denumite în industrie ”fibre celulozice artificiale” (MMCF), deoarece generarea lor necesită procesarea cu substanțe petrochimice pentru a lua pasta celulozică și a o regenera într-o formă care să permită filarea fibrelor sau prelucrarea pentru alte utilizări (mai puțin importante), cum ar fi filmele.

Fibrele nenaturale sunt adesea subclasificate ca fiind „sintetice” dacă sunt derivate din petrol, „artificiale” dacă sunt derivate din prelucrarea materialelor naturale, ambele fiind denumite împreună „fibre artificiale”.

De ce există un interes reînnoit pentru fibrele celulozice? Tecnon OrbiChem înțelege că principalul impuls provine din utilizarea amestecurilor de vâscoză discontinuă cu bumbac sau fibre sintetice discontinue, pentru a conferi țesăturii moliciune și absorbție de umiditate. Viscoza are o capacitate de absorbție a umidității cu 50% mai mare decât cea a bumbacului, ceea ce înseamnă că o altă piață de desfacere importantă este cea a șervețelelor igienice. Are sustenabilitatea unei fibre derivate din lemn un rol în promovarea viscozei și a lyocellului? Feedback-ul de la proprietarii de mărci de modă, care folosesc diverse tipuri de fibre sintetice și naturale în articole de îmbrăcăminte, sugerează că alegerea de cumpărare a consumatorilor adesea nu ține cont cu adevărat de tipul de fibră – mulți consumatori nu cunosc diferența dintre fibrele sintetice și naturale – și, astfel, cererea nu este întotdeauna determinată de nivelul consumatorului din lanțul valoric, în ciuda informațiilor negative care circulă în mass-media cu privire la materialele plastice și la desprinderea microplasticelor din textile. Cu toate acestea, există totuși o anumită atracție a pieței din partea clienților finali, dintre care unii apreciază ideea de fibre derivate din natură. Unii producători de, de exemplu, lenjerie de corp sau șosete, proclamă că folosesc viscoză pe bază de bambus.

Pe de altă parte, fibrele celulozice pot oferi proprietăți mai apropiate de cele ale bumbacului decât cele pe care le pot oferi fibrele sintetice, plus că proprietarii de mărci sunt ei înșiși conștienți de obiectivele ecologice și de necesitatea ca lumea să reducă dependența de materiile prime petrochimice care duc la creșterea concentrațiilor de CO2 în atmosferă. Prin urmare, fibrele celulozice obținute din materii prime naturale par a fi o modalitate atractivă de a răspunde nevoii de soluții alternative și ecologice la fibrele de origine petrochimică pentru cererea mondială în creștere de fibre.

Fibrele de vâscoză sunt foarte moi și confortabile și sunt din ce în ce mai mult folosite în articole care sunt purtate lângă piele (lenjerie de corp) sau în îmbrăcămintea exterioară, unde moliciunea este foarte importantă (cardigane, jerseuri). Dar aproape întotdeauna în amestecuri cu fibre mai dure, deoarece vâscoza are o rezistență slabă la abraziune (șosetele din vâscoză 100% ar cădea în bucăți în câteva purtări). O utilizare din ce în ce mai răspândită este cea a șervețelelor, unde moliciunea este combinată cu absorbția apei și degradabilitatea.

Tecnon OrbiChem a monitorizat creșterea cererii mondiale de fibre încă din 1980, iar graficul de mai jos arată evoluția. Cererea de fibre este foarte puternic legată de creșterea PIB-ului mondial global și acest lucru determină tendința observată. Se preconizează că cererea totală va ajunge la ~147 de milioane de tone până în 2030 (așa cum se arată în diagramă).

Datorită obiectivului de reducere a producției de CO2, înlocuirea unei părți din cererea de fibre de poliester prezentată în diagramă cu fibre de celuloză pare, în primă instanță, un pas evident, deși pornind de la un punct de plecare relativ mic, când fibrele de celuloză reprezintă doar 6 milioane de tone din cererea totală.

Cu toate acestea, fibrele celulozice nu sunt atât de „verzi” pe cât sugerează simpla afirmație că provin din surse naturale. Însăși industria fibrelor celulozice recunoaște în mod liber că s-ar putea și ar trebui să se facă mai mult pentru ca procesele chimice de obținere a fibrelor celulozice să fie mai ecologice. Cele două procese cheie care funcționează la nivel mondial sunt procesul de vâscoză – care produce aproape 90% din filamentele și fibrele discontinue de vâscoză din lume – și procesul Lyocell, care reprezintă încă 10%. Procesul vâscozei se bazează pe disulfura de carbon (CS2), foarte toxică, ca solvent și, deși aceasta este recuperată în cadrul procesului, există o provocare în ceea ce privește manipularea acestui material, precum și evacuarea în atmosferă a deșeurilor, inclusiv a sulfului în aer și a acidului sulfuric. În ultimii ani, standardele au fost îmbunătățite pe măsură ce cele mai recente tehnologii au fost implementate pe scară mai largă.

Procesul Lyocell utilizează N-metilmorfolină N-oxid (NMNO) ca solvent și, datorită volumului redus de deșeuri, este considerat mai ecologic. Accentul pus pe diminuarea aportului de CS2, foarte toxic, a dus la dezvoltarea procesului de carbamat de celuloză, considerat în prezent ca fiind cea mai viabilă opțiune de înlocuire sau de modernizare a tehnologiei existente pentru vâscoză.

În prezent, China este de departe principalul producător mondial de fibre de viscoză. În 2019, producția de vâscoză discontinuă din China a fost de 3.672 kt, conform cifrelor China Chemical and Fiber Economic Information (CCFEI). Estimarea Tecnon OrbiChem este că producția mondială în 2019 a fost de 4.528 kt, ceea ce înseamnă că China a reprezentat 81% din producția mondială.

Aceste probleme au determinat dezvoltarea în continuare a unor soluții pentru „ecologizarea” industriei fibrelor celulozice, cea mai discutată evoluție fiind posibilitatea de reciclare. O serie de companii și organizații prezente la conferință au descris progresele înregistrate în reciclarea fibrelor celulozice din fabricile de confecții sau din reciclarea post-consumator înapoi la pasta de celuloză. Principiul general constă în extragerea fibrelor celulozice din resturi de bumbac sau vâscoză, din articole de îmbrăcăminte sau chiar din textile mixte care conțin fibre celulozice și, din acestea, generarea de celuloză care poate fi amestecată cu furaje virgine generate din lemn. O sursă a sugerat că ar putea exista o disponibilitate de 20 de milioane de tone pe an de deșeuri de bumbac și 10 milioane de tone pe an de deșeuri de viscoză, deși aceste cifre par mari, având în vedere că volumul producției de bumbac nu depășește ~25 de milioane de tone pe an.

Companii cu astfel de proiecte includ marele producător de fibre Lenzing, cu marca sa REFIBRA™ care produce fibre Lyocell pe baza reutilizării resturilor de bumbac și cu un obiectiv corporativ de reducere cu 50% a emisiilor de CO2 până în 2030; Infinited Fiber (Finlanda), care utilizează, de asemenea, un proces fără CS2 și care are legături cu branduri de modă de mare volum; și Re:newcell din Suedia, de asemenea cu produsul său Circulose® de celuloză dizolvantă realizat prin recuperarea bumbacului din hainele uzate. În Suedia, Södra lucrează la celuloză dizolvantă din textile reciclate, deși se află încă în faza de dezvoltare. Aceasta susține că obiectivul pe termen lung este de a reutiliza orice tip de produs textil.

În Olanda, KNN Cellulose a dezvoltat un produs denumit Recell®, în care fibrele celulozice sunt recuperate din stațiile de epurare a apelor uzate. KNN Cellulose a explorat până în prezent utilizarea acestui material în materiale compozite, deși este promovată și utilizarea în fibre.

Un obstacol este disponibilitatea textilelor post-consumator/deșeuri textile. În timp ce materialele plastice sunt acum colectate și reciclate pe scară largă prin intermediul colectărilor municipale, nu se poate spune același lucru despre textile. O mai mare disponibilitate a unor astfel de materiale reciclate la costuri reduse ar fi cu siguranță de ajutor și există inițiative ale UE pentru a pune în aplicare programe de reciclare. Se caută furnizori și parteneri cu disponibilitate de textile uzate.

În plus, în timp ce majoritatea reciclatorilor au avut succes cu resturile de bumbac de culoare albă, fibrele postconsumare care conțin fibre mixte și coloranți sunt semnificativ mai dificil de manipulat.

Costul de producție sau costul buclei de reciclare pentru procesul de prelucrare a fibrelor celulozice rămâne o problemă. Niciunul dintre producători nu a sugerat că economia de producție se apropie de cea a prelucrării pastei de lemn virgin, deși se așteaptă ca o mai mare atracție din partea consumatorilor, prin intermediul proprietarilor de mărci, pentru produse „mai ecologice”, o mai bună disponibilitate a materialelor reciclate și economiile de scară pe măsură ce dimensiunea fabricii pentru produsele reciclate crește, toate acestea vor contribui la costuri de producție mult mai apropiate de cele ale fibrelor virgine.

Compania de inovare a grupului Metsä, Metsä Spring Ltd. și compania japoneză Itochu Corporation au înființat o societate mixtă și o uzină de testare pentru o nouă tehnologie de conversie a pastei de hârtie în fibre textile.

Alte evoluții includ adăugarea de fibre de cânepă la amestec pentru a obține „Lyohemp”. Acest lucru este în curs de cercetare de către TITK în Germania. Sursele de celuloză din culturi proteice verzi (iarbă) sunt în curs de cercetare de către Universitatea Aarhus din Danemarca. Alte inițiative care contribuie la o economie cu emisii mai reduse de CO2 includ tehnicile de vopsire (cercetate de Aditya Birla).

Fibrele de raion sunt în curs de examinare pentru a fi utilizate, de exemplu, pentru consolidarea panourilor interioare ale automobilelor, ca o alternativă la fibrele pe bază de petrol.

Termenul „nanoceluloză” este utilizat pentru a se referi, în sens larg, la nanocristalele de celuloză (CNC) care sunt create prin hidroliza acidă a fibrelor de celuloză. În SUA, Cotton Incorporated este o organizație fără scop lucrativ finanțată de cultivatorii de bumbac cu obiectivul de a crea o valoare sporită în lanțul valoric al bumbacului. Aceasta analizează modalități de utilizare a CNC din deșeuri de bumbac reciclat în materiale compozite. Scopul este de a genera materiale cu proprietăți îmbunătățite. Institutele de cercetare, inclusiv institutele de cercetare din Suedia (RISE), studiază fibrele cu nanoceluloză.

Este de neconceput ca fibrele celulozice să se apropie de posibilitatea de a înlocui fibrele sintetice în viitorul previzibil, având în vedere că cererea de poliester, poliamidă etc. va continua să crească pe măsură ce populația lumii crește și PIB-ul mondial crește. Ca și în cazul produselor chimice durabile și al polimerilor în general, fibrele celulozice reprezintă un instrument pe care îl avem la dispoziție pentru a aborda obiectivele de reducere a producției de CO2 și de combatere a încălzirii globale. Dar trebuie să se facă mai mult pentru a sprijini – reciclarea textilelor și disponibilitatea proprietarilor de mărci și a consumatorilor de a plăti prețuri mai mari pentru materiale reciclate, mai degrabă decât pentru utilizarea mai multor resurse forestiere. În ceea ce privește fibrele sintetice și, în general, în lipsa unei reduceri a cererii, o dependență mult mai mare de reciclare este atunci esențială dacă dorim să ne apropiem de obiectivele de sustenabilitate.

Cu toate acestea, celuloza crește (cu un CAGR preconizat sau 2,8% până în 2025) mai rapid decât unele fibre mature, cum ar fi acrilicul sau poliamida, cel puțin în prezent, datorită moliciunii și absorbției de apă – calități asemănătoare bumbacului.

Gillian Tweddle este Business Manager – Studii de proiecte individuale la Tecnon OrbiChem Ltd.

.