Cellulosafibrer:

Det förnyade intresset för fibrer som härrör från naturliga cellulosakällor (som inte är petrokemiska) har lett till att efterfrågan på sådana fibrer har ökat till 6 miljoner ton per år för närvarande, vilket är en ungefärlig fördubbling av efterfrågan sedan 2000, enligt Tecnon OrbiChems uppgifter om tillgång och efterfrågan.

Uttrycket ”cellulosafibrer” eller ”cellulosafibrer” omfattar en mängd olika undertyper av fibrer som ibland är mer kända som Rayon eller genom sina varumärkesnamn, eller undertypsnamn som viskos, lyocell, modal osv. Den viktigaste egenskapen hos alla dessa fibrer är att de tillverkas av naturlig cellulosamassa (eller i vissa fall numera av en del återvunnen cellulosamassa – vilket vi kommer att tala mer om nedan), och därför anses de inte vara syntetiska. Cellulosafibrer kallas dock också ofta i branschen för ”konstgjorda cellulosafibrer” (MMCF) eftersom deras framställning kräver bearbetning med petrokemikalier för att ta cellulosamassa och regenerera den i en form som gör att fibrerna kan spinnas, eller bearbetas för andra (mindre viktiga) användningsområden som t.ex. filmer.

Nonaturliga fibrer klassificeras ofta som ”syntetiska” om de härrör från petroleum, ”konstgjorda” om de härrör från bearbetning av naturmaterial, och båda tillsammans kallas ”konstgjorda fibrer”.

Varför finns det ett förnyat intresse för cellulosafibrer? Tecnon OrbiChem förstår att den främsta drivkraften kommer från användningen av blandningar av viskosstapel med bomull eller syntetiska staplar, för att ge tyget mjukhet och fuktabsorption. Viskos har 50 % högre fuktupptagningsförmåga än bomull, vilket innebär att en annan viktig avsättning är hygiendukar. Spelar hållbarheten hos en träbaserad fiber en roll i främjandet av viskos och lyocell? Feedback från ägare av modemärken som använder olika typer av syntetiska och naturliga fibrer i plagg tyder på att konsumenternas köpval ofta inte riktigt tar hänsyn till fibertypen – många konsumenter känner inte till skillnaden mellan syntetiska och naturliga fibrer – och att efterfrågan därför inte alltid styrs från konsumentnivån i värdekedjan, trots den negativa information som cirkulerar i medierna om plast och avskiljning av mikroplaster från textilier. Det finns dock en viss dragningskraft på marknaden från slutkunderna, av vilka en del gillar idén om fibrer som härstammar från naturen. Vissa tillverkare av t.ex. underkläder eller strumpor säger att de använder bambubaserad viskos.

Å andra sidan kan cellulosafibrer erbjuda egenskaper som ligger närmare bomullens än vad syntetiska fibrer kan erbjuda, plus att varumärkesägarna själva är medvetna om gröna mål och behovet för världen att minska beroendet av petrokemiska råvaror som leder till ökande koncentrationer av koldioxid i atmosfären. Cellulosafibrer från naturliga råvaror verkar därför vara ett attraktivt sätt att tillgodose behovet av alternativa, miljövänliga lösningar till petrokemiska fibrer för världens växande efterfrågan på fibrer.

Viskosfibrer är mycket mjuka och bekväma och används i allt större utsträckning i artiklar som bärs intill huden (underkläder) eller i ytterkläder där mjukheten är viktig (kofta, tröjor). Men nästan alltid i blandningar med hårdare fibrer eftersom viskos har dålig slitstyrka (strumpor av 100 % viskos skulle falla i bitar efter några få användningstillfällen). En växande användning är i våtservetter, där mjukhet kombineras med vattenabsorption och nedbrytbarhet.

Tecnon OrbiChem har följt den ökande globala efterfrågan på fibrer sedan 1980 och diagrammet nedan visar utvecklingen. Efterfrågan på fibrer är mycket starkt kopplad till tillväxten i världens totala BNP och detta driver den trend som ses. Den totala efterfrågan beräknas nå ~147 miljoner ton år 2030 (enligt diagrammet).

Med tanke på målet att minska koldioxidutsläppen verkar det i första hand självklart att ersätta en del av den efterfrågan på polyesterfibrer som visas i diagrammet med cellulosafibrer, om än från en relativt liten utgångspunkt då cellulosafibrerna endast utgör 6 miljoner ton av den totala efterfrågan.

Cellulosafibrer är emellertid inte så ”gröna” som det enkla påståendet att de kommer från naturliga källor antyder. Cellulosafiberindustrin själv medger fritt att mer skulle kunna och bör göras för att göra de kemiska processerna till cellulosafibrer mer miljövänliga. De två viktigaste processerna som används i världen är viskosprocessen – som producerar nästan 90 % av världens viskosfilament och stapelfibrer – och Lyocellprocessen som står för ytterligare 10 %. Viskosprocessen är beroende av mycket giftig koldisulfid (CS2) som lösningsmedel, och även om detta återvinns i processen finns det en utmaning i hanteringen av detta material samt utsläpp i atmosfären av avfall, inklusive svavel i luften och svavelsyra. Under de senaste åren har standarderna förbättrats i takt med att den senaste tekniken har fått större spridning.

Lyocellprocessen använder N-metylmorfin-N-oxid (NMNO) som lösningsmedel och med minskade avfallsvolymer anses den vara mer miljövänlig. Fokus på att minska insatsen av mycket giftigt CS2 har lett till utvecklingen av cellulosakarbamatprocessen som för närvarande ses som det mest gångbara alternativet för att ersätta eller eftermontera befintlig viskosteknik.

Kina är för närvarande världens överlägset ledande viskosfiberproducent. Under 2019 var produktionen av viskosstapel i Kina 3 672 kt enligt siffror från China Chemical and Fiber Economic Information (CCFEI). Tecnon OrbiChems uppskattning är att världsproduktionen 2019 var 4 528 kt, vilket innebär att Kina stod för 81 % av den globala produktionen.

Dessa frågor har föranlett ytterligare utveckling av lösningar för att göra cellulosafiberindustrin ”grönare”, där den mest diskuterade utvecklingen är möjligheten till återvinning. Ett antal företag och organisationer som deltog i konferensen beskrev framsteg när det gäller återvinning av cellulosafibrer från klädfabriker eller från återvinning efter konsumtion tillbaka till cellulosamassa. Den allmänna principen är att utvinna cellulosafibrer från bomulls- eller viskosrester, klädesplagg eller till och med blandade textilier som innehåller cellulosafibrer och att från dessa generera massa som kan blandas med nyproducerat foder från trä. Enligt en källa kan det finnas tillgång till 20 miljoner ton bomullsavfall per år och 10 miljoner ton viskosavfall per år, även om dessa siffror verkar stora med tanke på att produktionsvolymen för bomull inte överstiger 25 miljoner ton per år.

Företagen med sådana projekt är bland annat fiberföretaget Lenzing, som med sitt varumärke REFIBRA™ tillverkar Lyocell-fibrer baserade på återanvändning av bomullsrester och som har som mål att minska koldioxidutsläppen med 50 % fram till 2030, Infinited Fiber (Finland), som också använder sig av en CS2-fri process och som har kopplingar till stora modemärken, och Re:newcell i Sverige, som också har en Circulose®-produkt som tillverkas av bomullsrester som återvinns från slitna kläder. I Sverige arbetar Södra med lösningsmassa från återvunnen textil, även om den fortfarande befinner sig på utvecklingsstadiet. Företaget hävdar att det långsiktiga målet är att återanvända alla typer av textilprodukter.

I Nederländerna har KNN Cellulose utvecklat en produkt med varumärket Recell®, där cellulosafibrer återvinns från avloppsreningsverk. KNN Cellulose har hittills utforskat användningen av detta material i kompositer, även om användningen i fibrer också främjas.

Ett hinder är tillgången på textil efter konsumtion/avfall. Medan plast numera i stor utsträckning samlas in och återvinns via kommunala insamlingar, kan man inte säga detsamma om textilier. Större tillgång till sådant återvunnet material till låg kostnad skulle säkert hjälpa och det finns EU-initiativ för att införa återvinningssystem. Leverantörer och partner som har tillgång till begagnade textilier söks.

Fortfarande har de flesta återvinningsföretag haft framgång med vitfärgade bomullsrester, men fibrer efter konsumtion som innehåller blandade fibrer och färgämnen är betydligt svårare att hantera.

Produktionskostnaden eller kostnaden för återvinningskretsloppet för cellulosafiberprocessen är fortfarande ett problem. Ingen av producenterna har föreslagit att de ekonomiska aspekterna av produktionen kommer i närheten av att bearbeta jungfrulig trämassa, även om man förväntar sig att en större dragningskraft från konsumenter via varumärkesägare för ”grönare” produkter, bättre tillgång till återvunnet material och stordriftsfördelar i takt med att anläggningsstorleken för återvunna produkter ökar kommer att bidra till att produktionskostnaderna kommer att ligga mycket närmare kostnaderna för jungfrulig fiber.

Metsä Groups innovationsbolag Metsä Spring Ltd. och japanska Itochu Corporation har etablerat ett samriskföretag och en testanläggning för en ny teknik för att omvandla pappersmassa till textilfibrer.

Att lägga till hampfibrer i blandningen för att göra ”Lyohemp” är en annan utveckling. Detta undersöks av TITK i Tyskland. Cellulosakällor från gröna proteingrödor (gräs) undersöks av Århus universitet i Danmark. Andra initiativ som bidrar till en mindre koldioxidintensiv ekonomi är t.ex. tekniker för färgning av färgämnen (som undersöks av Aditya Birla).

Rayonfibrer undersöks för användning, till exempel för förstärkning av bilinteriörpaneler som ett alternativ till petroleumbaserade fibrer.

Uttrycket ”nanocellulosa” används för att i stort sett hänvisa till nanokristaller av cellulosa (CNC) som skapas genom syrahydrolys av cellulosafibrer. I USA är Cotton Incorporated en icke-vinstdrivande organisation som finansieras av bomullsodlare med målet att skapa ett ökat värde i bomullens värdekedja. Organisationen undersöker hur man kan använda CNC från återvunnen bomullsskrot i kompositmaterial. Målet är att skapa material med förbättrade egenskaper. Forskningsinstitut, däribland Research Institutes of Sweden (RISE), undersöker fibrer med nanocellulosa.

Det är otänkbart att cellulosafibrer kommer att komma i närheten av att kunna ersätta syntetiska fibrer inom en överskådlig framtid med tanke på att efterfrågan på polyester, polyamid etc. kommer att fortsätta att öka i takt med att världens befolkning växer och världens BNP ökar. I likhet med hållbara kemikalier och polymerer i allmänhet är cellulosafibrer ett av de verktyg som står till vårt förfogande för att uppnå målen för minskning av koldioxidutsläppen och den globala uppvärmningen. Men mer måste göras för att stödja – textilåtervinning och varumärkesägarnas och konsumenternas vilja att betala högre priser för återvunnet material i stället för att använda mer skogsresurser. När det gäller syntetiska fibrer och totalt sett, utan minskad efterfrågan, är det nödvändigt att i mycket högre grad förlita sig på återvinning om vi ska kunna närma oss hållbarhetsmålen.

Cellulosa växer dock (med en beräknad CAGR eller 2,8 % fram till 2025) snabbare än vissa mogna fibrer som akryl eller polyamid, åtminstone för närvarande, på grund av mjukhet och vattenabsorption – bomullsliknande egenskaper.

Gillian Tweddle är Business Manager – Individual Project Studies på Tecnon OrbiChem Ltd.