Udvikling af en bæredygtig moderevolution: Mød fysikerne, der forvandler træ til tøj – Physics World

Udvikling af en bæredygtig moderevolution: Mød fysikerne, der forvandler træ til tøj – Physics World

Tidsstempel: 3. oktober 2023 kl. 6

Janne Poranen er medstifter og administrerende formand for det finske start-up Spinnova, der spinder træmasse til bæredygtige fibre til tøj. Han taler med Julianna Photopoulos om at falde ind i en fysikkarriere og bruge celluloseteknologi til at hjælpe med at gøre modeindustrien mere bæredygtig.

Hænder trækker i spundet fiber
(Med høflighed: Spinnova)

Du bliver måske noget chokeret over at vide, at ifølge en nylig undersøgelse fra EU (EU) er mode og tøj på verdensplan ansvarlig for 10 % af den globale CO₂ emissioner – det er mere end internationale flyvninger og søfart tilsammen. Det er nok ikke noget, du tænker på, når du trækker i dine jeans om morgenen, men dit tøj har en betydelig miljøomkostning.

Faktisk tyder estimater på, at fremstilling af et par jeans udleder omkring 16.2 kg CO₂ - og alligevel bliver næsten 2625 kg tøj til spild hvert sekund. Derudover kræver det omkring 10,000-20,000 liter vand at lave ét kilo bomuld – omtrent den mængde, der skal til for at producere én t-shirt og et par jeans – og de kemikalier, der bruges til farvning og efterbehandling af produktet, bidrager yderligere til vandforurening.

Selvom de fleste af os måske er bekymrede over disse bekymrende tal, Janne Poranen – dengang fysiker ved det tekniske forskningscenter i Finland (VTT) – besluttede at gøre noget ved det i 2014. Som chef for biomaterialer hos VTT – den største finske forsknings- og teknologiorganisation – kunne han ikke lade være med at spekulere på, om det var muligt at skabe mere bæredygtige tekstiler; dem lavet med minimalt vand, uden brug af forurenende kemikalier og med ubetydelig CO2 emissioner. Med dette i tankerne foreslog han et spin-off-selskab sammen med sin VTT-teamleder, fysiker Juha Salmela. Duoen var med til at stifte Spinnova, en virksomhed, der i dag omdanner cellulose fra Forest Stewardship Council (FSC)-certificeret træ til tekstilfiber uden brug af kemikalier.

Spin et garn

Gnisten til ideen til teknologien kom i 2009, da Salmela hørte en tale af Fritz Vollrath, en evolutionsbiolog ved University of Oxford, hvor han skitserede lighederne mellem edderkoppesilke og nanocellulose. På det tidspunkt var Salmelas team fokuseret på, hvordan cellulosemasse flyder, og Salmela tænkte, "hvad nu hvis træfibre kunne spindes til tekstilfibre på samme måde som den naturlige proces i et edderkoppesvæv?"

Janne Poranen
Fysiker og øko-iværksætter Janne Poranen er med til at mindske tekstilindustriens miljøbelastning. (Med høflighed: Spinnova)

Faktisk var Spinnova i stand til mekanisk at forarbejde træmasse til mikroskalafibre, som er justeret i en kæde og trukket ud ved højt tryk gennem en lille dyse til en bomuldslignende tråd. Fibrene tørres derefter og opsamles, klar til at blive spundet til garn. "Alle menneskeskabte cellulosefibre er baseret på opløsningsprocesser - vi foretager ingen opløsning af råmaterialet," forklarer Poranen.

Disse nye fibre bruger 99.5 % mindre vand og 74 % mindre CO₂-emissioner end konventionel bomuld og er både genanvendelige og biologisk nedbrydelige. Udover at være kemikaliefri er Spinnova-fibre også fri for mikroplast. I 2033 anslår virksomheden, at dets fibre kan erstatte 4 % af verdens 44 milliarder euro bomuldsforsyning, hvilket belaster miljøet mindre og potentielt forbedre sikkerheden for tekstilarbejdere.

Det tog Poranen og Salmela otte år fra etableringen af ​​virksomheden til kommercialiseringen, og i dag har de 37 internationale patenter og mere end 40 undersøgte patenter. Poranen mener, at deres fysikbaggrund har sat dem godt op til denne lange, men spændende rejse mod at løse modeindustriens afhængighed af miljøskadelige stoffer.

Går med strømmen

Poranens vej som fysiker begyndte under usædvanlige omstændigheder. Han havde netop afsluttet sin værnepligt i Finland, da han kom hjem for at finde et brev fra et af de mange universiteter, han havde søgt ind på. Den sagde, at Poranen kunne læse fysik uden at tage en adgangsprøve, fordi han havde fået så gode karakterer på gymnasiet. Poranen startede behørigt kl Universitetet i Jyväskylä i Finland, hvorfra han dimitterede i 1997 sammen med en læreruddannelse. "Jeg gik - og gør det stadig - med strømmen," siger han.

Skyer af cellulose
Blå himmel tænkning Salmela hentede inspiration fra edderkopper, der spinde deres spind for at skabe tekstilfibre af cellulose. (Med høflighed: Spinnova)

Poranen havde oprindeligt planlagt at blive fysiklærer, men efter virkelig at have nydt sin Master i flowdynamik og reologi på samme universitet i samarbejde med papirmasse- og papirfirmaet Valmet, besluttede han at fortsætte med en ph.d. "I begyndelsen havde jeg ingen planer om at tage en ph.d., fordi jeg syntes, fysik var alt for hårdt for mig," siger Poranen. "Jeg blev udvalgt til en kandidatuddannelse, der havde et tæt samarbejde mellem industrien og universitetet, og det var her, jeg så på, hvilken slags rheologiske egenskaber der skal til for at få visse former for papircoating."

Poranen arbejdede også på VTT som forsker under sin ph.d., og før han afsluttede den i 2001, endte han med at arbejde som udvekslingsforsker i mere end et år med Douglas Bousfield ved University of Maine i USA. Der lærte Poranen mere om at udvikle forenklede modeller til at repræsentere industrielle processer, såsom papircoating og print, og hvordan man verificerer disse med eksperimenter. Når papirfibre behandles mekanisk, dannes der finskala fibriller kaldet cellulose nanofibriller (CNF). Som Poranen har erfaret, kan disse bruges i forskellige applikationer såsom coating, maling og medicinsk udstyr. Senere endte Bousfield som Poranens ph.d.-eksaminator.

Infografik, der viser tekstilers miljøpåvirkning
Mindske belastningen På verdensplan er mode og tøj ansvarlige for flere CO₂-udledninger end internationale flyvninger og søfart tilsammen. (Kilde: Europa-Parlamentet/Det Europæiske Miljøagentur)

Poranen vidste tidligt, at han foretrak anvendt fysik, og at en traditionel akademisk karriere ikke var vejen for ham. Efter sin ph.d. fortsatte han som forsker ved VTT, men påtog sig hurtigt ledelsesroller i skovbrugssektoren, som hovedsagelig involverer at føre tilsyn med produkter, aktiviteter og forvaltning af skove og skove – det være sig tømmer, dyrelivsstudier, biodiversitet, rekreation og mere. Poranen dækkede en række forskellige jobs, lige fra at bygge nye kundekonsortier til at lede R&D-undersøgelser fra seks til otte teams som teknologichef. "Vores teams vigtigste præstation var at udvikle VTT's forskning i skovsektoren til globalt førende forskning," siger Poranen, som forblev i denne stilling i næsten otte år, før han flyttede til at arbejde med VTT's forskning i biomaterialer. Han blev leder af denne afdeling og ledede seks forskerhold og 120 ansatte.

I 2011 valgte VTT sine fremtidige ledere til at deltage i et årelangt virtuelt virksomhedsledelse- og innovationsprogram kl. IMD Handelshøjskole i Lausanne. Poranen var glad for at være en af ​​de få, der blev udvalgt til at deltage, blandt en pulje på mere end 3000 forskere. Han mener faktisk, at det var dette program, der gav ham selvtilliden til at oprette Spinnova. Det var her, han "lærte om ledelse, ledelse og strategi, sammen med at han hjalp mig med at se på det større billede. Og det gjorde mig – en fra den centrale finske skov – modig nok til at komme med radikale innovationer.”

Spinder ud

Selvom Poranen havde været chef for biomaterialer hos VTT i omkring et år, vidste han i sin mave, at den teknologi, som Salmelas team udviklede, var revolutionerende. "Det var den bedste innovation, jeg nogensinde havde set komme ud af papirmasse- og papirsektoren," siger han. Mens Poranen ikke var personligt involveret i detaljerne i teknologien, fandt han ud af, at "med min fysikbaggrund var det let for mig at forstå, at dette var en radikal innovation, der skulle tages til industriel skala."

Spinnova fiber
I den syvende himmel Spinnovas revolutionerende fiberproduktionsproces involverer ingen skadelige kemikalier, og den genererer heller ikke affald eller mikroplast. (Med høflighed: Spinnova)

Poranen havde mødt Salmela under hans bachelorstudier i fysik. Ved at kombinere deres ekspertise troede han på, at de sammen kunne flytte deres patenterede idé om at producere tekstilfibre ud af cellulose fremad og transformere modeindustrien. Tre nøgleforskere fra Salmelas hold – to fysikere og en ingeniør – sluttede sig til dem fra starten, hvilket gjorde det lettere for virksomheden at komme i gang. “Vi havde al den kompetence, vi havde brug for, men var nødt til at finde på måder at skalere teknologien fra laboratoriet på; der var meget trial and error,” siger Poranen. I dag er Salmela Spinnovas teknologichef.

Først så Spinnova på at lave filamentgarn af papir-pulpfibre, men droppede det for bæredygtig mikrofibrilleret cellulose (ofte omtalt som nanocellulose) to år senere efter at have købt den intellektuelle ejendom fra VTT. "Det var en stor beslutning," siger Poranen. På trods af skiftende roller – fra chef for biomaterialer hos VTT til administrerende direktør for Spinnova (en stilling han havde indtil 2022) – ændrede sig ikke meget, da han fortsatte med at være involveret i strategien og finansieringen. Men Poranen erkender, at arbejdet for sin egen virksomhed gjorde hans ansvar og arbejdsbyrde større. "Jeg arbejdede syvogtyve i de sidste syv år," siger Poranen.

Fiberspindende hjul
Hjul væk Spinnova-fiber, som er afbilledet her, bliver spundet på sit Woodspin-anlæg, er fremstillet af træmasse fremstillet af certificerede, bæredygtigt dyrkede eukalyptustræer. (Med høflighed: Spinnova)

Men alt hans hårde arbejde gav pote. I 2019 startede Spinnova endelig et produktionsanlæg i pilotskala i Jyväskylä, Finland. Flere anerkendte tøjmærker som H&M, Adidas og Marimekko havde allerede interesseret sig for fiberen og begyndte at arbejde med Spinnovas forskning og udvikling. Deres oprindelige produktionsanlæg var kun en kælder, men "i 2021 var vi i stand til at overbevise os selv og vores partnere, der er baseret i Brasilien. Suzano – verdens største producent af hårdttræsmasse – at vi var klar til at skalere dette op til det kommercielle niveau,” siger han og tilføjer, at deres proces kun laver ”noget som et lille hår”, så det har været en udfordring at skalere op.

Som det sker, i slutningen af ​​maj i år første kommercielle anlæg producerer SPINNOVA® fiber blev lanceret. Drives af Woodspin – et joint venture mellem Spinnova og Suzano – deres mål er årligt at producere 1000 tons af deres tekstilfibre fra ansvarligt dyrkede eukalyptustræer. "Spinnovas patenterede fiberproduktionsproces kræver ingen skadelige kemikalier eller opløsning, og den genererer heller ikke affald eller mikroplast," forklarer Salmela. Han tilføjer, at deres proces "har et 74 % mindre CO99.5-fodaftryk i livscyklussen og bruger XNUMX % mindre vand sammenlignet med konventionel bomuldsproduktion. Resultatet er en naturlig, bomuldslignende tekstilfiber, der opfylder de strenge miljø- og ydeevnekrav fra både mærker og forbrugere – og gennem faciliteter som denne kan den nu produceres i stor skala.”

Skalering globalt

Selvom Poranen ikke længere er ansvarlig for Spinnova på et operationelt plan, er han begejstret for, at virksomheden endelig er kommet i kommerciel skala. I sin nye rolle som administrerende formand for Spinnovas bestyrelse kan han nu træde tilbage og se på virksomhedens langsigtede fremtid. ”Som administrerende direktør var jeg stort set ansvarlig for alt; alle kommer altid tilbage til dig og spørger, om dette eller hint er okay at gøre, eller hvordan man kommer videre, og så videre,” forklarer han. "Du driver praktisk talt hele virksomheden, og det er en følelsesmæssig rutsjebanetur, for den ene dag kan virksomheden være i en dårlig position, men den næste dag er den fint."

Modeller iført anorakker i en skov
Fra skove til mode Partnerskaber med papirmasseproducenter og modemærker har gjort det muligt at øge det bæredygtige produkt til kommerciel skala. (Med høflighed: Bergans)

Poranens mål er, at Spinnova skal blive en verdensførende bæredygtig tekstilfibervirksomhed. "Den store drøm er, at vi er i stand til at skalere det op globalt," siger han. For Poranen er let tilgængelig træmasse Spinnovas bedste bud på at opnå masseskala. Men i princippet kan Spinnovas teknologi bruge enhver form for cellulose – det være sig landbrugs- eller bioaffaldsbaseret cellulose eller læder- og tekstilaffald – til at producere deres fibre. Faktisk, fra september i år, samarbejdede Spinnova med svensk tekstilgenbrugsvirksomhed Forny celle at spinde tekstilaffaldsbaserede fibre til nye, biobaserede tekstilfibre. Renewcells teknologi giver dem mulighed for at genbruge tekstilaffald som bomuld og viskose til et biologisk nedbrydeligt papirmasseprodukt kaldet "Circulose", som derefter kan bruges til at producere nye fibre. Hidtil er Circulose kun blevet brugt til at skabe menneskeskabte cellulosefibre, såsom viskose. Ved at samarbejde med Spinnova kan Circulose pulp nu bruges til at fremstille biobaserede tekstilfibre uden brug af skadelige kemikalier i fiberspinningsprocessen. Faktisk har Spinnova allerede produceret de første partier til garn og stof ved hjælp af 100 % Circulose og lavet de første prototyper af en blanding af bomuld og Circulose-baserede Spinnova-fibre. Spinnova vurderer, at de første forbrugerprodukter vil være tilgængelige ved udgangen af ​​2024.

På trods af udfordringerne mener Poranen, at hans fysikekspertise har forberedt ham på alt. "Fysikken i sig selv er ekstremt hård, men du lærer at løse næsten umulige problemer," siger han. "Den største lektion, fysik har lært mig, er ikke at være bange for de udfordringer, der kommer på din vej, og at blive ved med at bevæge sig fremad."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden