Eine nachhaltige Moderevolution in Gang setzen: Treffen Sie die Physiker, die Holz in Kleidung verwandeln – Physics World

Sie werden vielleicht etwas schockiert sein, wenn Sie erfahren, dass laut einer aktuellen Studie der Europäischen Union (EU) Mode und Kleidung weltweit für die Umwelt verantwortlich sind 10 % des globalen CO₂ Emissionen – das ist mehr als internationale Flüge und Seeschifffahrt zusammen. Wahrscheinlich denken Sie nicht daran, wenn Sie morgens Ihre Jeans anziehen, aber Ihre Kleidung ist mit erheblichen Kosten für die Umwelt verbunden.

Tatsächlich gehen Schätzungen davon aus, dass die Herstellung einer Jeans etwa 16.2 Kilogramm CO₂ ausstößt – und dennoch werden jede Sekunde fast 2625 Kilogramm Kleidung zu Abfall. Darüber hinaus werden etwa 10,000 bis 20,000 Liter Wasser benötigt, um ein Kilo Baumwolle herzustellen – ungefähr die Menge, die für die Herstellung eines T-Shirts und einer Jeans benötigt wird – und die zum Färben und Veredeln des Produkts verwendeten Chemikalien tragen zusätzlich zur Wasserverschmutzung bei.

Während die meisten von uns über diese besorgniserregenden Zahlen besorgt sein könnten, Janne Poranen – damals Physiker am Technischen Forschungszentrum Finnlands (VTT) – beschloss 2014, etwas dagegen zu unternehmen. Als Leiter der Biomaterialien bei VTT – der größten finnischen Forschungs- und Technologieorganisation – kam er nicht umhin, sich zu fragen, ob das so ist war es möglich, nachhaltigere Textilien herzustellen; solche, die mit minimalem Wasserverbrauch, ohne den Einsatz umweltschädlicher Chemikalien und mit vernachlässigbarem COXNUMX-Ausstoß hergestellt werden₂ Emissionen. Vor diesem Hintergrund schlug er zusammen mit seinem VTT-Teamleiter, einem Physiker, ein Spin-off-Unternehmen vor Juha Salmela. Das Duo war Mitbegründer Spinnova, ein Unternehmen, das heute Zellulose aus vom Forest Stewardship Council (FSC) zertifiziertem Holz ohne den Einsatz von Chemikalien in Textilfasern umwandelt.

Seemannsgarn spinnen

Der Funke für die Idee zu dieser Technologie kam 2009, als Salmela einen Vortrag von hörte Fritz Vollrath, ein Evolutionsbiologe am University of Oxford, wo er die Ähnlichkeiten zwischen Spinnenseide und Nanozellulose darlegte. Damals konzentrierte sich Salmelas Team darauf, wie Zellulosezellstoff fließt, und Salmela dachte: „Was wäre, wenn Holzfasern auf ähnliche Weise wie ein Spinnennetz in der Natur zu Textilfasern gesponnen werden könnten?“

Tatsächlich gelang es Spinnova, Holzzellstoff mechanisch zu Mikrofasern zu verarbeiten, die in einer Kette angeordnet und unter hohem Druck durch eine winzige Düse zu einem baumwollähnlichen Faden gezogen werden. Anschließend werden die Fasern getrocknet und gesammelt, sodass sie dann zu Garn gesponnen werden können. „Alle künstlichen Zellulosefasern basieren auf Auflösungsprozessen – wir führen keine Auflösung des Rohmaterials durch“, erklärt Poranen.

Diese neuen Fasern verbrauchen 99.5 % weniger Wasser und 74 % weniger CO₂-Emissionen als herkömmliche Baumwolle und sind sowohl recycelbar als auch biologisch abbaubar. Spinnova-Fasern sind nicht nur frei von Chemikalien, sondern auch frei von Mikroplastik. Das Unternehmen schätzt, dass seine Fasern bis 2033 4 % des weltweiten Baumwollangebots im Wert von 44 Milliarden Euro ersetzen könnten, was die Umwelt weniger belasten und möglicherweise die Sicherheit für Textilarbeiter verbessern könnte.

Poranen und Salmela brauchten acht Jahre, von der Gründung des Unternehmens bis zur Kommerzialisierung, und heute verfügen sie über 37 internationale Patente und mehr als 40 angemeldete Patente. Poranen glaubt, dass ihr physikalischer Hintergrund sie gut für diese lange, aber spannende Reise zur Lösung der Abhängigkeit der Modebranche von umweltschädlichen Stoffen gerüstet hat.

Mit dem "Flow" gehen

Poranens Weg als Physiker begann unter ungewöhnlichen Umständen. Er hatte gerade seinen Wehrdienst in Finnland beendet, als er nach Hause kam und einen Brief von einer der vielen Universitäten vorfand, an denen er sich beworben hatte. Da hieß es, Poranen könne Physik studieren, ohne eine Aufnahmeprüfung abzulegen, weil er in der High School so gute Noten bekommen habe. Poranen startete ordnungsgemäß am Universität von Jyväskylä in Finnland, das er 1997 zusammen mit einem Lehramtsstudium abschloss. „Ich ließ mich mit dem Strom treiben – und tue es immer noch“, sagt er.

Poranen hatte ursprünglich vorgehabt, Physiklehrer zu werden, doch nachdem er seinen Master in Strömungsdynamik und Rheologie an derselben Universität in Zusammenarbeit mit dem Zellstoff- und Papierunternehmen wirklich genossen hatte Valmet, entschloss er sich, mit der Promotion fortzufahren. „Anfangs hatte ich nicht vor, zu promovieren, weil ich dachte, Physik wäre viel zu schwer für mich“, sagt Poranen. „Ich wurde für ein Graduiertenprogramm ausgewählt, das eine enge Zusammenarbeit zwischen der Industrie und der Universität beinhaltet, und dort habe ich mir angesehen, welche rheologischen Eigenschaften erforderlich sind, um bestimmte Arten von Papierbeschichtungsanwendungen zu erhalten.“

Poranen arbeitete während seiner Doktorarbeit auch als wissenschaftlicher Mitarbeiter am VTT und arbeitete vor seinem Abschluss im Jahr 2001 mehr als ein Jahr lang als Austauschforscher mit Douglas Bousfield an der University of Maine in den USA. Dort lernte Poranen mehr über die Entwicklung vereinfachter Modelle zur Darstellung industrieller Prozesse, etwa der Papierbeschichtung und des Papierdrucks, und wie man diese durch Experimente verifizieren kann. Bei der mechanischen Behandlung von Papierfasern entstehen feinteilige Fibrillen, sogenannte Cellulose-Nanofibrillen (CNF). Wie Poranen erfuhr, können diese in verschiedenen Anwendungen wie Beschichtungen, Farben und medizinischen Geräten eingesetzt werden. Später wurde Bousfield Poranens Doktorprüfer.

Poranen wusste schon früh, dass er die angewandte Physik bevorzugte und dass eine traditionelle akademische Laufbahn nicht der richtige Weg für ihn war. Nach seiner Promotion arbeitete er weiterhin als wissenschaftlicher Mitarbeiter am VTT, übernahm aber schon bald Führungspositionen im Forstsektor, wo es im Wesentlichen um die Überwachung von Produkten, Aktivitäten und der Bewirtschaftung von Wäldern und Wäldern geht – sei es Holz, Wildtierstudien, Biodiversität, Erholung usw mehr. Poranen war in einer Vielzahl von Aufgabenbereichen tätig, vom Aufbau neuer Kundenkonsortien bis zur Leitung von Forschungs- und Entwicklungsstudien von sechs bis acht Teams als Technologiemanager. „Der größte Erfolg unseres Teams bestand darin, die VTT-Forschung im Forstsektor zu einer weltweit führenden Forschung auszubauen“, sagt Poranen, der diese Position fast acht Jahre lang innehatte, bevor er sich der VTT-Forschung im Bereich Biomaterialien zuwandte. Er wurde Leiter dieser Abteilung und leitete sechs Forschungsteams und 120 Mitarbeiter.

Im Jahr 2011 wählte VTT seine zukünftigen Führungskräfte für die Teilnahme an einem einjährigen virtuellen Unternehmensführungs- und Innovationsprogramm aus IMD Business School in Lausanne. Poranen freute sich, einer der wenigen zu sein, die aus einem Pool von mehr als 3000 Forschern für die Teilnahme ausgewählt wurden. Tatsächlich glaubt er, dass es dieses Programm war, das ihm das Selbstvertrauen gab, Spinnova zu gründen. Hier lernte er „etwas über Führung, Management und Strategie und half mir, den Blick über das große Ganze zu richten.“ Und es hat mich – jemanden aus dem zentralfinnischen Wald – mutig genug gemacht, radikale Innovationen zu entwickeln.“

Ausdrehen

Obwohl Poranen seit rund einem Jahr Leiter der Abteilung Biomaterialien bei VTT war, wusste er tief in seinem Bauch, dass die von Salmelas Team entwickelte Technologie revolutionär war. „Es war die beste Innovation, die ich je im Zellstoff- und Papiersektor gesehen habe“, sagt er. Obwohl Poranen nicht persönlich an den Details der Technologie beteiligt war, stellte er fest, dass „ich mit meinem physikalischen Hintergrund leicht verstehen konnte, dass es sich um eine radikale Innovation handelte, die in den industriellen Maßstab umgesetzt werden musste.“

Poranen hatte Salmela während seines Physikstudiums kennengelernt. Er glaubte, dass sie durch die Kombination ihres Fachwissens gemeinsam ihre patentierte Idee, Textilfasern aus Zellulose herzustellen, vorantreiben und die Modebranche verändern könnten. Drei Schlüsselforscher aus Salmelas Team – zwei Physiker und ein Ingenieur – waren von Anfang an dabei und erleichterten dem Unternehmen den Start. „Wir verfügten über die nötige Kompetenz, mussten aber Wege finden, die Technologie vom Labor aus zu skalieren; Es gab viel Versuch und Irrtum“, sagt Poranen. Heute ist Salmela Chief Technology Officer von Spinnova.

Zunächst dachte Spinnova daran, Filamentgarn aus Papierzellstofffasern herzustellen, verwarf dies jedoch zwei Jahre später, nachdem es das geistige Eigentum von VTT gekauft hatte, und wechselte stattdessen zu nachhaltiger mikrofibrillierter Zellulose (oft auch als Nanozellulose bezeichnet). „Das war eine große Entscheidung“, sagt Poranen. Trotz wechselnder Rollen – vom Leiter Biomaterialien bei VTT zum CEO von Spinnova (eine Position, die er bis 2022 innehatte) – änderte sich nicht viel, da er weiterhin an der Strategie und Finanzierung beteiligt war. Aber Poranen räumt ein, dass die Arbeit für sein eigenes Unternehmen seine Verantwortung und Arbeitsbelastung größer gemacht hat. „Ich habe die letzten sieben Jahre rund um die Uhr gearbeitet“, sagt Poranen.

Aber all seine harte Arbeit hat sich gelohnt. Im Jahr 2019 startete Spinnova schließlich eine Produktionsanlage im Pilotmaßstab in Jyväskylä, Finnland. Mehrere renommierte Bekleidungsmarken wie H&M, Adidas und Marimekko hatten sich bereits für die Faser interessiert und begannen mit der Forschung und Entwicklung von Spinnova zusammenzuarbeiten. Ihre anfängliche Produktionsstätte war nur ein Keller, aber „im Jahr 2021 konnten wir uns und unsere in Brasilien ansässigen Partner überzeugen.“ Suzano – dem weltgrößten Hartholzzellstoffproduzenten –, dass wir bereit waren, dies auf kommerzielles Niveau zu bringen“, sagt er und fügt hinzu, dass ihr Prozess nur „so etwas wie ein winziges Haar“ herstellt, sodass die Skalierung eine Herausforderung darstellte.

Zufälligerweise Ende Mai dieses Jahres erste kommerzielle Anlage Die Produktion der SPINNOVA®-Faser wurde gestartet. Das von Woodspin, einem Joint Venture zwischen Spinnova und Suzano, betriebene Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, jährlich 1000 Tonnen seiner Textilfasern aus verantwortungsvoll angebauten Eukalyptusbäumen zu produzieren. „Das patentierte Faserherstellungsverfahren von Spinnova erfordert weder schädliche Chemikalien noch das Auflösen und erzeugt auch keinen Abfall oder Mikroplastik“, erklärt Salmela. Er fügt hinzu, dass ihr Prozess „im Vergleich zur konventionellen Baumwollproduktion einen um 74 % geringeren CO99.5-Fußabdruck über den Lebenszyklus hat und XNUMX % weniger Wasser verbraucht.“ Das Ergebnis ist eine natürliche, baumwollähnliche Textilfaser, die die strengen Umwelt- und Leistungsanforderungen von Marken und Verbrauchern gleichermaßen erfüllt – und mit Anlagen wie dieser jetzt in großem Maßstab hergestellt werden kann.“

Globale Skalierung

Obwohl Poranen auf operativer Ebene nicht mehr für Spinnova verantwortlich ist, freut er sich, dass das Unternehmen es endlich in den kommerziellen Maßstab geschafft hat. In seiner neuen Rolle als Vorstandsvorsitzender von Spinnova kann er nun einen Schritt zurücktreten und auf die langfristige Zukunft des Unternehmens blicken. „Als CEO war ich im Grunde für alles verantwortlich; Jeder kommt immer wieder zu Ihnen zurück und fragt, ob dies oder das in Ordnung ist oder wie es weitergeht und so weiter“, erklärt er. „Sie leiten praktisch das gesamte Unternehmen und es ist eine emotionale Achterbahnfahrt, denn an einem Tag kann das Unternehmen in einer schlechten Lage sein, am nächsten aber wieder in Ordnung.“

Poranens Ziel ist es, Spinnova zu einem weltweit führenden Unternehmen für nachhaltige Textilfasern zu machen. „Der große Traum ist, dass wir es weltweit ausbauen können“, sagt er. Für Poranen ist leicht verfügbarer Holzzellstoff Spinnovas beste Möglichkeit, Massenproduktion zu erreichen. Doch grundsätzlich kann Spinnovas Technologie jede Art von Zellulose – sei es landwirtschaftliche Zellulose, Zellulose aus Bioabfällen oder Leder- und Textilabfälle – zur Herstellung ihrer Fasern nutzen. Tatsächlich, Stand September dieses Jahres, Spinnova ist eine Partnerschaft mit einem schwedischen Textilrecyclingunternehmen eingegangen Zelle erneuern um Fasern aus Textilabfällen zu neuen, biobasierten Textilfasern zu verspinnen. Die Technologie von Renewcell ermöglicht es ihnen, Textilabfälle wie Baumwolle und Viskose zu einem biologisch abbaubaren Zellstoffprodukt namens „Circulose“ zu recyceln, das dann zur Herstellung neuer Fasern verwendet werden kann. Bisher wurde Circulose nur zur Herstellung künstlicher Zellulosefasern wie Viskose verwendet. Durch die Partnerschaft mit Spinnova kann Circulose-Zellstoff nun zur Herstellung biobasierter Textilfasern verwendet werden, ohne dass beim Faserspinnprozess schädliche Chemikalien eingesetzt werden müssen. Tatsächlich hat Spinnova bereits die ersten Garn- und Stoffchargen aus 100 % Circulose hergestellt und die ersten Prototypen aus einer Mischung aus Baumwolle und Spinnova-Fasern auf Circulosebasis hergestellt. Spinnova schätzt, dass die ersten Verbraucherprodukte bis Ende 2024 verfügbar sein werden.

Trotz der Herausforderungen ist Poranen davon überzeugt, dass ihn sein physikalisches Fachwissen auf alles vorbereitet hat. „Die Physik selbst ist extrem schwierig, aber man lernt, wie man nahezu unmögliche Probleme löst“, sagt er. „Die größte Lektion, die mir die Physik beigebracht hat, ist, keine Angst vor den Herausforderungen zu haben, die auf einen zukommen, und weiter voranzukommen.“

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoData.Network Vertikale generative KI. Motiviere dich selbst. Hier zugreifen.
• PlatoAiStream. Web3-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• PlatoESG. Kohlenstoff, CleanTech, Energie, Umwelt, Solar, Abfallwirtschaft. Hier zugreifen.
• PlatoHealth. Informationen zu Biotechnologie und klinischen Studien. Hier zugreifen.
• Quelle: https://physicsworld.com/a/spinning-a-sustainable-fashion-revolution-meet-the-physicists-turning-wood-into-clothes/