چرخش یک انقلاب مد پایدار: با فیزیکدانانی که چوب را به لباس تبدیل می‌کنند آشنا شوید - دنیای فیزیک

ممکن است تا حدی شوکه شوید که بدانید، طبق مطالعه اخیر اتحادیه اروپا (EU)، مد و لباس در سراسر جهان مسئول این امر است. 10 درصد CO جهانی₂ انتشار - این بیشتر از مجموع پروازهای بین المللی و حمل و نقل دریایی است. احتمالاً وقتی صبح شلوار جین خود را می‌پوشید، این چیزی نیست که به آن فکر کنید، اما لباس‌هایتان هزینه زیست محیطی قابل توجهی دارد.

در واقع، برآوردها حاکی از آن است که تولید یک شلوار جین حدود 16.2 کیلوگرم CO2625 منتشر می کند - و با این حال، تقریباً 10,000 کیلوگرم لباس در هر ثانیه زباله می شود. علاوه بر این، برای تولید یک کیلو پنبه حدود 20,000،XNUMX تا XNUMX،XNUMX لیتر آب لازم است - تقریباً مقدار مورد نیاز برای تولید یک تی شرت و یک شلوار جین - و مواد شیمیایی مورد استفاده برای رنگرزی و تکمیل محصول بیشتر به آلودگی آب کمک می کند.

در حالی که بیشتر ما ممکن است نگران این ارقام نگران کننده باشیم، جان پورانن - یک فیزیکدان در مرکز تحقیقات فنی فنلاند (VTT) در آن زمان - تصمیم گرفت در سال 2014 کاری در مورد آن انجام دهد. به عنوان رئیس بیومواد در VTT - بزرگترین سازمان تحقیقاتی و فناوری فنلاند - نمی‌توانست فکر کند که آیا امکان ایجاد منسوجات پایدارتر وجود داشت. آنهایی که با حداقل آب، بدون استفاده از مواد شیمیایی آلاینده و با CO ناچیز ساخته شده اند₂ انتشارات با در نظر گرفتن این موضوع، او به همراه فیزیکدان، رهبر تیم VTT خود، یک شرکت اسپین آف را پیشنهاد داد جوها سلملا. این دو نفر با هم تأسیس کردند اسپینوا، شرکتی که امروزه سلولز را از چوب تایید شده توسط شورای نگهبان جنگل (FSC) بدون استفاده از مواد شیمیایی به الیاف نساجی تبدیل می کند.

یک نخ بچرخانید

جرقه ایده این فناوری در سال 2009 بود، زمانی که Salmela صحبت های خود را شنید فریتز ولراث، زیست شناس تکاملی در دانشگاه آکسفورد، جایی که او شباهت های بین ابریشم عنکبوت و نانوسلولز را تشریح کرد. در آن زمان، تیم Salmela بر روی چگونگی جریان خمیر سلولز متمرکز بود، و Salmela فکر کرد، "اگر می‌توان الیاف چوب را به روشی مشابه فرآیند طبیعی تار عنکبوت به الیاف نساجی تبدیل کرد، چه؟

در واقع، Spinnova توانست خمیر چوب را به صورت مکانیکی پردازش کند و به الیاف میکرو مقیاس تبدیل کند که در یک زنجیره تراز شده و با فشار بالا از طریق یک نازل کوچک به یک نخ پنبه مانند کشیده می‌شوند. سپس الیاف خشک شده و جمع آوری می شوند و آماده چرخاندن به نخ می شوند. پورانن توضیح می‌دهد: «همه الیاف سلولز ساخته دست بشر بر اساس فرآیندهای انحلال هستند – ما هیچ‌گونه انحلال مواد خام را انجام نمی‌دهیم».

این الیاف جدید نسبت به پنبه معمولی 99.5 درصد آب کمتر و 74 درصد انتشار CO2033 کمتری مصرف می‌کنند و هم قابل بازیافت و هم زیست تخریب‌پذیر هستند. الیاف اسپینوا علاوه بر عاری بودن از مواد شیمیایی، فاقد میکروپلاستیک نیز هستند. تا سال 4، این شرکت تخمین می زند که الیاف آن می تواند جایگزین 44 درصد از پنبه XNUMX میلیارد یورویی جهان شود و فشار کمتری به محیط زیست وارد کند و به طور بالقوه ایمنی کارگران نساجی را بهبود بخشد.

Poranen و Salmela هشت سال طول کشید، از راه اندازی شرکت تا تجاری سازی، و امروز آنها 37 اختراع بین المللی و بیش از 40 اختراع در انتظار دارند. پورانن معتقد است که پیشینه فیزیک آنها آنها را برای این سفر طولانی و در عین حال هیجان انگیز به سمت حل وابستگی صنعت مد به پارچه های مضر برای محیط زیست آماده کرده است.

با جریان حرکت کنید

مسیر پورانن به عنوان یک فیزیکدان در شرایط غیرعادی آغاز شد. او به تازگی خدمت سربازی اجباری خود را در فنلاند به پایان رسانده بود که به خانه آمد و نامه ای از یکی از دانشگاه های متعددی که درخواست داده بود پیدا کرد. می‌گفت پورانن می‌توانست بدون شرکت در فیزیک درس بخواند، زیرا در دبیرستان نمرات خوبی کسب کرده بود. Poranen به درستی در آغاز شد دانشگاه یوآشکیله در فنلاند که در سال 1997 از آنجا فارغ التحصیل شد، همراه با مدرک تدریس. او می‌گوید: «من با این جریان پیش می‌رفتم - و هنوز هم هستم.

پورانن در ابتدا قصد داشت معلم فیزیک شود، اما پس از لذت بردن از کارشناسی ارشد خود در دینامیک جریان و رئولوژی در همان دانشگاه، همراه با شرکت خمیر و کاغذ. Valmet، تصمیم گرفت با مدرک دکترا ادامه دهد. پورانن می گوید: «در ابتدا هیچ برنامه ای برای گرفتن دکترا نداشتم، زیرا فکر می کردم فیزیک برای من خیلی سخت است. "من برای یک برنامه تحصیلات تکمیلی انتخاب شدم که همکاری نزدیکی بین صنعت و دانشگاه داشت، و اینجا جایی بود که به نوع خواص رئولوژیکی مورد نیاز برای دریافت انواع خاصی از کاربردهای پوشش کاغذ نگاه کردم."

پورانن همچنین در طول دوره دکتری خود در VTT به عنوان یک دانشمند پژوهشی کار کرد و قبل از تکمیل آن در سال 2001، در نهایت به مدت بیش از یک سال به عنوان یک محقق تبادلی کار کرد. داگلاس بوسفیلد در دانشگاه مین آمریکا در آنجا، پورانن درباره توسعه مدل‌های ساده‌شده برای نمایش فرآیندهای صنعتی، مانند پوشش کاغذ و چاپ، و چگونگی تأیید این موارد با آزمایش‌ها، اطلاعات بیشتری کسب کرد. هنگامی که الیاف کاغذ به صورت مکانیکی پردازش می شوند، فیبرهای در مقیاس ریز به نام نانوفیبریل های سلولزی (CNF) تولید می شوند. همانطور که Poranen یاد گرفت، اینها می توانند در کاربردهای مختلفی مانند پوشش، رنگ و وسایل پزشکی استفاده شوند. بعدها، بوسفیلد به عنوان ممتحن دکترای پورانن پایان یافت.

در اوایل، پورانن می دانست که فیزیک کاربردی را ترجیح می دهد و حرفه آکادمیک سنتی مسیری برای او نیست. پس از دکترا، او به عنوان یک دانشمند پژوهشی در VTT ادامه داد، اما به زودی نقش های مدیریتی در بخش جنگلداری را به عهده گرفت، که اساساً شامل نظارت بر محصولات، فعالیت ها و مدیریت جنگل ها و جنگل ها - اعم از چوب، مطالعات حیات وحش، تنوع زیستی، تفریح ​​و... بیشتر. پورانن مشاغل مختلفی را تحت پوشش قرار داد، از ساخت کنسرسیوم های مشتریان جدید تا مدیریت مطالعات تحقیق و توسعه از شش تا هشت تیم به عنوان مدیر فناوری. پورانن، که نزدیک به هشت سال در این سمت باقی ماند و پیش از شروع به کار بر روی تحقیقات VTT در مواد زیستی، می‌گوید: «دستاورد اصلی تیم ما توسعه تحقیقات VTT در بخش جنگل‌ها به تحقیقات پیشرو در سطح جهانی بود. او با مدیریت شش تیم تحقیقاتی و 120 کارمند، رئیس این بخش شد.

در سال 2011، VTT رهبران آینده خود را برای شرکت در یک برنامه یک ساله مدیریت کسب و کار مجازی و نوآوری انتخاب می کرد. IMD مدرسه کسب و کار در لوزان پورانن بسیار خوشحال بود که یکی از معدود افرادی بود که از بین بیش از 3000 محقق برای شرکت در این مراسم انتخاب شد. در واقع، او معتقد است این برنامه بود که به او اعتماد به نفس برای راه اندازی Spinnova داد. اینجا جایی بود که او «درباره رهبری، مدیریت و استراتژی یاد گرفت و به من کمک کرد تا به تصویر بزرگتر نگاه کنم. و این باعث شد که من - فردی از جنگل مرکزی فنلاند - به اندازه کافی جسارت داشته باشم که نوآوری های رادیکال ارائه دهم.

چرخیدن به بیرون

اگرچه پورانن حدود یک سال رئیس بیومواد در VTT بود، اما از درون خود می دانست که فناوری توسعه یافته توسط تیم Salmela انقلابی است. او می‌گوید: «این بهترین نوآوری بود که تا به حال از بخش خمیر و کاغذ بیرون آمد. در حالی که پورانن شخصاً درگیر جزئیات این فناوری نبود، دریافت که "با پیشینه فیزیک من، درک این نکته برایم آسان بود که این یک نوآوری رادیکال است که باید به مقیاس صنعتی کشیده شود."

پورانن سالملا را در دوره لیسانس خود در رشته فیزیک ملاقات کرده بود. با ترکیب تخصص آنها، او معتقد بود که با هم می توانند ایده ثبت اختراع خود را برای تولید الیاف نساجی از سلولز به جلو حرکت دهند و صنعت مد را متحول کنند. سه محقق کلیدی از تیم Salmela - دو فیزیکدان و یک مهندس - از همان ابتدا به آنها پیوستند و کار را برای شرکت آسان‌تر کردند. ما تمام صلاحیت‌های لازم را داشتیم، اما باید راه‌هایی برای مقیاس‌بندی فناوری از آزمایشگاه پیدا می‌کردیم. پورانن می گوید: آزمون و خطای زیادی وجود داشت. امروزه Salmela مدیر ارشد فناوری Spinnova است.

در ابتدا، Spinnova به ساخت نخ رشته ای از الیاف کاغذ-خمیر کاغذ نگاه کرد، اما دو سال بعد، پس از خرید مالکیت معنوی از VTT، آن را برای سلولز میکروفیبریل شده پایدار (که اغلب به عنوان نانوسلولز نامیده می‌شود) کنار گذاشت. پورانن می گوید: «این یک تصمیم بزرگ بود. علیرغم تغییر نقش - از رئیس بیومواد در VTT تا مدیر اجرایی Spinnova (مقام او تا سال 2022) - تغییر چندانی نکرد، زیرا او همچنان درگیر استراتژی و بودجه بود. اما پورانن تصدیق می کند که کار برای شرکت خودش مسئولیت ها و حجم کاری او را بزرگتر کرده است. پورانن می گوید: «من در هفت سال گذشته بیست و چهار و هفت سال کار می کردم.

اما تمام زحمات او نتیجه داد. در سال 2019 Spinnova سرانجام یک مرکز تولید در مقیاس آزمایشی در Jyväskylä فنلاند راه اندازی کرد. چندین برند معروف پوشاک مانند H&M، Adidas و Marimekko قبلاً به فیبر علاقه نشان داده بودند و شروع به کار با تحقیق و توسعه Spinnova کردند. مرکز تولید اولیه آنها فقط یک زیرزمین بود، اما «در سال 2021 ما توانستیم خود و شرکای خود را که مستقر در برزیل هستند متقاعد کنیم. سوزانو - بزرگترین تولید کننده خمیر چوب سخت در جهان - که ما آماده بودیم تا آن را به سطح تجاری ارتقا دهیم،" او می گوید که فرآیند آنها فقط "چیزی شبیه یک موی کوچک" می سازد، بنابراین افزایش مقیاس یک چالش بوده است.

همانطور که اتفاق می افتد، در پایان ماه مه امسال، اولین تاسیسات تجاری تولید فیبر SPINNOVA® راه اندازی شد. هدف آنها تولید سالانه 1000 تن الیاف نساجی از درختان اکالیپتوس است که توسط Woodspin - سرمایه گذاری مشترک بین Spinnova و Suzano اداره می شود. Salmela توضیح می دهد: «فرایند تولید الیاف ثبت شده Spinnova به مواد شیمیایی مضر یا انحلال نیاز ندارد و همچنین زباله یا میکروپلاستیک تولید نمی کند. او می افزاید که فرآیند آنها «74 درصد ردپای کربن چرخه زندگی کمتری دارد و در مقایسه با تولید پنبه معمولی 99.5 درصد آب کمتری مصرف می کند. نتیجه یک الیاف نساجی طبیعی و پنبه مانند است که نیازهای سخت محیطی و عملکردی برندها و مصرف کنندگان را برآورده می کند - و از طریق امکاناتی مانند این، اکنون می توان در مقیاس تولید کرد.

مقیاس جهانی

اگرچه پورانن دیگر در سطح عملیاتی مسئولیت اسپینوا را بر عهده ندارد، اما از اینکه این شرکت سرانجام به مقیاس تجاری رسیده است، هیجان زده است. در نقش جدید خود به عنوان رئیس اجرایی هیئت مدیره Spinnova، او اکنون می تواند عقب نشینی کند و به آینده بلندمدت شرکت نگاه کند. من به عنوان مدیرعامل اساساً مسئول همه چیز بودم. همه همیشه به سمت شما باز می گردند و می پرسند که آیا این یا آن کار خوب است یا چگونه به جلو حرکت کنید، و غیره،” او توضیح می دهد. "شما عملاً کل شرکت را اداره می کنید و این یک ترن هوایی احساسی است زیرا یک روز ممکن است شرکت در موقعیت بدی قرار بگیرد اما روز بعد خوب باشد."

هدف Poranen این است که Spinnova به یک شرکت پیشرو در زمینه الیاف نساجی پایدار تبدیل شود. او می گوید: «رویای بزرگ این است که بتوانیم آن را در سطح جهانی افزایش دهیم. برای پورانن، خمیر چوبی که به راحتی در دسترس است، بهترین گزینه اسپینوا برای دستیابی به مقیاس انبوه است. اما، در اصل، فناوری Spinnova می‌تواند از هر نوع سلولز - خواه سلولز کشاورزی یا ضایعات زیستی، یا ضایعات چرم و نساجی - برای تولید الیاف استفاده کند. در حقیقت، از شهریور امسالSpinnova با شرکت بازیافت پارچه سوئدی همکاری کرد Renewcell برای چرخاندن الیاف مبتنی بر ضایعات نساجی به الیاف نساجی جدید و زیستی. فن‌آوری Renewcell به آن‌ها اجازه می‌دهد ضایعات نساجی مانند پنبه و ویسکوز را به یک محصول خمیری زیست تخریب‌پذیر به نام «Circulose» بازیافت کنند، که سپس می‌تواند برای تولید الیاف جدید استفاده شود. تاکنون از سیرکولوز فقط برای ایجاد الیاف سلولزی مصنوعی مانند ویسکوز استفاده شده است. با همکاری با Spinnova، خمیر Circulose اکنون می تواند برای ساخت الیاف نساجی زیستی بدون استفاده از مواد شیمیایی مضر در فرآیند ریسندگی الیاف استفاده شود. در واقع، Spinnova قبلاً اولین دسته‌ها را برای نخ و پارچه با استفاده از 100% Circulose تولید کرده است و اولین نمونه‌های اولیه را از ترکیبی از پنبه و الیاف Spinnova مبتنی بر سیرکولوز ساخته است. Spinnova تخمین می زند که اولین محصولات مصرفی تا پایان سال 2024 در دسترس خواهد بود.

با وجود چالش ها، پورانن معتقد است که تخصص فیزیک او را برای همه چیز آماده کرده است. او می گوید: «فیزیک به خودی خود بسیار سخت است، اما شما یاد می گیرید که چگونه مسائل تقریبا غیرممکن را حل کنید. "بزرگترین درسی که فیزیک به من آموخت این است که از هر چالشی که پیش روی شماست نترسید و به حرکت رو به جلو ادامه دهید."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/spinning-a-sustainable-fashion-revolution-meet-the-physicists-turning-wood-into-clothes/