持続可能なファッション革命を起こす: 木材を衣服に変える物理学者に会いましょう – Physics World

最近の欧州連合 (EU) の調査によると、世界のファッションと衣料品が 世界の二酸化炭素の 10%₂ 排出量 – これは国際線と海上輸送を合わせた額よりも多くなります。 朝、ジーンズを履くときにそんなことを考えることはないかもしれませんが、衣服には多大な環境コストが伴います。

実際、推定では、ジーンズ 16.2 本の製造で約 2625 キログラムの CO₂ が排出されますが、それでも毎秒 10,000 キロ近くの衣類が廃棄されています。 さらに、20,000キロの綿を作るには約XNUMX～XNUMXリットルの水が必要で、これはTシャツXNUMX枚とジーンズXNUMX本を生産するのに必要な量にほぼ相当し、製品の染色や仕上げに使用される化学物質がさらに水汚染の原因となります。

私たちのほとんどはこれらの憂慮すべき数字を懸念しているかもしれませんが、 ヤンネ・ポラネン – 当時フィンランド技術研究センター (VTT) の物理学者であった – は、2014 年にこの問題について何かをしようと決意しました。フィンランド最大の研究および技術組織である VTT の生体材料部門の責任者として、彼は、それが可能なのか疑問に思わずにはいられませんでした。より持続可能なテキスタイルを作成することが可能になりました。 最小限の水で作られ、汚染化学物質を使用せず、二酸化炭素もごくわずかしか発生しないもの₂ 排出量。 これを念頭に置いて、彼は VTT チームのリーダーである物理学者とともにスピンオフ会社を提案しました。 ユハ・サルメラ。 二人が共同設立した スピノバは現在、森林管理協議会 (FSC) 認証木材のセルロースを化学物質を一切使用せずに織物繊維に変換する企業です。

糸を紡ぐ

このテクノロジーのアイデアのきっかけは、2009 年にサルメラ氏が次の講演を聞いたときでした。 フリッツ・フォルラス、進化生物学者 オックスフォード大学そこで彼はクモの糸とナノセルロースの類似点について概説しました。 当時、サルメラ氏のチームはセルロースパルプがどのように流れるかに焦点を当てており、サルメラ氏は「蜘蛛の巣の自然なプロセスと同じような方法で木材繊維を繊維に紡ぐことができたらどうなるだろう？」と考えた。

実際、スピノバは木材パルプを機械的に加工してマイクロスケールの繊維にし、それを鎖状に並べ、小さなノズルを通して高圧で引き延ばして綿状の糸にすることに成功した。 その後、繊維は乾燥して集められ、糸に紡ぐ準備が整います。 「すべての人造セルロース繊維は溶解プロセスに基づいています。原料の溶解は一切行いません」とポラネン氏は説明します。

これらの新しい繊維は、従来のコットンよりも水の使用量が 99.5% 少なく、CO₂ 排出量が 74% 少なく、リサイクル可能で生分解性です。 Spinnova 繊維には化学物質が含まれていないことに加えて、マイクロプラスチックも含まれていません。 同社は、2033年までに世界の綿花供給量4億ユーロの44％が自社の繊維に置き換えられ、環境への負担が軽減され、繊維労働者の安全性が向上する可能性があると推定している。

ポラネンとサルメラは会社設立から商業化まで 37 年を要し、現在 40 件の国際特許を取得し、XNUMX 件以上の特許を申請中です。 ポラネンは、彼らの物理学の背景が、環境に有害な繊維へのファッション業界の依存を解決するという、長くて刺激的なこの旅に適していると信じています。

流れに乗って

ポラネンの物理学者としての道は、珍しい状況から始まりました。 彼はフィンランドでの義務兵役を終えたばかりで、家に帰ると、応募していた多くの大学のうちの一つからの手紙を見つけた。 ポラネン氏は高校で非常に良い成績を収めていたため、入学試験を受けずに物理学を学ぶことができたという。 ポラネンは正式にスタートした ユヴァスキュラ大学 フィンランドで教職課程を取得し、1997 年に卒業しました。 「私は昔も今も流れに乗っています」と彼は言う。

ポラネン氏は当初、物理学の教師になるつもりだったが、紙パルプ会社と協力して同じ大学で流れ力学とレオロジーの修士号をとても楽しんだ後、 VALMET、彼は博士課程に進むことを決めました。 「最初は、物理学は私にとって難しすぎると思ったので、博士号を取得する計画はありませんでした」とポラネンは言います。 「私は産業界と大学が緊密に連携する大学院プログラムに選ばれました。そこで、特定の種類の紙コーティング用途を実現するにはどのようなレオロジー特性が必要かを検討しました。」

ポラネンは、博士課程の在学中も研究科学者として VTT で働き、2001 年に博士課程を修了するまで、最終的には交換研究員として XNUMX 年以上働きました。 ダグラス・バスフィールド アメリカのメイン大学で。 そこでポラネン氏は、紙のコーティングや印刷などの工業プロセスを表す単純化されたモデルの開発と、これらを実験で検証する方法についてさらに学びました。 紙の繊維を機械的に処理すると、セルロースナノフィブリル（CNF）と呼ばれる微細なフィブリルが生成されます。 ポラネン氏が学んだように、これらはコーティング、塗料、医療機器などのさまざまな用途に使用できます。 その後、バスフィールドはポラネンの博士号試験官となった。

ポラネンは、自分が応用物理学を好むこと、そして伝統的な学者としてのキャリアが自分に向いていないことを早い段階から知っていました。 博士号を取得した後も、VTT で研究員を続けましたが、すぐに林業部門で管理職に就きました。林業部門では、木材、野生動物の研究、生物多様性、レクリエーション、森林など、森林と森林の製品、活動、管理の監督が基本的に含まれます。もっと。 ポラネンは、新しい顧客コンソーシアムの構築から、テクノロジー マネージャーとして 120 ～ XNUMX チームの研究開発研究の管理まで、さまざまな仕事を担当しました。 「私たちのチームの主な成果は、森林分野における VTT の研究を世界をリードする研究に発展させたことです」と、VTT の生体材料研究に移るまで XNUMX 年近くその職に留まったポラネン氏は言います。 彼はこの部門の責任者となり、XNUMX つの研究チームと XNUMX 人の従業員を管理しました。

2011 年、VTT は、XNUMX 年間にわたる仮想ビジネス管理およびイノベーション プログラムに参加する将来のリーダーを選出していました。 IMDビジネススクール ローザンヌで。 ポラネン氏は、3000 人を超える研究者の中から出席者に選ばれた数少ない人の XNUMX 人になれたことをうれしく思いました。 実際、彼はこのプログラムが Spinnova を設立する自信を与えてくれたと信じています。 ここで彼は「リーダーシップ、マネジメント、戦略について学び、同時に私が全体像を見るのを助けてくれました。」 そしてそのおかげで、フィンランド中央の森出身の私は、大胆な革新を思いつくようになりました。」

スピンアウト

ポラネン氏は VTT で生体材料部門の責任者を約 XNUMX 年務めていましたが、サルメラ氏のチームが開発している技術が革命的であることを直感していました。 「これは私がこれまで見た紙パルプ部門から生み出された最高のイノベーションでした」と彼は言います。 ポラネン氏はテクノロジーの詳細には個人的には関与していませんでしたが、「物理学の背景を持つ私には、これが産業規模で導入される必要のある根本的なイノベーションであることは容易に理解できました。」

ポラネンは物理学の学部で勉強していたときにサルメラに出会った。 彼らの専門知識を組み合わせることで、セルロースから繊維を製造するという特許取得済みのアイデアを前進させ、ファッション業界を変革できると彼は信じていました。 Salmela のチームから XNUMX 人の主要な研究者 (物理学者 XNUMX 名とエンジニア XNUMX 名) が最初から加わり、会社は軌道に乗りやすくなりました。 「私たちは必要な能力をすべて備えていましたが、研究室からテクノロジーを拡張する方法を考え出す必要がありました。 多くの試行錯誤がありました」とポラネンは言います。 現在、サルメラ氏は Spinnova の最高技術責任者です。

当初、スピノバは紙パルプ繊維からフィラメント糸を作ることを検討していましたが、2022年後にVTTから知的財産を購入した後、それをやめて持続可能なミクロフィブリル化セルロース（ナノセルロースと呼ばれることが多い）を開発しました。 「それは大きな決断でした」とポラネンは言う。 VTT のバイオマテリアル責任者から Spinnova の最高経営責任者 (XNUMX 年までその職にあった) まで役割が変わったにもかかわらず、戦略と資金調達に関わり続けたため、大きな変化はありませんでした。 しかし、ポラネン氏は、自分の会社で働くことで責任と仕事量が大きくなったと認めている。 「過去 XNUMX 年間、私は XNUMX 時間体制で働いていました」とポラネンは言います。

しかし、彼の努力はすべて報われました。 2019年、スピンノバはついにフィンランドのユヴァス​​キュラに試験規模の生産施設を開始した。 H&M、アディダス、マリメッコなどのいくつかの有名な衣料品ブランドがすでにこの繊維に興味を持ち、スピノバの研究開発に協力し始めていました。 当初の生産施設は単なる地下室でしたが、「2021 年には、ブラジルに本拠を置く当社とパートナーを納得させることができました」 スザノ 「世界最大の広葉樹パルプ生産者である当社には、これを商業レベルに拡大する準備ができていると確信しました」と彼は言い、彼らのプロセスでは「小さな髪の毛XNUMX本程度のもの」しか作られないため、規模を拡大するのは困難だったと付け加えた。

ところで、今年のXNUMX月末に、 初の商業施設 SPINNOVA®ファイバーの生産を開始しました。 Spinnova と Suzano の合弁事業である Woodspin が運営しており、その目標は、責任を持って栽培されたユーカリの木から年間 1000 トンの繊維を生産することです。 「Spinnova の特許取得済みの繊維製造プロセスでは、有害な化学薬品や溶解を必要とせず、廃棄物やマイクロプラスチックも生成しません」とサルメラ氏は説明します。 同氏は、彼らのプロセスは「従来の綿花生産と比較して、ライフサイクルにおける二酸化炭素排出量が 74% 小さく、水の使用量が 99.5% 少ない」と付け加えました。 その結果、ブランドと消費者の厳しい環境要求と性能要求を同様に満たす、天然の綿のような織物繊維が誕生し、このような施設を通じて大規模に生産できるようになりました。」

グローバルなスケーリング

ポラネン氏はもはや Spinnova の運営レベルでの責任を負っていませんが、同社がついに商業規模に到達したことに興奮しています。 Spinnova 取締役会の執行委員長としての新しい役割により、彼は一歩下がって会社の長期的な将来を見つめることができるようになりました。 「CEOとして私は基本的にすべての責任を負っていました。 誰もがいつもあなたのところに戻ってきて、あれやこれやをしてもいいのか、どうやって前に進むべきかなどを尋ねます。」と彼は説明します。 「事実上、会社全体を経営していることになりますが、感情的にはジェットコースターのようです。なぜなら、ある日会社が悪くなっても、次の日には大丈夫になる可能性があるからです。」

ポラネン氏の目標は、Spinnova が世界をリードする持続可能な繊維会社になることです。 「大きな夢は、それを世界規模に拡大できることです」と彼は言います。 ポラネンにとって、大量生産を達成するには、すぐに入手できる木材パルプがスピンノバの最善の策である。 しかし、原則として、スピンノバの技術は、農業用セルロースや生物廃棄物ベースのセルロース、皮革や繊維廃棄物など、あらゆる種類のセルロースを使用して繊維を製造することができます。 実際には、 今年XNUMX月現在, Spinnovaがスウェーデンの繊維リサイクル会社と提携 リニューセル 繊維廃棄物ベースの繊維を紡績して、新しいバイオベースの繊維繊維を生成します。 Renewcell の技術により、綿やビスコースなどの繊維廃棄物を「Circulose」と呼ばれる生分解性パルプ製品にリサイクルし、それを新しい繊維の生産に使用できるようになります。 これまでのところ、サーキュロースはビスコースなどの人造セルロース繊維を製造するためにのみ使用されてきました。 Spinnova と提携することにより、繊維紡糸プロセスで有害な化学物質を一切使用せずに、Circulose パルプを使用してバイオベース繊維繊維を製造できるようになりました。 実際、Spinnova はすでに 100% Circulose を使用した糸と生地の最初のバッチを生産しており、綿と Circulose ベースの Spinnova 繊維のブレンドから最初のプロトタイプを作成しました。 Spinnova は、最初の消費者向け製品が 2024 年末までに利用可能になると推定しています。

困難にもかかわらず、ポラネンは物理学の専門知識がすべてに備えることができたと信じています。 「物理学自体は非常に難しいものですが、ほぼ不可能な問題を解決する方法を学びます」と彼は言います。 「物理学が私に教えてくれた最大の教訓は、どんな困難が降りかかっても恐れず、前進し続けることです。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/spinning-a-sustainable-fashion-revolution-meet-the-physicists-turning-wood-into-clothes/