Spinn en bærekraftig moterevolusjon: Møt fysikerne som gjør tre til klær – Physics World

Du blir kanskje litt sjokkert over å vite at, ifølge en nylig EU-undersøkelse, er mote og klær over hele verden ansvarlig for 10 % av global CO₂ utslipp – det er mer enn internasjonale flyvninger og sjøfart til sammen. Det er nok ikke noe du tenker på når du drar på deg jeansen om morgenen, men klærne har en betydelig miljøkostnad.

Faktisk antyder estimater at produksjon av ett par jeans slipper ut rundt 16.2 kilo CO₂ – og likevel blir nesten 2625 kilo klær avfall hvert sekund. I tillegg tar det rundt 10,000 20,000–XNUMX XNUMX liter vann for å lage ett kilo bomull – omtrent den mengden som trengs for å produsere én t-skjorte og et par jeans – og kjemikaliene som brukes til farging og etterbehandling av produktet bidrar ytterligere til vannforurensning.

Selv om de fleste av oss kan være bekymret over disse bekymringsfulle tallene, Janne Poranen – en fysiker ved Teknisk forskningssenter i Finland (VTT) på den tiden – bestemte seg for å gjøre noe med det i 2014. Som leder for biomaterialer ved VTT – den største finske forsknings- og teknologiorganisasjonen – kunne han ikke la være å lure på om det var mulig å skape mer bærekraftige tekstiler; de laget med minimalt med vann, uten bruk av forurensende kjemikalier og med ubetydelig CO₂ utslipp. Med dette i tankene foreslo han et spin-off-selskap, sammen med sin VTT-teamleder, fysiker Juha Salmela. Duoen var med å grunnlegge Spinnova, et selskap som i dag forvandler cellulose fra Forest Stewardship Council (FSC)-sertifisert tre til tekstilfiber uten å bruke noen kjemikalier.

Spinn et garn

Gnisten til ideen til teknologien kom i 2009, da Salmela hørte et foredrag av Fritz Vollrath, en evolusjonsbiolog ved University of Oxford, hvor han skisserte likhetene mellom edderkoppsilke og nanocellulose. På det tidspunktet var Salmelas team fokusert på hvordan cellulosemasse flyter, og Salmela tenkte, "hva om trefiber kunne spinnes til tekstilfiber på en lignende måte som den naturlige prosessen til et edderkoppnett?"

Faktisk var Spinnova i stand til å mekanisk behandle tremasse til mikroskalafibre, som er justert i en kjede og trukket ut ved høyt trykk gjennom en liten dyse til en bomullslignende tråd. Fibrene tørkes deretter og samles opp, klare til å spinnes til garn. "Alle menneskeskapte cellulosefibre er basert på oppløsningsprosesser - vi løser ikke opp råstoffet," forklarer Poranen.

Disse nye fibrene bruker 99.5 % mindre vann og 74 % mindre CO₂-utslipp enn konvensjonell bomull, og er både resirkulerbare og biologisk nedbrytbare. I tillegg til å være kjemikaliefri, er Spinnova-fibre også fri for mikroplast. Innen 2033 anslår selskapet at fibrene kan erstatte 4 % av verdens 44 milliarder euro bomullsforsyning, noe som vil belaste miljøet mindre og potensielt forbedre sikkerheten for tekstilarbeidere.

Det tok Poranen og Salmela åtte år, fra etableringen av selskapet til kommersialisering, og i dag har de 37 internasjonale patenter og mer enn 40 patenter under behandling. Poranen mener at deres fysikkbakgrunn har lagt dem godt til rette for denne lange, men spennende reisen mot å løse moteindustriens avhengighet av miljøskadelige stoffer.

Går med flyten

Poranens vei som fysiker begynte under uvanlige omstendigheter. Han var akkurat ferdig med militærtjenesten i Finland, da han kom hjem for å finne et brev fra et av de mange universitetene han hadde søkt på. Den sa at Poranen kunne studere fysikk uten å ta opptaksprøve fordi han hadde fått så gode karakterer på videregående. Poranen startet behørig kl Universitetet i Jyväskylä i Finland, hvor han ble uteksaminert i 1997, sammen med en lærergrad. "Jeg fulgte – og gjør det fortsatt – med strømmen," sier han.

Poranen hadde i utgangspunktet planlagt å bli fysikklærer, men etter å ha hatt stor glede av sin mastergrad i flytdynamikk og reologi ved samme universitet, i samarbeid med tremasse- og papirbedriften Valmet, bestemte han seg for å fortsette med en doktorgrad. – I begynnelsen hadde jeg ingen planer om å ta en doktorgrad fordi jeg syntes fysikk var altfor vanskelig for meg, sier Poranen. "Jeg ble valgt ut til et masterprogram som hadde tett samarbeid mellom industrien og universitetet, og det var her jeg så på hva slags reologiske egenskaper som trengs for å få visse typer papirbelegg."

Poranen jobbet også ved VTT som forsker under doktorgraden, og før han fullførte den i 2001, endte han opp med å jobbe som utvekslingsforsker i mer enn ett år med Douglas Bousfield ved University of Maine i USA. Der lærte Poranen mer om å utvikle forenklede modeller for å representere industrielle prosesser, som papirbelegg og trykking, og hvordan man kan verifisere disse med eksperimenter. Når papirfibre behandles mekanisk, dannes finskala fibriller kalt cellulose nanofibriller (CNF). Som Poranen har lært, kan disse brukes i ulike applikasjoner som belegg, maling og medisinsk utstyr. Senere endte Bousfield opp som Poranens ph.d.-sensor.

Poranen visste tidlig at han foretrakk anvendt fysikk, og at en tradisjonell akademisk karriere ikke var veien for ham. Etter doktorgraden fortsatte han som forsker ved VTT, men tok snart på seg lederroller i skogbrukssektoren, som i hovedsak innebærer å føre tilsyn med produkter, aktiviteter og forvaltning av skog og skog – det være seg tømmer, dyrelivsstudier, biologisk mangfold, rekreasjon og mer. Poranen dekket en rekke jobber, fra å bygge nye kundekonsortier til å lede FoU-studier fra seks til åtte team som teknologisjef. "Vårt teams viktigste prestasjon var å utvikle VTTs forskning i skogsektoren til globalt ledende forskning," sier Poranen, som forble i den stillingen i nesten åtte år før han begynte å jobbe med VTTs forskning innen biomaterialer. Han ble leder for denne avdelingen og ledet seks forskerteam og 120 ansatte.

I 2011 valgte VTT ut sine fremtidige ledere til å delta på et årelangt program for virtuelt forretningsledelse og innovasjon på IMD Business School i Lausanne. Poranen gledet seg over å være en av de få som ble valgt ut til å delta, fra en gruppe på mer enn 3000 forskere. Han tror faktisk at det var dette programmet som ga ham selvtilliten til å sette opp Spinnova. Det var her han «lærte om ledelse, ledelse og strategi, sammen med å hjelpe meg med å se på det større bildet. Og det gjorde meg – en fra den sentrale finske skogen – modig nok til å komme med radikale innovasjoner.»

Spinner ut

Selv om Poranen hadde vært sjef for biomaterialer i VTT i rundt ett år, visste han i magen at teknologien som ble utviklet av Salmelas team var revolusjonerende. "Det var den beste innovasjonen jeg noen gang hadde sett komme ut av tremasse- og papirsektoren," sier han. Mens Poranen ikke var personlig involvert i detaljene i teknologien, fant han ut at "med min fysikkbakgrunn var det lett for meg å forstå at dette var en radikal innovasjon som måtte tas til industriell skala."

Poranen hadde møtt Salmela under studiene i fysikk. Ved å kombinere deres ekspertise trodde han at de sammen kunne flytte deres patenterte idé om å produsere tekstilfiber av cellulose fremover, og transformere moteindustrien. Tre nøkkelforskere fra Salmelas team – to fysikere og en ingeniør – ble med dem fra starten, noe som gjorde det lettere for selskapet å ta av. «Vi hadde all den kompetansen vi trengte, men måtte finne måter å skalere teknologien på fra laboratoriet; det var mye prøving og feiling, sier Poranen. I dag er Salmela teknologisjef i Spinnova.

Først så Spinnova på å lage filamentgarn fra papir-massefibre, men droppet det for bærekraftig mikrofibrillert cellulose (ofte referert til som nanocellulose) to år senere, etter å ha kjøpt den intellektuelle eiendommen fra VTT. "Det var en stor avgjørelse," sier Poranen. Til tross for skiftende roller – fra leder for biomaterialer i VTT til administrerende direktør i Spinnova (en stilling han hadde til 2022) – endret ikke mye seg, da han fortsatte å være involvert i strategien og finansieringen. Men Poranen erkjenner at arbeidet for sitt eget selskap gjorde hans ansvar og arbeidsmengde større. "Jeg har jobbet tjuefire-syv de siste syv årene," sier Poranen.

Men alt hans harde arbeid ga resultater. I 2019 startet Spinnova endelig et produksjonsanlegg i pilotskala i Jyväskylä, Finland. Flere anerkjente klesmerker som H&M, Adidas og Marimekko hadde allerede fattet interesse for fiberen og begynt å jobbe med Spinnovas forskning og utvikling. Deres opprinnelige produksjonsanlegg var bare en kjeller, men «i 2021 klarte vi å overbevise oss selv og våre partnere, Brasil-baserte suzano – verdens største tremasseprodusent – ​​at vi var klare til å skalere dette opp til det kommersielle nivået, sier han og legger til at prosessen deres bare lager «noe som ett bitte lite hår», så det har vært en utfordring å skalere opp.

Som det skjer, i slutten av mai i år første kommersielle anlegget produksjon av SPINNOVA®-fiber ble lansert. Drives av Woodspin – et joint venture mellom Spinnova og Suzano – målet deres er å årlig produsere 1000 tonn tekstilfiber fra ansvarlig dyrkede eukalyptustrær. "Spinnovas patenterte fiberproduksjonsprosess krever ingen skadelige kjemikalier eller oppløsning, og genererer heller ikke avfall eller mikroplast," forklarer Salmela. Han legger til at prosessen deres "har et 74 % mindre livssyklus karbonavtrykk og bruker 99.5 % mindre vann sammenlignet med konvensjonell bomullsproduksjon. Resultatet er en naturlig, bomullslignende tekstilfiber som oppfyller de strenge miljø- og ytelseskravene til både merker og forbrukere – og, gjennom fasiliteter som dette, kan nå produseres i stor skala.»

Skalering globalt

Selv om Poranen ikke lenger er ansvarlig for Spinnova på et operativt nivå, er han spent på at selskapet endelig har kommet seg i kommersiell skala. I sin nye rolle som administrerende styreleder i Spinnovas styre kan han nå trekke seg tilbake og se på selskapets langsiktige fremtid. «Som administrerende direktør var jeg i utgangspunktet ansvarlig for alt; alle kommer alltid tilbake til deg, spør om dette eller det er greit å gjøre eller hvordan du kan gå videre, og så videre, forklarer han. "Du driver praktisk talt hele selskapet, og det er en følelsesmessig berg-og-dal-bane, for den ene dagen kan selskapet være i en dårlig posisjon, men bra den neste."

Poranens mål er at Spinnova skal bli et verdensledende bærekraftig tekstilfiberselskap. "Den store drømmen er at vi er i stand til å skalere det opp globalt," sier han. For Poranen er lett tilgjengelig tremasse Spinnovas beste innsats for å oppnå masseskala. Men i prinsippet kan Spinnovas teknologi bruke alle typer cellulose – det være seg landbruks- eller bioavfallsbasert cellulose, eller lær- og tekstilavfall – for å produsere fiberen. Faktisk, fra og med september i år, inngikk Spinnova et samarbeid med det svenske tekstilgjenvinningsselskapet Renewcell å spinne tekstilavfallsbasert fiber til ny, biobasert tekstilfiber. Renewcells teknologi lar dem resirkulere tekstilavfall som bomull og viskose til et biologisk nedbrytbart masseprodukt kalt «Circulose», som deretter kan brukes til å produsere ny fiber. Så langt har Circulose kun blitt brukt til å lage menneskeskapte cellulosefibre, som viskose. Ved å samarbeide med Spinnova kan Circulose-masse nå brukes til å fremstille biobasert tekstilfiber, uten bruk av skadelige kjemikalier i fiberspinningsprosessen. Faktisk har Spinnova allerede produsert de første partiene for garn og stoff ved bruk av 100 % Circulose, og laget de første prototypene fra en blanding av bomull og Circulose-basert Spinnova-fiber. Spinnova anslår at de første forbrukerproduktene vil være tilgjengelige innen utgangen av 2024.

Til tross for utfordringene mener Poranen at hans fysikkekspertise har forberedt ham på alt. "Fysikken i seg selv er ekstremt tøff, men du lærer hvordan du løser nesten umulige problemer," sier han. "Den største leksjonen fysikk har lært meg er å ikke være redd for de utfordringene som kommer og fortsette å bevege seg fremover."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/spinning-a-sustainable-fashion-revolution-meet-the-physicists-turning-wood-into-clothes/