Quay cuộc cách mạng thời trang bền vững: gặp gỡ các nhà vật lý biến gỗ thành quần áo – Thế Giới Vật Lý

Quay cuộc cách mạng thời trang bền vững: gặp gỡ các nhà vật lý biến gỗ thành quần áo – Thế Giới Vật Lý

Dấu thời gian: 3 tháng 2023 năm 6 00:XNUMX sáng

Janne Poranen là người đồng sáng lập và chủ tịch điều hành của công ty khởi nghiệp Phần Lan Spinnova, chuyên quay bột gỗ thành sợi bền vững cho quần áo. Anh ấy nói chuyện với Julianna Photopoulos về việc theo đuổi sự nghiệp vật lý và sử dụng công nghệ xenlulo để giúp ngành thời trang bền vững hơn.

Bàn tay kéo sợi tơ
(Được phép: Spinnova)

Bạn có thể hơi sốc khi biết rằng, theo một nghiên cứu gần đây của Liên minh Châu Âu (EU), thời trang và quần áo trên toàn thế giới là nguyên nhân gây ra tình trạng này. 10% lượng COXNUMX toàn cầu₂ phát thải – nhiều hơn các chuyến bay quốc tế và vận tải biển cộng lại. Đó có thể không phải là điều bạn nghĩ tới khi mặc quần jean vào buổi sáng, nhưng quần áo của bạn sẽ gây ra tổn thất đáng kể cho môi trường.

Thật vậy, các ước tính cho thấy rằng quá trình sản xuất một chiếc quần jean thải ra khoảng 16.2 kg CO₂ - tuy nhiên, gần 2625 kg quần áo sẽ trở thành rác thải mỗi giây. Ngoài ra, cần khoảng 10,000–20,000 lít nước để tạo ra một kg bông - gần bằng lượng cần thiết để sản xuất một chiếc áo phông và một chiếc quần jean - và các hóa chất được sử dụng để nhuộm và hoàn thiện sản phẩm cũng góp phần gây ô nhiễm nguồn nước.

Trong khi hầu hết chúng ta có thể lo ngại về những con số đáng lo ngại này, Janne Poranen – một nhà vật lý tại Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Phần Lan (VTT) vào thời điểm đó – đã quyết định làm điều gì đó vào năm 2014. Với tư cách là người đứng đầu bộ phận vật liệu sinh học tại VTT – tổ chức nghiên cứu và công nghệ lớn nhất Phần Lan – ông không thể không tự hỏi liệu điều đó có đúng không? có thể tạo ra hàng dệt may bền vững hơn; những loại được làm bằng lượng nước tối thiểu, không sử dụng hóa chất gây ô nhiễm và lượng COXNUMX không đáng kể2 khí thải. Với suy nghĩ này, anh ấy đã đề xuất thành lập một công ty phụ, cùng với trưởng nhóm VTT, nhà vật lý học Juha Salmela. Bộ đôi đồng sáng lập Spinnova, một công ty ngày nay chuyển đổi xenlulô từ gỗ được Hội đồng Quản lý Rừng (FSC) chứng nhận thành sợi dệt mà không sử dụng bất kỳ hóa chất nào.

Quay một sợi

Ý tưởng về công nghệ này nảy sinh vào năm 2009, khi Salmela nghe bài nói chuyện của Fritz Vollrath, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Oxford, trong đó ông nêu ra những điểm tương đồng giữa tơ nhện và nanocellulose. Vào thời điểm đó, nhóm của Salmela đang tập trung vào cách bột giấy xenlulo chảy và Salmela nghĩ, “điều gì sẽ xảy ra nếu sợi gỗ có thể được kéo thành sợi dệt theo cách tương tự như quá trình tự nhiên của mạng nhện?”

Janne Poranen
Nhà vật lý và doanh nhân sinh thái Janne Poranen đang giúp giảm bớt tác động môi trường của ngành dệt may. (Được phép: Spinnova)

Thật vậy, Spinnova đã có thể xử lý cơ học bột gỗ thành các sợi cực nhỏ, được sắp xếp thành chuỗi và được kéo ra ở áp suất cao thông qua một vòi phun nhỏ thành sợi giống như bông. Các sợi sau đó được sấy khô và thu thập, sẵn sàng để xe thành sợi. Poranen giải thích: “Tất cả các sợi xenlulo nhân tạo đều dựa trên các quá trình hòa tan – chúng tôi không thực hiện bất kỳ quá trình hòa tan nguyên liệu thô nào”.

Những loại sợi mới này sử dụng ít nước hơn 99.5% và lượng khí thải CO₂ ít hơn 74% so với bông thông thường, đồng thời đều có thể tái chế và phân hủy sinh học. Ngoài việc không chứa hóa chất, sợi Spinnova còn không có hạt vi nhựa. Đến năm 2033, công ty ước tính rằng sợi của họ có thể thay thế 4% nguồn cung bông trị giá 44 tỷ euro của thế giới, giảm bớt căng thẳng cho môi trường và có khả năng cải thiện sự an toàn cho công nhân dệt may.

Poranen và Salmela phải mất 37 năm, từ khi thành lập công ty đến thương mại hóa, và ngày nay họ có 40 bằng sáng chế quốc tế và hơn XNUMX bằng sáng chế đang chờ xử lý. Poranen tin rằng nền tảng vật lý đã giúp họ chuẩn bị tốt cho hành trình dài nhưng thú vị này nhằm giải quyết sự phụ thuộc của ngành thời trang vào các loại vải có hại cho môi trường.

Trôi theo dòng chảy

Con đường trở thành nhà vật lý của Poranen bắt đầu trong những hoàn cảnh bất thường. Anh vừa hoàn thành nghĩa vụ quân sự bắt buộc ở Phần Lan thì về nhà và nhận được lá thư từ một trong nhiều trường đại học mà anh đã nộp đơn đăng ký. Người ta nói Poranen có thể học vật lý mà không cần thi đầu vào vì cậu đạt điểm cao ở trường trung học. Poranen đã khởi đầu đúng lúc Đại học Jyväskylä ở Phần Lan, nơi anh tốt nghiệp năm 1997, cùng với bằng giảng dạy. “Tôi đã – và vẫn đang – đi theo dòng chảy,” anh nói.

Đám mây xenlulo
suy nghĩ bầu trời xanh Salmela lấy cảm hứng từ những con nhện giăng mạng để tạo ra sợi dệt từ xenlulo. (Được phép: Spinnova)

Poranen ban đầu dự định trở thành một giáo viên vật lý, nhưng sau khi thực sự yêu thích chương trình Thạc sĩ về động lực học dòng chảy và lưu biến học tại cùng một trường đại học, kết hợp với công ty giấy và bột giấy. Valmet, anh quyết định học tiếp bằng tiến sĩ. Poranen nói: “Lúc đầu, tôi không có ý định học tiến sĩ vì tôi nghĩ vật lý quá khó đối với tôi”. “Tôi đã được chọn vào một chương trình sau đại học có sự hợp tác chặt chẽ giữa ngành công nghiệp và trường đại học, và đây là nơi tôi xem xét loại đặc tính lưu biến nào cần thiết để có được một số loại ứng dụng phủ giấy nhất định.”

Poranen cũng từng làm việc tại VTT với tư cách là nhà khoa học nghiên cứu trong thời gian học Tiến sĩ và trước khi hoàn thành công việc này vào năm 2001, Poranen đã làm nhà nghiên cứu trao đổi trong hơn một năm với Douglas Bousfield tại Đại học Maine ở Mỹ. Ở đó, Poranen đã học thêm về cách phát triển các mô hình đơn giản hóa để thể hiện các quy trình công nghiệp, chẳng hạn như phủ giấy và in ấn, cũng như cách xác minh những mô hình này bằng các thí nghiệm. Khi sợi giấy được xử lý cơ học, các sợi nhỏ có kích thước nhỏ gọi là sợi nano cellulose (CNF) được tạo ra. Như Poranen đã học được, chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như lớp phủ, sơn và thiết bị y tế. Sau đó, Bousfield trở thành giám khảo tiến sĩ của Poranen.

Infographic cho thấy tác động môi trường của hàng dệt may
Giảm tải Trên toàn thế giới, thời trang và quần áo là nguyên nhân tạo ra nhiều lượng khí thải CO₂ hơn so với các chuyến bay quốc tế và vận chuyển hàng hải cộng lại. (Nguồn: Nghị viện Châu Âu/Cơ quan Môi trường Châu Âu)

Ngay từ đầu, Poranen đã biết rằng ông thích vật lý ứng dụng hơn và sự nghiệp hàn lâm truyền thống không phải là con đường dành cho ông. Sau khi lấy bằng tiến sĩ, ông tiếp tục làm nhà khoa học nghiên cứu tại VTT, nhưng sớm đảm nhận vai trò quản lý trong ngành lâm nghiệp, về cơ bản liên quan đến việc giám sát các sản phẩm, hoạt động và quản lý rừng – có thể là gỗ, nghiên cứu động vật hoang dã, đa dạng sinh học, giải trí và hơn. Poranen đảm nhận nhiều công việc khác nhau, từ xây dựng tập đoàn khách hàng mới đến quản lý nghiên cứu R&D từ sáu đến tám nhóm với tư cách là giám đốc công nghệ. Poranen, người đã giữ vị trí đó gần 120 năm trước khi chuyển sang làm nghiên cứu về vật liệu sinh học của VTT, cho biết: “Thành tựu chính của nhóm chúng tôi là phát triển nghiên cứu của VTT trong lĩnh vực lâm nghiệp thành nghiên cứu hàng đầu toàn cầu”. Ông trở thành trưởng phòng này, quản lý sáu nhóm nghiên cứu và XNUMX nhân viên.

Năm 2011, VTT đã lựa chọn các nhà lãnh đạo tương lai của mình để tham dự chương trình đổi mới và quản lý kinh doanh ảo kéo dài một năm tại IMD Business School ở Lausanne. Poranen rất vui khi là một trong số ít người được chọn tham dự, trong số hơn 3000 nhà nghiên cứu. Quả thực, anh tin rằng chính chương trình này đã mang lại cho anh sự tự tin để thành lập Spinnova. Đây là nơi anh ấy “học về khả năng lãnh đạo, quản lý và chiến lược, đồng thời giúp tôi có cái nhìn tổng thể hơn. Và nó đã khiến tôi – một người đến từ khu rừng miền trung Phần Lan – đủ dũng cảm để nghĩ ra những đổi mới căn bản.”

Quay ra

Mặc dù Poranen đã là người đứng đầu bộ phận vật liệu sinh học tại VTT trong khoảng một năm, nhưng trong thâm tâm ông biết rằng công nghệ đang được nhóm của Salmela phát triển là một cuộc cách mạng. Ông nói: “Đó là sự đổi mới tốt nhất mà tôi từng thấy trong lĩnh vực giấy và bột giấy”. Mặc dù Poranen không trực tiếp tham gia vào các chi tiết của công nghệ, nhưng ông nhận thấy rằng “với nền tảng vật lý của mình, tôi dễ dàng hiểu rằng đây là một sự đổi mới căn bản cần phải được đưa lên quy mô công nghiệp”.

Sợi Spinnova
Trên chín tầng mây Quy trình sản xuất sợi mang tính cách mạng của Spinnova không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào cũng như không tạo ra chất thải hoặc hạt vi nhựa. (Được phép: Spinnova)

Poranen đã gặp Salmela trong thời gian học đại học về vật lý. Bằng cách kết hợp kiến ​​thức chuyên môn của họ, ông tin rằng họ có thể cùng nhau phát triển ý tưởng đã được cấp bằng sáng chế về sản xuất sợi dệt từ xenlulo và thay đổi ngành công nghiệp thời trang. Ba nhà nghiên cứu chủ chốt trong nhóm của Salmela – hai nhà vật lý và một kỹ sư – đã tham gia cùng họ ngay từ đầu, giúp công ty phát triển dễ dàng hơn. “Chúng tôi có tất cả năng lực cần thiết nhưng phải tìm ra cách để mở rộng quy mô công nghệ từ phòng thí nghiệm; đã có rất nhiều thử nghiệm và sai sót,” Poranen nói. Ngày nay, Salmela là giám đốc công nghệ của Spinnova.

Lúc đầu, Spinnova xem xét việc sản xuất sợi stein từ sợi giấy-bột giấy, nhưng đã chuyển sang sản xuất sợi cellulose vi sợi bền vững (thường được gọi là nanocellulose) hai năm sau đó, sau khi mua tài sản trí tuệ từ VTT. “Đó là một quyết định lớn,” Poranen nói. Mặc dù đã thay đổi vai trò – từ người đứng đầu bộ phận vật liệu sinh học tại VTT sang giám đốc điều hành của Spinnova (vị trí mà ông giữ cho đến năm 2022) – không có nhiều thay đổi khi ông tiếp tục tham gia vào chiến lược và tài trợ. Nhưng Poranen thừa nhận rằng làm việc cho công ty riêng khiến trách nhiệm và khối lượng công việc của anh trở nên lớn hơn. “Tôi đã làm việc XNUMX/XNUMX trong bảy năm qua,” Poranen nói.

Bánh xe quay sợi
Bánh xe đi Sợi Spinnova, trong hình ở đây đang được kéo thành sợi tại cơ sở Woodspin, được sản xuất từ ​​bột gỗ làm từ cây bạch đàn được trồng bền vững, đã được chứng nhận. (Được phép: Spinnova)

Nhưng mọi công sức của anh đã được đền đáp. Năm 2019, Spinnova cuối cùng đã bắt đầu xây dựng cơ sở sản xuất quy mô thí điểm ở Jyväskylä, Phần Lan. Một số thương hiệu quần áo nổi tiếng như H&M, Adidas và Marimekko đã quan tâm đến chất xơ và bắt đầu hợp tác với hoạt động nghiên cứu và phát triển của Spinnova. Cơ sở sản xuất ban đầu của họ chỉ là một tầng hầm, nhưng “vào năm 2021, chúng tôi đã có thể thuyết phục bản thân và các đối tác của mình, có trụ sở tại Brazil.” suzano – nhà sản xuất bột gỗ cứng lớn nhất thế giới – rằng chúng tôi đã sẵn sàng mở rộng quy mô này lên cấp độ thương mại,” ông nói và nói thêm rằng quy trình của họ chỉ tạo ra “thứ gì đó giống như một sợi tóc nhỏ” nên việc mở rộng quy mô là một thách thức.

Thật tình cờ, vào cuối tháng 5 năm nay, cơ sở thương mại đầu tiên sản xuất sợi SPINNOVA® đã được đưa ra. Được điều hành bởi Woodspin – một liên doanh giữa Spinnova và Suzano – mục tiêu của họ là sản xuất hàng năm 1000 tấn sợi dệt từ cây bạch đàn được trồng có trách nhiệm. Salmela giải thích: “Quy trình sản xuất sợi được cấp bằng sáng chế của Spinnova không yêu cầu bất kỳ hóa chất độc hại nào hoặc không hòa tan, cũng như không tạo ra chất thải hoặc hạt vi nhựa”. Ông cho biết thêm rằng quy trình của họ “có lượng khí thải carbon trong vòng đời nhỏ hơn 74% và sử dụng ít nước hơn 99.5% so với sản xuất bông thông thường. Kết quả là một loại sợi dệt tự nhiên giống như bông đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về hiệu suất và môi trường của các thương hiệu cũng như người tiêu dùng – và, thông qua các cơ sở như cơ sở này, giờ đây có thể được sản xuất trên quy mô lớn.”

Mở rộng quy mô toàn cầu

Mặc dù Poranen không còn chịu trách nhiệm về Spinnova ở cấp độ hoạt động nhưng ông rất vui mừng vì cuối cùng công ty đã đạt được quy mô thương mại. Với vai trò mới là chủ tịch điều hành hội đồng quản trị của Spinnova, giờ đây ông có thể lùi lại và nhìn vào tương lai lâu dài của công ty. “Với tư cách là Giám đốc điều hành, về cơ bản tôi chịu trách nhiệm về mọi việc; mọi người luôn quay lại với bạn, hỏi xem điều này hay điều kia có ổn không hoặc làm thế nào để tiến về phía trước, v.v., anh ấy giải thích. “Trên thực tế, bạn đang điều hành toàn bộ công ty và đó là một chuyến tàu lượn siêu tốc đầy cảm xúc bởi vì một ngày nào đó công ty có thể ở trong tình trạng tồi tệ nhưng ngày hôm sau sẽ ổn.”

Người mẫu mặc áo anoraks trong rừng
Từ rừng đến thời trang Quan hệ đối tác với các nhà sản xuất bột giấy và các thương hiệu thời trang đã giúp sản phẩm bền vững này được nâng cấp lên quy mô thương mại. (Lịch sự: Bergans)

Mục tiêu của Poranen là đưa Spinnova trở thành công ty sợi dệt bền vững hàng đầu thế giới. “Ước mơ lớn nhất là chúng tôi có thể mở rộng quy mô ra toàn cầu,” ông nói. Đối với Poranen, bột gỗ sẵn có là lựa chọn tốt nhất của Spinnova để đạt được quy mô lớn. Tuy nhiên, về nguyên tắc, công nghệ của Spinnova có thể sử dụng bất kỳ loại cellulose nào – có thể là cellulose nông nghiệp hoặc chất thải sinh học, hoặc chất thải da và dệt – để sản xuất sợi. Trong thực tế, tính đến tháng 9 năm nay, Spinnova hợp tác với công ty tái chế dệt may Thụy Điển gia hạn để kéo sợi từ chất thải dệt thành sợi dệt mới có nguồn gốc sinh học. Công nghệ của Renewcell cho phép họ tái chế chất thải dệt như bông và viscose thành sản phẩm bột giấy có khả năng phân hủy sinh học được gọi là “Circulose”, sau đó có thể được sử dụng để sản xuất sợi mới. Cho đến nay, Circulose chỉ được sử dụng để tạo ra sợi xenlulo nhân tạo, chẳng hạn như viscose. Bằng cách hợp tác với Spinnova, bột giấy Circulose giờ đây có thể được sử dụng để chế tạo sợi dệt dựa trên sinh học mà không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào trong quy trình kéo sợi. Thật vậy, Spinnova đã sản xuất những lô sợi và vải đầu tiên sử dụng 100% Circulose, đồng thời tạo ra các nguyên mẫu đầu tiên từ hỗn hợp bông và sợi Spinnova dựa trên Circulose. Spinnova ước tính rằng những sản phẩm tiêu dùng đầu tiên sẽ có mặt trên thị trường vào cuối năm 2024.

Bất chấp những thách thức, Poranen tin rằng chuyên môn vật lý đã chuẩn bị cho anh mọi thứ. Ông nói: “Bản thân vật lý cực kỳ khó, nhưng bạn phải học cách giải quyết những vấn đề gần như không thể giải quyết được”. “Bài học lớn nhất mà vật lý đã dạy tôi là đừng sợ bất cứ thử thách nào xảy đến với bạn và hãy tiếp tục tiến về phía trước.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý