推动可持续时尚革命：认识将木材变成衣服的物理学家 – 物理世界

您可能会有些惊讶地发现，根据欧盟 (EU) 最近的一项研究，全球时尚和服装对 全球二氧化碳的 10%₂ 排放 – 这比国际航班和海运的总和还多。 当你早上穿上牛仔裤时，你可能不会想到这一点，但你的衣服会带来巨大的环境成本。

事实上，据估计，生产一条牛仔裤会排放约 16.2 公斤二氧化碳，但每秒有近 2625 公斤的衣服被浪费。 此外，生产一公斤棉花需要大约 10,000-20,000 升水——大约相当于生产一件 T 恤和一条牛仔裤所需的水量——而用于产品染色和整理的化学品进一步加剧了水污染。

虽然我们大多数人可能对这些令人担忧的数字感到担忧， 珍妮·波拉宁 – 当时是芬兰技术研究中心 (VTT) 的一名物理学家 – 于 2014 年决定对此做点什么。作为芬兰最大的研究和技术组织 VTT 的生物材料负责人 – 他不禁想知道这是否会发生。有可能创造出更可持续的纺织品； 用最少的水制成的，不使用污染化学品，二氧化碳含量可以忽略不计₂ 排放。 考虑到这一点，他提议与他的 VTT 团队负责人、物理学家一起成立一家分拆公司 尤哈·萨尔梅拉。 两人共同创立 自旋新星，该公司如今在不使用任何化学品的情况下将森林管理委员会 (FSC) 认证的木材中的纤维素转化为纺织纤维。

摆龙门阵

这项技术的想法的火花出现在 2009 年，当时 Salmela 听到了 弗里茨·沃拉斯，一位进化生物学家 牛津大学，他概述了蜘蛛丝和纳米纤维素之间的相似之处。 当时，Salmela 的团队专注于纤维素纸浆的流动方式，Salmela 认为，“如果木纤维能够以类似于蜘蛛网自然过程的方式纺成纺织纤维会怎么样？”

事实上，Spinnova 能够将木浆机械加工成微米级纤维，这些纤维排列成链，并在高压下通过微小喷嘴拉成棉状线。 然后将纤维干燥并收集，准备纺成纱线。 “所有人造纤维素纤维均基于溶解过程——我们不对原材料进行任何溶解，”Poranen 解释道。

与传统棉花相比，这些新型纤维的用水量减少了 99.5%，二氧化碳排放量减少了 74%，并且可回收且可生物降解。 除了不含化学物质外，Spinnova 纤维还不含微塑料。 该公司预计，到 2033 年，其纤维将取代全球 4 亿欧元棉花供应量中的 44%，从而减轻对环境的压力，并有可能提高纺织工人的安全。

Poranen 和 Salmela 从成立公司到商业化花了八年时间，如今他们拥有 37 项国际专利和 40 多项正在申请的专利。 Poranen 相信，他们的物理学背景为他们解决时尚行业对环境有害面料的依赖这一漫长而激动人心的旅程奠定了良好的基础。

顺其自然

波拉宁的物理学家之路始于不寻常的环境。 他刚刚在芬兰服完义务兵役，回家后发现一封来自他申请的众多大学之一的推荐信。 据说波拉宁可以不参加入学考试而学习物理，因为他在高中时取得了如此好的成绩。 波拉宁正式开始 于韦斯屈莱大学 他于 1997 年毕业于芬兰并获得教学学位。 “我曾经——现在仍然——随波逐流，”他说。

Poranen 最初计划成为一名物理教师，但在同一所大学与纸浆和造纸公司一起真正享受了流动动力学和流变学硕士学位后 维美德，他决定继续攻读博士学位。 “一开始我没有任何攻读博士学位的计划，因为我认为物理学对我来说太难了，”波拉宁说。 “我被选中参加一个工业界和大学之间密切合​​作的研究生项目，在这里我研究了获得某些类型的纸张涂层应用需要什么样的流变性能。”

Poranen 在攻读博士学位期间还在 VTT 担任研究科学家，在 2001 年完成博士学位之前，最终在 VTT 担任了一年多的交换研究员 道格拉斯·布斯菲尔德 在美国缅因大学。 在那里，Poranen 学到了更多关于开发简化模型来代表工业流程的知识，例如纸张涂层和印刷，以及如何通过实验验证这些模型。 当纸纤维经过机械处理时，会产生称为纤维素纳米原纤维（CNF）的细尺度原纤维。 Poranen 了解到，这些材料可用于各种应用，例如涂料、油漆和医疗设备。 后来，布斯菲尔德最终成为波拉宁的博士生导师。

波拉宁很早就知道他更喜欢应用物理学，传统的学术生涯不适合他。 获得博士学位后，他继续在 VTT 担任研究科学家，但很快就在林业部门担任管理职务，主要涉及监督森林和林地的产品、活动和管理——无论是木材、野生动物研究、生物多样性、娱乐和更多的。 Poranen 从事过多种工作，从建立新客户联盟到作为技术经理管理六到八个团队的研发研究。 “我们团队的主要成就是将 VTT 在林业领域的研究发展成为全球领先的研究，”Poranen 说道。在转而从事 VTT 生物材料研究之前，Poranen 一直担任该职位近八年。 他成为该部门的负责人，管理着 120 个研究团队和 XNUMX 名员工。

2011 年，VTT 选拔其未来领导者参加在以下地点举办的为期一年的虚拟业务管理和创新计划： IMD商学院 在洛桑。 Poranen 很高兴成为从 3000 多名研究人员中被选中参加的少数人之一。 事实上，他认为正是这个项目给了他创办 Spinnova 的信心。 在这里，他“学习了领导力、管理和战略，并帮助我放眼全局。 这让我——一个来自芬兰中部森林的人——有足够的勇气提出激进的创新。”

旋出

尽管 Poranen 已担任 VTT 生物材料主管一年左右，但他内心深处知道 Salmela 团队正在开发的技术是革命性的。 “这是我所见过的纸浆和造纸行业最好的创新，”他说。 虽然 Poranen 本人并未参与该技术的细节，但他发现“以我的物理学背景，我很容易理解这是一项必须实现工业规模的激进创新。”

波拉宁在物理学本科学习期间认识了萨尔梅拉。 他相信，通过结合他们的专业知识，他们可以共同推进利用纤维素生产纺织纤维的专利理念，并改变时尚业。 Salmela 团队的三名关键研究人员（两名物理学家和一名工程师）从一开始就加入了他们，使公司更容易腾飞。 “我们拥有所需的所有能力，但必须想出在实验室扩展技术的方法； 我们进行了大量的试验和错误，”Poranen 说道。 如今，Sal​​mela 是 Spinnova 的首席技术官。

起初，Spinnova 考虑用纸浆纤维制造长丝，但两年后从 VTT 购买了知识产权后，放弃了这种做法，转而采用可持续的微纤化纤维素（通常称为纳米纤维素）。 “这是一个重大决定，”波拉宁说。 尽管角色发生了变化——从 VTT 生物材料主管到 Spinnova 首席执行官（他一直担任该职位直至 2022 年）——但变化不大，因为他继续参与战略和融资。 但波拉宁承认，为自己的公司工作使他的责任和工作量更大。 “过去七年里我工作了二十四七年，”波拉宁说。

但他所有的努力都得到了回报。 2019 年，Spinnova 终于在芬兰于韦斯屈莱启动了一座中试规模生产工厂。 H&M、Adidas 和 Marimekko 等多个知名服装品牌已经对这种纤维产生了兴趣，并开始与 Spinnova 合作研发。 他们最初的生产设施只是一个地下室，但“到 2021 年，我们能够说服自己和我们的合作伙伴，总部位于巴西的 须野野 – 世界上最大的硬木纸浆生产商 – 我们已经准备好将其扩大到商业水平，”他说，并补充说他们的工艺只能生产“像一根细小的头发一样的东西”，因此扩大规模是一个挑战。

恰巧，今年XNUMX月底， 第一个商业设施 开始生产 SPINNOVA® 纤维。 该公司由 Spinnova 和 Suzano 的合资企业 Woodspin 运营，其目标是每年利用负责任种植的桉树生产 1000 吨纺织纤维。 “Spinnova 的专利纤维生产工艺不需要任何有害化学物质或溶解，也不会产生废物或微塑料，”Salmela 解释道。 他补充说，与传统棉花生产相比，他们的工艺“生命周期碳足迹减少了 74%，用水量减少了 99.5%。 其结果是一种天然的、类似棉花的纺织纤维，可以满足品牌和消费者等严格的环境和性能要求，并且通过像这样的设施，现在可以大规模生产。”

全球扩张

尽管 Poranen 不再负责 Spinnova 的运营层面，但他对公司最终达到商业规模感到兴奋。 在担任 Spinnova 董事会执行主席的新职位上，他现在可以退后一步，着眼于公司的长期未来。 “作为首席执行官，我基本上对一切负责； 每个人总是会回来找你，询问这个或那个是否可以做，或者如何继续前进，等等，”他解释道。 “你实际上在经营整个公司，这就像坐过山车一样，因为有一天公司的处境可能很糟糕，但第二天就会好起来。”

Poranen 的目标是让 Spinnova 成为世界领先的可持续纺织纤维公司。 “我们最大的梦想是能够在全球范围内扩大规模，”他说。 对于 Poranen 来说，现成的木浆是 Spinnova 实现大规模生产的最佳选择。 但原则上，Spinnova 的技术可以使用任何类型的纤维素——无论是农业或生物废物基纤维素，还是皮革和纺织废物——来生产纤维。 实际上， 截至今年XNUMX月, Spinnova 与瑞典纺织品回收公司合作 更新细胞 将纺织废料纤维纺成新型生物基纺织纤维。 Renewcell 的技术使他们能够将棉花和粘胶等纺织废料回收成一种名为“Circulose”的可生物降解纸浆产品，然后可用于生产新纤维。 到目前为止，Circulose 仅​​用于制造人造纤维素纤维，例如粘胶纤维。 通过与 Spinnova 合作，Circulose 浆粕现在可用于制造生物基纺织纤维，而无需在纤维纺丝过程中使用任何有害化学物质。 事实上，Spinnova 已经使用 100% Circulose 生产了第一批纱线和织物，并用棉和基于 Circulose 的 Spinnova 纤维的混合物制成了第一批原型。 Spinnova 预计首批消费产品将于 2024 年底上市。

尽管面临挑战，波拉宁相信他的物理专业知识已经为他做好了应对一切的准备。 “物理学本身非常困难，但你会学到如何解决几乎不可能的问题，”他说。 “物理学教给我的最大教训是不要害怕遇到的任何挑战并继续前进。”

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