آیا در آینده برای تولید منسوجات از بیوکمیکال ها استفاده خواهد شد؟

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، استفاده از کربن تجدیدپذیر به دست آمده از چوب-در کنار کربنی که مستقیما از دی اکسید کربن به دست آمده و کربن حاصل از بازیافت مواد اولیه موجود-برای تولید محصولات زیستی بر خلاف نفت یا گاز طبیعی نقش حیاتی در داشتن آینده ای تقریبا بدون دی اکسید کربن خواهد داشت.

خطرات ناشی از تغییرات اقلیمی به یک معرفی کوچک نیاز دارند. ما در حال حاضر نیز تحت تاثیر تغییرات اقلیمی بر محیط زیست، جوامع، کسب و کارها و زنجیره های تامین هستیم. در حال حاضر حتی محدود کردن گرمایش جهانی به c° 5/1 نیز به مویی بند است چون بحث بر سر این است که آیا حفظ این محدوده هنوز شدنی است یا خیر؛ هر c° 1/0 که دما بالاتر  از c°  5/1 برود اثرات فاحشی در پی خواهد داشت.

در حال حاضر صنایع اولیه اصلی وظیفه دارند تا برای تثبیت اقلیمی رویکرد گسترده تری به موضوع پایداری داشته باشند و تنها به کربن زدایی از منابع انرژی اکتفا نکنند. صنعت مواد شیمیایی علاوه بر پشتیبانی از یک اقتصاد واقعا گردشی به دلیل مسئولیت زیادی که برای تامین محصولات واسطه برای تولیدکنندگان پایین دستی دارد، باید وابستگی شدید خود به سوخت های فسیلی را نیز کاملا مهار کند. این به طور خاص به معنی یافتن مواد اولیه جایگزین تجدیدپذیر به جای مواد اولیه نفتی موجود برای تولید واسطه های شمیایی است.

منابع مواد اولیه جایگزین که امروزه در دسترس هستند و به آن ها "کربن تجدیدپذیر" گفته می شود از توده زیستی(معمولا چوب، محصولات زراعی، کود کشاورزی، جلبک و غیره)، جذب کربن یا بازیافت مواد اولیه ای که استفاده شده اند به دست می آید. در این مقاله تمرکز اصلی ما بر روی چوب است. چوب نه تنها یکی از در دسترس ترین منابع مواداولیه موجود بوده و استفاده از آن به عنوان جایگزین مستقیم منابع فسیلی از منابع دیگر ساده تر است بلکه عناصر شیمیایی تشکیل دهنده آن نیز باعث می شود تا خواص عملکردی محصول به دست آمده مشابه انوع قدیمی و یا بهتر از آن ها باشد.

ریشه مشکل

تنها دو سال پیش مصرف محصولات نساجی در اروپا دارای رتبه چهارم بود؛ لازم به ذکر است که این صنعت دارای بیشترین تاثیر بر روی محیط زیست و تغییرات اقلیمی جهانی می باشد. این صنعت همچنین دارای سومین بالاترین تاثیر بر مصرف آب و زمین و پنجمین بالاترین از نظر مصرف مواد اولیه خام و انتشار گازهای گلخانه ای می باشد. اگر این جایگاه ها هنوز کافی نیست باید بگوییم که 60 درصد مواد اولیه مورد استفاده در صنعت مد و 70 درصد مواد اولیه مورد استفاده در بخش منسوجات خانگی از پلیمرهای بر پایه منابع فسیلی تهیه می شوند.

واضح است که صنایع وابسته به منسوجات-از مد تا منسوجات خانگی-برای این که خود را با استراتژی های پایداری سایر صنایع همگام کنند، با چالش بزرگی روبرو هستند اما برای یافتن ریشه واقعی مشکل باید نگاهی به زنجیره ارزش تولید نساجی داشته باشیم. صنعت مواد شیمیایی که تا حد زیادی مسئول حجم بالای مواد اولیه فسیلی است در رسیدن به هدف خود یعنی توسعه مواد اولیه نوآورانه و با دی اکسید کربن کمتر برای استفاده به عنوان مواد اولیه نساجی کند عمل کرده است.

سیستم مواد شیمیایی: شروع داستان

صنعت جهانی مواد شیمیایی مسئول تولید حجم زیادی از منسوجات بشرساخت است که در واقع بخش مهمی از جهان مصرف گرای مدرن ما را شکل می دهند. این منسوجات همه چیز را شامل می شوند از لباس، کفش و کالای خواب گرفته تا مبلمان، فرش، منسوجات داخلی خودرو و غیره.

این صنعت با تولید الیاف مصنوعی یا ترکیبی از مواد اولیه طبیعی و مصنوعی سالانه بیش از 5/3 تریلیون درآمد دارد که حدود 4 درصد تولید ناخالص داخلی جهان را به خود اختصاص می دهد و تقریبا معادل تولید روسیه-چهارمین بزرگ ترین کشور انتشار دهنده دی اکسید کربن در جهان-است و بیش از 11 میلیون نفر به طور مستقیم در این صنعت مشغول به کار هستند. این صنعت همچنین مسئول 4 درصد گازهای گلخانه ای منتشر شده در جهان است که بر اساس برآورد آژانس بین المللی انرژی 75 درصد انتشار گازها مربوط به تولید واسطه های شیمیایی در حجم بالاست(برای مثال اتیلن، پروپیلن، بنزن، تولوئن، آمونیاک و متانول). این رقم انتشارات حاصل از صنایع وابسته را که به واسطه های شیمیایی مورد نیاز برای تقریبا تمامی بخش های اقتصادی وابسته هستند، شامل نمی شود. این مواد شیمایی در بخش های سلامت، بهداشت شخصی، بسته بندی، کشاورزی، منسوجات، خودروسازی، ساخت و ساز و بسیاری از سیستم های دیگر به چشم می خورند و 96 درصد کالاهای تولید شده به وجود آن ها وابسته است.

جایگزین کردن مواد اولیه فسیلی مانند نفت و گاز طبیعی با منابع تجدیدپذیر باعث کاهش غیرمنتظره انتشار گازهای گلخانه ای می شود. به گفته انجمن شیمی آمریکا(ACS)، بیوکمیکال ها حتی بر اساس فرضیات بسیار محافظه کارانه باعث کاهش تا 88 درصدی انتشار گازهای گلخانه ای می شوند و با نگاه خوش بینانه این رقم به 94 درصد نیز می رسد.

با این حال صنعت مواد شیمیایی از نظر تغییر رویه برای رسیدن به مدل های پایدار از سایر بخش ها عقب مانده است و تا زمانی که شرایط چنین است امکان این که سایر بخش های وابسته به محصولات شیمایی واقعا پایدار شوند وجود ندارد.

امروزه زنجیره ارزش مواد شیمیایی در جهان بیشتر خطی است و نرخ استفاده مجدد و بازیافت در این صنعت پایین و میزان تولید ضایعات آن بالاست. برای این که بتوان واقعا به یک حالت زیست سازگارتر از فرایندها رسید لازم است تا صنعت مواد شیمیایی رویکرد گسترده تری به پایداری داشته باشد و برای کاهش تاثیرات اقلیمی تنها به کربن زدایی از منابع انرژی اکتفا نکند. این صنعت باید وابستگی شدید خود به سوخت های فسیلی را کاملا مهار کرده و به طور خاص به دنبال یافتن منابع کربن جایگزین برای مواد اولیه نفتی برای تولید واسطه های شمیایی باشد. برای این که صنعت مواد شیمیایی واقعا نقش خود را برای پایدارتر شدن ایفا کند باید تا سال 2050 حداقل 59 درصد و حداکثر 93 درصد مواد اولیه مورد نیاز خود را از منابع پایدار تامین نماید. در سال 2020 این رقم کمتر از 5 درصد بوده است.

در حالی که در حال حاضر بیشتر کشورهای جهان برای حرکت به سمت سیستم های انرژی صددرصد تجدیدپذیر بر پایه خورشید، باد، هیدروژن و سایر انرژی های تجدیدپذیر تا سال 2050 یا 2060 دارای استراتژی های شفاف و بدون ابهامی هستند، تعداد کمی از سیاست ها و استراتژی های متناظر وجود دارد که خواهان مواد اولیه مشابه می باشند. این یعنی ما تا حد زیادی به تقاضاهای صنایع پایین دستی و مصرف کنندگان آن ها برای محصولات پایدارتر وابسته هستیم.  

با توجه به این که در حال حاضر کل کربن مورد استفاده در سیستم های شمیایی از منابع فسیلی خام به دست می آید، گذار و رسیدن به مواد اولیه جایگزین یک چالش بزرگ به شمار می رود. با این حال شرکت فنلاندی یو پی ام بیوکمیکالز این چالش را پذیرفته و نخستین شرکتی خواهد بود که بیوکمیکال های بر پایه چوب را در مقیاس انبوه تولید خواهد کرد، پالایشگاه زیستی 750 میلیون یورویی این شرکت در شهر لوینا در ایالت زاکسن-آنهالت در کشور آلمان واقع شده است. بیوکمیکال های بر پایه چوب تجدیدپذیر یکی از نوآورانه ترین و در عین حال عملی ترین راهکارها برای استفاده به جای مواد اولیه فسیلی می باشند و فرصت های جدید و جالب توجهی را برای صاحبان برندها و تولیدکنندگان مواد اولیه فراهم می کنند تا بتوانند عملکرد زیست محیطی خود را بهبود ببخشند.

شرکت یو پی ام پایداری تولید مواد اولیه بر پایه چوب خود را در هر قسمت از زنجیره ارزش تضمین کرده است. چوب مورد استفاده کاملا قابل ردیابی بوده و به تایید یک زنجیره مالکیت شخص ثالث FSC® یا PEFC رسیده و از جنگل های محلی تامین شده است. در حال حاضر تا 60 درصد چوب برداشت شده در آلمان در تولید انرژی مورد استفاده قرار می گیرد که تا کنون بیشترین میزان چوب برداشت شده بوده است. این چوب سوزانده می شود. با این حال استفاده از آن در محصولات دارای طول عمر طولانی و قابل بازیافت بهترین مورد استفاده از کربن تجدیدپذیر به دست آمده از چوب می باشد و در کاهش تغییرات اقلیمی موثرتر است. استفاده عاقلانه از چوب در دنیای پس از منابع فسیلی به این معناست که باید مقدار چوب به کاررفته برای تولید سوخت و انرژی را کاهش داده و استفاده از آن به عنوان ماده اولیه را برای پرورش یک اقتصاد گردشی و حرکت به سمت مواد اولیه فاقد منابع فسیلی افزایش دهیم.

نگاهی به جنگل ها

درختان حاوی 30-20 درصد لیگنین هستند؛ پلیمری که در دیواره سلولی چوب یافت می شود و باعث سختی چوب و مقاومت آن در برابر تجزیه می شود. از این ترکیب ارزشمند می توان به عنوان ماده اولیه خام در تولید مواد شیمیایی زیستی مورد استفاده در تولید الیاف بشرساخت و بسیاری از محصولات دیگر استفاده کرد. لیگنین همچنین دارای ثبات حرارتی و پایداری در برابر اشعه فرابنفش می باشد و حتی باعث افزایش مقاومت در برابر رطوبت می شود و در نتیجه به جلوگیری از حمله قارچی و باکتریایی کمک می کند. همین خصوصیات است که لیگنین را به یک جایگزین زیستی ایده آل برای محصولات نفتی مختلف تبدیل می کند. لیگنین همین الان هم راه خود را برای استفاده در موارد صنعتی مختلفی که روز به روز نیز بر تعدادشان افزوده می شود، باز کرده است برای مثال رزین ها، چسب ها، بیوپلاستیک ها و پلی یورتان ها. در ختان نه تنها به داشتن یک جایگزین برای مواد اولیه فسیلی کمک می کنند بلکه در مرحله رشدشان مقادیر زیادی از دی اکسید کربن را جذب می نمایند و در حال حاضر تنها استراتژی مقیاس پذیر با انتشارات صفر به شمار می روند. گونه های مختلف درختان نقش مهمی در بهبود زیستگاه های حیات وحش و تنوع زیستی ایفا می کنند.

لیگنین نه تنها یک ماده اولیه زیستی است بلکه واسطه های شیمیایی تولید شده از آن نیز دارای خواص شمیایی و عملکرد مشابه واسطه های شمیایی به دست آمده از مواد اولیه فسیلی می باشند و علاوه بر آن نیازی به اعمال تغییرات اجرایی یا مجهزسازی کارخانجات تولیدی موجود نیست. استفاده از لیگنین به جای مواد اولیه فسیلی دارای کاربردهای وسیعی به ویژه در صنایع نساجی می باشد.

مزیت استفاده از مواد اولیه بر پایه چوب خیلی فراتر از تنها کاهش دادن انتشارات حاصل از فرایند تولید مواد شیمیایی است. این کار علاوه بر کاهش ردپای کربن محصول نهایی در فاز تولید باعث می شود تا کربنی که توسط درختان از اتمسفر جدا شده در کل فرایند تولید نگه داشته شود، در نتیجه این کربن برای همیشه درون ماده اولیه بر پایه چوب، واسطه بیوکمیکال حاصل و حتی محصول نهایی حبس می شود.

شرکت یو پی ام در پالایشگاه زیستی مدرن و جدید خود که از سال 2024 آغاز به کار خواهد کرد از چوب راش به عنوان ماده اولیه استفاده می کند و میزان واسطه های بیوکمیکال تولید شده از آن 220000 تن در سال خواهد بود. درخت راش بومی آلمان است و بر اساس استراتژی بلند مدت این کشور باید انعطاف پذیری آن در برابر تغییرات اقلیمی بیشتر شود. جنگل ها در اروپای مرکزی در حال بازسازی شدن هستند تا در برابر تغییرات اقلیمی متنوع تر و منعطف تر شوند. در تلاش برای فسیل زدایی از مواد شیمیایی و ارزشمند کردن مواد اولیه باید مصارف نهایی اقتصادی جدیدی پدیدار شود.

چوب راش همیشه در بخش مبلمان مورد توجه و تقاضا بوده است اما از آن جایی که تنها تنه این درخت مورد استفاده تولیدکنندگان قرار می گرفته شاخه ها و محصولات جانبی معمولا سوزانده می شدند که نتیجه آن هدررفتن ماده اولیه خام قابل استفاده و با کیفیت بالا و انتشارات بیشتر دی اکسید کربن بود.

چوب راش شرکت یو پی ام که شاخه ها و قسمت های بریده شده را شامل می شود از جنگل های محلی مدیریت شده و دارای تاییدیه(FSC,PEFC) تامین می شود و بنابراین نه نیاز به کود دارد و نه با زمین های مورد استفاده برای تولید موادغذایی تداخل ایجاد می کند. این دو مورد بیشترین موارد مورد انتقاد به سایر مواد اولیه زیستی نظیر نیشکر می باشند. شرکت یو پی ام همچنین بر کاشت، پرورش، برداشت و جمع آوری مسوولانه شاخه های درختان و همچنین بقایای کارخانجات چوب بری نظارت دارد.

بیوکمیکال های شرکت یو پی ام که از منابع پایدار که به آن ها اشاره شده تهیه می شوند، نسل جدیدی از گلایکول های زیستی تجدیدپذیر را به وجود آورده اند. مونواتیلن گلایکول ها، پلی یورتان ها و پلی اتیلن ترفتالات عناصر ضروری تولید الیاف بشرساخت و مواد اولیه مورد استفاده در تولید انواع بیشماری از منسوجات می باشند.

ادغام شدن با فرایند تولیدی موجود با استفاده از بیوگلایکول یو پی ام یعنی BioPura™ به سادگی قابل انجام است چون ساختار ملکولی آن مشابه مواد اولیه فسیلی بوده و امکان تولید پلی استر زیستی ویرجین با منبع پایدارتر را فراهم می کند. ایده آل این است که این پلی استر زیستی در پایان عمر مفید خود درست مانند پلی استر بر پایه مواد اولیه فسیلی به صورت مکانیکی بازیافت شود. اگر امکان بازیافت مکانیکی پلی استر وجود نداشته باشد بازیافت آن به روش شیمیایی و با استفاده از "گلایکوسیس" انجام می شود. این فرایند نیازمند مونواتیلن گلایکول اضافی برای ایجاد پلی استر بازیافتی جدید می باشد و نقش BioPura™ در این جا به وجود آورنده یک اقتصاد گردشی در زنجیره ارزش پلی استر است.

شرکت های یو پی ام بیوکمیکالز و دونگ سونگ کمیکال واقع در کره جنوبی اخیرا همکاری خود را برای سرعت بخشیدن به عرضه مواد اولیه تجدیدپذیر و پایدار تامین شده از جنگل به بازار آسیا اعلام کرده اند. هدف از این کار کاهش مصرف منابع فسیلی می باشد. این همکاری با وجود تجمع حجم وسیعی از تولیدات نساجی در کشورهای آسیایی-شامل 88 درصد کل کفش های جهان-نمایانگر پیشرفتی عظیم در عرصه توسعه پلی یورتان تجدیدپذیر بر پایه مونواتیلن گلایکول زیستی کمپانی یو پی ام یعنی UPM BioPura™ می باشد. شرکت دونگ سونگ در ابتدا از مونواتیلن گلایکل زیستی جدید برای توسعه پلی یورتان تجدیدپذیر برای بازار کفش استفاده خواهد کرد. کفی های میانی کفش به ویژه در کفش ورزشکاران معمولا از پلی یورتان بر پایه مواد اولیه فسیلی تهیه می شوند. حتی اگر مقدار اندکی هم از مواد اولیه فسیلی در کفی کفش وجود داشته باشد اضافه کردن پلی یورتان زیستی به آن می تواند به توسعه مواد اولیه زیست سازگارتر که از اهداف دونگ سونگ است کمک کند. در حال حاضر برنامه هایی برای گسترش موارد کاربرد این ماده اولیه و استفاده از آن در داخل خودرو و چسب ها وجود دارد.

انتخاب های پایدار

چوب یکی از قدیمی ترین مواد اولیه خام مورد استفاده توسط بشر است که در عین حال می تواند ما را تا آینده نیز همراهی کند. شرکت یو پی ام بیوکمیکالز در گذار به سمت یک اقتصاد زیستی گردشی که در آن تولید و مصرف پایدار و تجدیدپذیر نورم جدید است، پیشتاز می باشد. این شرکت در عرصه نوآوری در فرایندهای شیمیایی، افزایش مقیاس پالایش زیستی و استفاده از پتانسیل توده های زیستی برای ایجاد تغییر در صنایع پیشرو است.

جایگزین کردن مواد اولیه فسیلی و معدنی با مواد اولیه بر پایه چوب همچنین باعث حبس کردن کربن جدا شده از اتمسفر در طول عمر محصول می شود. این باعث می شود تا ردپای کربن مواد اولیه به شدت کاهش پیدا کرده و انتخاب های پایدارتری در اختیار مصرف کنندگان قرار بگیرد.

مرجع:

Martin Ledwon, “Biochemicals: A Future Path for Textiles Production?”, International Fiber Journal, April 2023