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„Fasern“ bieten mehr Vorteile als der menschliche Magen-Darm-Trakt

Zellulose, ein langkettiges Kohlenhydrat, ist der Hauptbestandteil von Pflanzenzellwänden und hilft Pflanzen, starr und aufrecht zu stehen. Jetzt wird mit einer neuartigen umweltfreundlichen Verarbeitungstechnologie für Papier- und Zellstofffabriken der Zellstoff von Bäumen in Zellulosefasern für Ihr nächstes T-Shirt verwandelt.

Industrielle Technologien

Zellulose ist in Holzgewächsen und Bäumen reichlich vorhanden und ein Hauptbestandteil von Baumwolle, einem der bedeutendsten Rohstoffe in der Textilindustrie. Der Baumwollanbau verbraucht jedoch viel Wasser und Pestizide. Darüber hinaus sind zusätzliche Ackerflächen für den Anbau Mangelware. „Regenerierte“ Zellulosefasern, die durch Auflösen und Verspinnen von Naturfasern zu „neuen“ Fasern hergestellt werden, sind nach Baumwolle die zweitgrößte Gruppe der Zellulosefasern. Sie werden häufig als synthetische Zellulosefasern (einschließlich Viskose) bezeichnet und aus Zellulosefasern von Holzgewächsen oder recycelten Textilien gefertigt. Bei ihrer Verarbeitung werden derzeit Laugen und Schwefelkohlenstoff (CS2) eingesetzt, die ein ernstes Gesundheitsrisiko darstellen. Das Projekt NeoCel, das über das Gemeinsame Unternehmen für biobasierte Industriezweige, eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie, finanziert wurde, hat eine umweltfreundliche und nachhaltige Lösung bereitgestellt.

Anschubhilfe für die „Zersetzung“ von Zellulose

Mattias Wennerstål, Projektleiter bei RISE, erklärt zu den Fortschritten von NeoCel: „NeoCel ist eine neue Technologie zur Herstellung synthetischer Zellulosefasern. Die konventionelle Aktivierung und Auflösung von kaltem Alkali stehen vor Herausforderungen, weshalb die Verbesserung der Zellstoffreaktivität unerlässlich ist. Wir kommen dem nach, indem wir die Zelluloseketten verkürzen und die Faserporosität erhöhen, um so die Zugänglichkeit von Lösungsmitteln zu verbessern.“ Dies erleichtert die Auflösung bei mäßigeren Temperaturen und senkt damit den Energieverbrauch. Außerdem setzt das NeoCel-Verfahren Zellulose schonender und umweltfreundlicher frei, ganz ohne den Einsatz von CS2. Schließlich werden bei diesem Verfahren auch die wichtigsten Chemikalien für die Auflösung und das Faserspinnen wiederverwendet, was einen Durchbruch darstellt, der allgemein ein großes Interesse an bestehenden Viskosefabriken und in der Zellstoffindustrie hervorgerufen hat. Eine ausgefeilte Verfahrensmodellierung und ein analytisches Instrumentarium verbesserten dabei das grundlegende Verständnis der Zellulosefasern auf molekularer Ebene, um Korrelationen zwischen Verfahrensparametern und Fasereigenschaften herzustellen. Wennerstål führt aus: „Die modellierten Verfahrenssimulationen sind nicht nur für das NeoCel-Verfahren wertvoll, sondern lassen sich auch leicht an andere Anwendungen zur Zelluloseverarbeitung anpassen, was sie für eine Vielzahl von Interessengruppen in der Verarbeitungsindustrie für Zellstoff, Papier und Textilfasern relevant macht.“

Umweltfreundlichere Verfahren mit weitreichender Anwendbarkeit

Das NeoCel-Verfahren unterstützt eine biobasierte Wirtschaft, ermöglicht eine beispiellose Verfahrenssteuerung und kann auf eine Vielzahl unterschiedlicher Zellstoffquellen angewandt werden. Zudem führt die kontinuierliche Verarbeitung (im Vergleich zur herkömmlichen Chargenverarbeitung) zu einem hohen Durchsatz für die Großserienproduktion, was einen Durchbruch auf diesem Gebiet dargestellt. Die im Labor hergestellten Fasern waren im Vergleich zu Viskose von vergleichbarer oder höherer Qualität. Versuche und Simulationen im Pilotmaßstab haben gezeigt, dass die Produktion in Europa wirtschaftlich rentabel ist, wenn das Verfahren in eine bestehende Zellstofffabrik integriert wird. Letztlich demonstrierte eine Ökobilanz, dass durch das NeoCel-Konzept eine um 15 bis 50 % geringere Umweltbelastung als bei der kommerziellen Viskoseherstellung erreicht werden kann. Wennerstål erklärt dazu: „Es war wenig überraschend, dass die Umweltfaktoren im Zusammenhang mit der Verwendung von CS2 verbessert wurden, doch dass sich auch so viele andere Umweltparameter in einem derartigen Ausmaß verbessern würden, wie durch die Ökobilanz aufgezeigt wurde, haben wir so nicht erwartet.“ NeoCel hat erfolgreich ein skalierbares und kontinuierliches Verfahren zur Herstellung hochwertiger synthetischer Zellulosefasern entwickelt und die technoökonomischen Vorteile einer Investition in dieses Verfahren nachgewiesen. „Am wichtigsten ist, dass die NeoCel-Technologie erhebliche Vorteile für die Umwelt mit sich bringt“, so Wennerstål abschließend. Ausgründungen bereiten sich nun darauf vor, das Verfahren zur Umwandlung von Zellstoff in Fasern bei Körperpflegeanwendungen und medizinischen Anwendungen wie der Herstellung von Kompressen oder Verbänden und das Verfahren zur Auflösung von Zellstoff für die Bildung aller Zellulose-Verbundwerkstoffe zu verwenden. NeoCel dürfte weitreichende Auswirkungen auf die „Ökologisierung“ von Produkten haben, angefangen bei T-Shirts und Verbänden bis hin zu Naturfaserverbundwerkstoffen für zahlreiche Bereiche.

Schlüsselbegriffe

NeoCel, Faser, Zellstoff, Zellulose, Viskose, Auflösung, CS2, synthetische Zellulosefasern, Zellstofffabrik

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