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【于思專欄】舊衣服如何融入循環經濟?

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過年前大掃除,你是否丟棄很多不穿的衣服呢?在台北還可以看到衣物的回收桶;高雄人好像就只好把舊衣服當一般垃圾丟進垃圾車了。你不覺得心裡好像有點過意不去,但又不知如何處理嗎?尼爾·薩維奇(Neil Savage)在《自然》期刊上的一篇<服裝如何融入循環經濟>(How to fit clothing into the circular economy)告訴我們,大量紡織品最終進入垃圾填埋場。回收織物中纖維素的技術可以使服裝更具可持續性。(Vast amounts of textiles end up in landfill. Technology to recycle the cellulose in fabric could make clothing more sustainable.)

文 / 于思 綜合報導

Sonja Salmon 是纖維素的忠實粉絲,這就是她想要摧毀它的原因。「我喜歡纖維素,」她說。「我正在撕開纖維素,因為我喜歡它。」

她還把它拆開,因為天然存在於木材和棉花中的聚合物佔紡織品製造中使用的所有纖維的四分之一。這意味著任何回收服裝和織物以使其盡可能長時間保持在循環經濟中的努力都必須包括處理所有這些纖維素的方法。

Salmon 是位於羅利的北卡羅來納州立大學威爾遜紡織學院的聚合物科學家,他正致力於分解廢棄紡織品中的纖維素並對其進行再利用。許多服裝面料是半滌綸和半棉的混合物——棉和滌綸的單根纖維彼此緊緊纏繞在一起,形成一種紗線,然後將其編織或針織成一件衣服。機械地拆開該結構具有挑戰性,因此鮭魚用纖維素酶處理它,纖維素酶是一組分解纖維素的酶。「我們可以將它分解成足夠小的分子和碎片,這樣它就會從織物結構的其餘部分脫落,」Salmon 說。

部分自然展望:循環經濟

她的重點是描述分解過程中產生的材料的特徵,並找出它的最佳用途。例如,酶將纖維素分解成葡萄糖,葡萄糖可用作製造生物燃料的原料。它們還會留下細小的棉纖維塊,可以為混凝土提供輕質鋼筋。「儘管棉纖維不再足夠長,無法直接將其紡回紗線,但我們認為這種材料具有價值,」Salmon 說。

這種思維方式與目前處理舊衣服和紡織品(例如室內裝潢織物和地毯)的方式發生了巨大變化。根據英國考斯促進循環經濟的組織艾倫麥克阿瑟基金會的數據,在全球範圍內,只有 13% 用於製作服裝的材料被回收利用。每年產生的大多數紡織廢料——估計僅時裝業就有 9200 萬噸——最終被掩埋或焚燒。

「我們把東西扔進垃圾填埋場,然後像對待垃圾一樣對待它,」Salmon 說。「我們並不認為它實際上是一種可以重複使用的原材料。」 美國環境保護署估計,2018 年美國平均每人扔掉 47 公斤紡織品。其中大約四分之三(36 公斤)是服裝和鞋類,而其餘的大部分是毛巾、床上用品、家具面料和地毯。與此同時,資源被用於生產原始材料——水和土地用於種植更多的棉花,石油用於生產更多的聚酯。

為了應對所有這些浪費,研究人員和初創公司正在開發回收和再利用材料的方法。與 Salmon 類似,他們的重點主要放在化學回收上,其中材料被分解成其組成部分並用於製造新材料,包括可以織成新衣服的纖維。挑戰在於開發這種處理的過程。它們必須實用,但它們也必須至少與簡單地製造新纖維一樣具有成本效益。

除了來自棉花的天然纖維素纖維外,一些紡織品還包括人造纖維素纖維。這些纖維源自木漿纖維素,可用於製造粘膠(人造絲)等材料和一種名為萊賽爾的類似材料。根據德克薩斯州拉梅薩的紡織品交易所(一家推廣環保材料的非營利組織)的數據,纖維素纖維約佔所有生產的紡織纖維的 6%。

位於華盛頓州西雅圖的初創公司 Evrnu 正在將萊賽爾製造工藝的一種變體應用於紡織品廢料問題。該公司對該工藝做出的一項重大改變是使用廢棄的紡織品而不是木材作為其纖維素的來源。它還調整了生產纖維的過程,該公司的聯合創始人兼總裁 Christopher Stanev 稱這種纖維優於其他纖維素和棉花,並且可以回收更多次。“我們可以用棉花製造比木漿纖維更強韌的纖維,”紡織工程師斯坦內夫說。

採用與標準萊賽爾工藝相同的方式,原料經過N-甲基嗎啉N-氧化物 (NMMO) 處理,NMMO 是一種可溶解纖維素的有機化合物。這會產生一種濃稠的紙漿,然後將其過濾。在這一點上,傳統工藝將涉及通過稱為噴絲頭的裝置將纖維素擠出——首先進入空氣,然後進入主要由水組成的凝固浴中,在凝固浴中材料凝固成纖維。然而,Evrnu 在擠出之前將纖維素分子轉化為液晶,使它們相互對齊並產生更結晶的纖維結構。

聚酯是一系列源自石油的聚合物的總稱,但主要指聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在全球範圍內,PET 聚酯約佔所有紡織品中所有纖維的一半。棉花佔另外四分之一,其餘由其他植物纖維組成,例如亞麻和大麻;動物產品,例如羊毛和羊駝毛;其他合成材料,包括丙烯酸和尼龍;和人造纖維素纖維。

與棉花一樣,PET 聚酯可以紡成新的纖維,但重新紡成的纖維會隨著重複循環而變得更短、更脆弱。然而,與棉花不同的是,聚合物可以分解成構成它的更簡單的分子,然後這些單體可以重組為新的聚合物。羅利市北卡羅來納州立大學的聚合物科學家 Sonja Salmon 說,從廢棄的 PET 開始,有可能創造出一種本質上是原始材料的材料——一種與石油製成的 PET 無法區分的材料。然而,PET 非常穩定,因此很難將其還原為單體。

一些科學家正在開發可能能夠處理這些分子的酶。2016 年,一個團隊發現了一種可以分解 PET 的細菌(S. Yoshida等人,Science 351,1196–1199;2016 年),此後科學家們開發了其他酶來降解它(J. Egan & S. Salmon SN Appl . 科學 4 , 22; 2022 ). 位於華盛頓州西雅圖的 Evrnu 的聯合創始人克里斯托弗·斯塔內夫 (Christopher Stanev) 表示,除了主要關注分解纖維素外,這家初創公司還在研究分解 PET 和聚氨酯以及分離滌棉混紡的工藝。

「通過這樣做並擁有相當結晶的組織,您可以增加強度,還可以設計這種纖維的性能,」Stanev 說。他說這種纖維比標準萊賽爾纖維強 20% 左右,後者本身比棉花強。

這種質量轉化為由纖維製成的織物的更長使用壽命,以及可以多次重組的纖維。每次分子通過回收過程時,它們都會變得更短更薄。但因為它們一開始就更結實,Stanev 說,同樣的材料在變得比原生棉纖維更脆弱之前應該能夠至少重組五次;公司實驗室的一些測試表明,這種材料最多可以回收十次。這比紙要多得多,紙可以在纖維變得太短而無法製成可行的新產品之前回收 5-7 次。

Evrnu 正在德國和美國其他地方的合作夥伴公司開展試點項目,以證明其工藝可以生產織物。它希望一家更大的紡織公司隨後願意許可該技術。目前,它正在使用 NMMO,因為該化合物很容易獲得,但 Stanev 希望最終改用離子液體——一種在 100 °C 以下呈液態的鹽——它比 NMMO 化學穩定性更高,對污染物的耐受性更高。該公司尚未針對生產過程優化任何此類液體。

然而,一家芬蘭公司正在使用其創始人之一、芬蘭埃斯波阿爾託大學的物理化學家 Herbert Sixta 開發的離子液體。Ioncell——公司名稱和工藝名稱——使用的液體是一種超級鹼,一種強鹼性物質,可以破壞纖維素分子中的氫鍵。與使用 NMMO 時的方式相同,該過程會產生可以通過噴絲頭餵入的紙漿,以製造新的纖維素纖維。NMMO往往不穩定,需要加入緩衝液,而離子液體則不需要。Sixta 說他的離子液體也是完全可回收的,使該過程對環境無害,並生產出機械性能優於棉花的纖維。

Ioncell 工藝可以使用木漿,Sixta 稱木漿是循環經濟的一部分,因為原材料來自芬蘭的可持續森林——這些森林的管理方式使增長速度超過了被砍伐的數量。“我們大學擁有龐大的紡織品設計團隊,因此我們可以處理木材、生產紙漿、將其轉化為纖維、將其轉化為紗線、將其轉化為織物、設計服裝並在時裝秀上展示服裝,”Sixta 說。該過程還可以接受紡織廢料,將舊衣服變成新衣服。Ioncell 已經建立了一個試驗工廠,目標是在大約兩年內評估其工藝在現實世界中的運作情況。

亞特蘭大佐治亞理工學院的材料工程師 Youjiang Wang 說,儘管技術挑戰比比皆是,但廣泛使用紡織品回收的主要障礙可能是經濟問題。「大多數材料都沒有那麼有價值,」Youjiang Wang說。生產滌綸、棉和其他織物的成本非常低,除非回收過程非常便宜,否則幾乎沒有利潤空間。

除了一些私人服裝捐贈團體外,還缺乏用於收集和分類用過的紡織品的基礎設施。一件衣服中復雜的材料混合物——不僅是不同的天然和合成纖維,還有染料和化學塗層、鈕扣和拉鍊,以及任何無紡布添加物,如皮革或乳膠——必須將各個組件分開,以被處理。

Wang 認為,政策制定者應該考慮回收利用,將舊衣服轉化為其他有用的(如果價值較低的)產品而不是新衣服。例如,可以將纖維切碎用作土壤穩定劑,或者將纖維素分解成可以轉化為燃料的葡萄糖。甚至燃燒聚酯來獲取能量也比從地下開採更多石油來發電更可取。“這聽起來不是很高科技,但總的來說,你確實從中獲得了可觀的收益,”Wang 說。

Wang 說,循環經濟應該被視為一種在其他產品可以重複使用的情況下盡可能減少原始材料產生的方法。「如果你真的想讓回收利用對環境更好,而不僅僅是為了宣傳,那麼我們需要開發更多的技術,這樣你就可以盡可能多地使用你收集到的東西,」他說。「這將使整個圓圈更加圓潤。」

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