Hout bevat cellulosevezels, ingebed in lignine en hemicellulose. Zuivere cellulose kan worden bewerkt tot een kwaliteit waarvan garens kunnen worden gesponnen. Het bekendste van deze producten is viscose. Maar bij het viscoseproces wordt het giftige en zeer brandbare oplosmiddel koolstofdisulfide gebruikt, reden waarom het in de meeste landen niet meer wordt gebruikt. Hout is echter goedkoop en ruim voorradig, en nieuwe processen om cellulosevezels te maken worden snel ontwikkeld; binnen tien jaar kunnen deze de vezelmarkt totaal veranderen.
Dit is het tweede in een serie artikelen over vezels van de toekomst. De artikelen werden gepubliceerd op 31 mei en 19 juni.
Veel onderzoek en ontwikkeling aan de gang
Waarom zouden wij polyester- en polyamidevezels uit groene grondstoffen maken, zegt Annita Westenbroek, als de natuur ons al voortreffelijke cellulosevezels levert? Als we de nieuwe groene polymeren uit cellulose zouden maken (de veel geprezen ‘tweede generatie’), zouden we vele reactiestappen moeten doorlopen: eerst de grondstof ontleden tot eenvoudige monomeren, en deze dan van onderop weer opbouwen tot de gewenste lange atoomketens. Annita is directeur van het Dutch Biorefinery Cluster en heeft haar wortels in de papier- en kartonindustrie. De natuur heeft ons voorzien van perfecte vezels, zegt ze, en als we duurzame methoden ontwikkelen om daaruit zachte garens te maken, liggen deze direct een straatlengte voor op kunstmatige groene garens.
Het eerste commerciële proces ter verbetering van viscose heet het lyocellproces. Hier is koolstofdisulfide vervangen door NMMA (N-methylmorfoline-N-oxide). Het proces is bovendien veranderd, het oplosmiddel wordt gerecycled. De lyocellvezel lijkt veel op viscose, maar is sterker in natte toestand, en kreukt minder. Lyocell wordt al tien jaar gemaakt en verkocht door Lenzing uit Oostenrijk onder de naam Tencel. Volgens Annita Westenbroek doen nu naast Lenzing bijna alle grote houtpulpbedrijven intensief onderzoek naar houtbioraffinage: Stora Enso, Borregaard, Metsä, UPM, Mondi, Sappi; zij hebben alle een uitgebreide kennis van de chemie van hout, en ontwikkelen vele toepassingen vanuit cellulose. Dat wij zo weinig horen over dit onderzoek, zegt Annita, geeft al aan dat het veelbelovend is: zeer concurrerende productontwikkelingen. En ze willen allemaal de eerste zijn om ermee op de markt te komen.
Cellulosevezels uit nieuwe technologieën
De echte doorbraak in houtbioraffinage is dat we cellulose nu kunnen oplossen in innovatieve vloeistoffen, goedkoper en milieuvriendelijker, zoals ionische vloeistoffen (ionic liquids, ILs) en proto-ionische vloeistoffen (protic ionic liquids, PILs). Eenmaal opgelost, kan cellulose worden gesponnen tot garens of chemisch worden bewerkt tot celluloseverbindingen en celluloseplastics. In het kader van het BBI joint initiative werken pulpfabrieken samen bij de ontwikkeling van een proces om cellulose op te lossen in zeer eutectische oplosmiddelen (deep eutectic solvents, DES). Het voordeel van DES is dat we zelfs biotechnologie kunnen gebruiken bij het verder bewerken van de stoffen in oplossing. Andere onderzoekers hebben cellulose kunnen ontleden tot fibrillen, waarna ze deze weer aan elkaar hebben gezet; verschillende manieren van aan elkaar zetten van fibrillen leiden tot producten met verschillende eigenschappen: zacht als katoen of hard als staal. Het grootste probleem tot nu toe voor vezels gemaakt met deze processen is dat ze te duur zijn. Dat geldt ook voor Tencel van Lenzing. De prijs is ook het grootste obstakel bij het vergroten van het marktaandeel van kwalitatief zeer goede vezels als linnen, sisal en hennep. Maar gezien de enorme inspanning om cellulosevezels verder te ontwikkelen, zouden ze snel goedkoper kunnen worden. En doordat voor elke andere tweede generatie biokunststof eerst cellulose moet worden afgebroken, zouden cellulosevezels heel goed kunnen winnen.
Maar er zijn vele toepassingen van cellulosevezels, en voor sommige is de prijs misschien niet doorslaggevend. Een van deze is bankpapier. Een Nederlandse papierfabriek die papier voor bankbiljetten maakt, heeft een duurzaam proces ontwikkeld voor hennepvezels die katoen kunnen vervangen. Met lagere kosten, minder waterverbruik en –verontreiniging, geteeld zonder bestrijdingsmiddelen, en zonder fair trade problemen want binnenlands geproduceerd. En met een lagere ecologische voetafdruk. Maar tot nu toe heeft men zelfs niet naar de nieuwe vezel willen kijken, ‘omdat we altijd katoen hebben verwerkt in onze bankbiljetten’.
Duurzaamheid doet ertoe
Naast prijs zal vooral de duurzaamheid van het productieproces doorslaggevend zijn voor de toekomst van de nieuwe cellulosevezels. Bedenk dat katoenproductie forse milieueffecten heeft. Hoewel katoen niet veel energie vergt, scoort het in LCA’s niet goed door zeer slechte scores op belangrijke terreinen: landgebruik, watergebruik, bodem- en waterverontreiniging, en eutrofiëring. Het telen van het gewas heeft de grootste effecten. Bestrijdingsmiddelen bepalen bodem- en waterverontreiniging, en kunstmestgebruik is de belangrijkste bron van eutrofiëring. In LCA’s komt katoen er daardoor vaak slechter uit dan zijn concurrenten, zelfs slechter dan vezels uit fossiele bronnen. Hoewel het traditionele viscoseproces nog slechter scoort. In vergelijking is het Lenzing proces milieuvriendelijker, zijn zwakke punt is het hoge energiegebruik. En daarom investeert de pulpindustrie zwaar in innovatieve duurzame processen voor het maken van textiel uit houtvezels.
Kortom, we zullen in de komende tien jaar veel nieuwe cellulosevezels op de markt zien komen. Zij zullen zowel traditionele vezels als katoen vervangen, als de vezels uit fossiele brandstoffen die hen geleidelijk hebben overvleugeld.