RE:Spin – En ny teknik för att utöka återvinning av cellulosabaserade textilfiber

Projektet pågick mellan november 2022 och november 2024.

Projektet RE:Spin avsåg att utveckla en ny teknik för att återvinna avfallstextilier. Den föreslagna tekniken syftade till att återvinna avfallstextilier genom att helt enkelt lösa upp och spinna om de gamla fibrerna till nya med liknande egenskaper som utgångsmaterialet. Då skulle man inte behöva derivatisera den cellulosa som finns i textilfibrerna, vilket görs idag.

På detta sätt skulle man kunna ta bort flera steg i återvinningsprocessen och minska mängden avfall som genereras. Dessutom skulle då längden på cellulosapolymererna kunna bevaras i mycket större utsträckning, vilket öppnar möjligheten att återvinna bomullsfibrer många fler gånger samt återvinna cellulosabaserade fibrer med korta cellulosapolymerer, såsom viskosfibrer.

Kort sagt skulle denna teknik möjliggöra utökad återvinning av cellulosabaserade fibrer, genom att utöka den typ av fibrer som kan återvinnas och tillåta återvinning av bomullsfibrer fler gånger. På så sätt skulle cellulosabaserade fibrer kunna ersätta fossilbaserade fibrer på textilmarknaden i större utsträckning utan att behöva utvinna mer naturresurser. Denna teknik skulle bidra till både en ökad cirkularitet och en ökad biobaserad andel på textilmarknaden.

Deltagare

ShareTex AB, Valmet AB, H&M Hennes & Mauritz GBC AB, RISE AB och Lunds universitet, institutionen för kemiteknik.

Budget

Projektet hade en total budget på 2 MSEK.

Därför var detta viktigt

Omspinning av textilfibrer ökar cirkulariteten för textilåtervinning avsevärt, jämfört med de innovationer som finns för närvarande. Den nya tekniken ökar antalet gånger som bomullsavfall kan återvinnas, eftersom graden av polymerisation minskas successivt tills den når ett lämpligt värde för produktion av konstgjorda cellulosafibrer, i stället för att inrikta sig på detta värde redan vid första cykeln.

Dessutom skulle man med denna teknik kunna återvinna konstgjorda cellulosafibrer eftersom det, tack vare bevarandet av polymerisationsgraden, vore möjligt att producera så kallade spindopes (cellulosalösningar) med acceptabla egenskaper för att producera nya fibrer, även när utgångsmaterialet har en låg grad av polymerisation.

Förväntade resultat

Projektet ville ta fram ny teknik för textilåtervinning, där avfallstextilier omspinns direkt till nya fibrer med liknande egenskaper som utgångsmaterialet. Med detta avsåg projektet att öka alla aspekter av tekniken, det vill säga beredskapsnivån för teknik, marknad och hållbarhet. Huvudfokus för dessa aktiviteter var att identifiera de kritiska aspekterna som påverkar hållbarheten hos den föreslagna tekniken.

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

För närvarande utgör fossilbaserade fibrer majoriteten av textilfiberproduktionen (63 %), och polyester är den vanligaste fibertypen på marknaden. Bomull är den näst vanligaste fibertypen, men dess tillväxt har minskat under de senaste åren på grund av utmaningar inom bomullsodlingen. Det är därför osannolikt att bomull i större utsträckning skulle kunna ersätta fossilbaserade fibrer på marknaden. Däremot förväntas andelen konstgjorda cellulosa-fibrer öka, eftersom deras användning har stigit sedan 2010 och deras tillväxttakt (6,1 %) är högre än för fossilbaserade fibrer. En möjlig förklaring är deras gynnsamma miljöprofil, vilket gör dem till en attraktiv lösning för övergången till en biobaserad ekonomi inom modeindustrin.

Trots att deras närvaro på marknaden ökar erbjuder de flesta företag som återvinner textilavfall inga lösningar för konstgjorda cellulosa-fibrer och fokuserar istället på bomull som råmaterial. Orsaken är att nuvarande textilåtervinningstekniker kraftigt reducerar materialets molekylvikt. Molekylvikten är direkt kopplad till längden på cellulospolymererna i fibrerna, vilket i sin tur påverkar textilfiberns mekaniska egenskaper. Detta innebär att endast råmaterial med hög molekylvikt, som bomull, är lämpliga för dessa processer, medan konstgjorda cellulosa-fibrer med lägre molekylvikt utesluts. Denna uteslutning kan begränsa dessa fibers penetration på marknaden, särskilt med ökade krav på producentansvar och återvunnet innehåll i produkter, vilket skulle bromsa utvecklingen av biobaserade fibrer.

Detta projekt har hanterat denna utmaning genom att utveckla en ny återvinningsteknik som bibehåller fibrernas molekylvikt. Tekniken kombinerar en process utvecklad av ShareTex med en ny spinningmetod som validerats under projektet. Detta möjliggör återvinning av textilfibrer utan kemiska förändringar, vilket resulterar i produkter med liknande egenskaper som ursprungsmaterialet. Tekniken öppnar upp för återvinning av lågmolekylära fibrer, som konstgjorda cellulosa-fibrer, och ökar även antalet gånger som högmolekylära fibrer, som bomull, kan återvinnas. Dessa förbättringar skulle bidra till ökad cirkularitet i textilvärdekedjan.

Förutom förbättrad cirkularitet innebär detta att cellulosa-baserade fibrer kan användas i större utsträckning utan att öka förbrukningen av naturresurser. Därmed skapas en möjlighet att i högre grad ersätta fossilbaserade fibrer med cellulosa-baserade fibrer. Exempelvis producerades cirka 6,5 miljoner ton konstgjorda cellulosa-fibrer och 26 miljoner ton bomullsfibrer år 2019. Om dessa fibrer kunde återvinnas i sin helhet skulle de utgöra mer än 55 % av polyesterfiberproduktionen, vilket illustrerar den stora potentialen för ökad användning av cellulosa-baserade fibrer genom att återvinna befintliga produkter.

Konkreta resultat och leverabler

Resultat

Projektgruppen utvecklade en textilåtervinningsprocess, baserad på ShareTex teknik, där filament regenereras direkt från textilavfall. Processen validerades på laboratorieskala och vi genomförde marknads- och hållbarhetsanalyser för att utvidga innovationens tillämpbarhet bortom det tekniska perspektivet. Dessa aktiviteter genomfördes i fem olika arbetsområden (plus ett för projektledning), vars resultat kortfattat beskrivs i denna sektion.

Resultaten från WP1 visade att det är möjligt att lösa upp cellulosa från textilavfall bestående av fiberblandningar, där cellulosafibrer är blandade med andra fibertyper. ShareTex konstaterade att det gick att extrahera bomull från fiberblandningar som innehöll upp till 47 % polyester och att processens prestanda var opåverkad vid upp till 20 % polyester. Även om inga spinningsförsök genomfördes med fiberblandningar, bekräftar kombinationen av dessa resultat och resultaten från WP2 möjligheten att tillämpa teknologin som utvecklades i projektet på annat än rent cellulosabaserat textilavfall. Detta är betydelsefullt med tanke på att de flesta produkter på marknaden idag består av blandningar.

Resultaten från WP2 demonstrerade möjligheten att spinna filament från både bomulls- och viskosavfall. Även om de flesta försök utfördes med material från tillverkningsledet, genomförde RISE valideringsförsök med faktiskt konsumentavfall. Dessa tester visade på möjligheten att tillämpa teknologin på denna avfallsström, som är den största och därför mest intressanta. Laboratorieförsöken verifierade en potentiell förbättring av textilåtervinningsprocesser, tack vare att mellansteg eliminerades. Följande blockdiagram illustrerar det förbättrade processkonceptet, vilket skulle utgöra grunden för vidare utveckling och uppskalning av teknologin.

Leverabler

Varje arbetsområde i projektet hade ett eller flera leveranser och samtliga slutfördes inom projektets tidsram. Detta beror på att alla arbetsområden uppnådde de resultat och mål som beskrevs i ansökan om finansiering. En kort sammanfattning av dessa resultat har presenterats i föregående avsnitt, medan en mer detaljerad beskrivning finns i de konfidentiella bilagorna till denna rapport.

Ingen vetenskaplig publikation togs fram under projektets gång, trots att det fanns en leverans kopplad till detta, eftersom en sådan publikation skulle kunna äventyra möjligheten att kommersialisera projektresultaten. Projektgruppen spred dock resultaten genom andra kanaler i enlighet med Vinnovas krav, och ShareTex förbereder också publikationer relaterade till upplösning av fiberblandningar, även om ingen publikation om spinntekniken planeras. Dessutom har vissa forskare visat intresse för att analysera egenskaperna hos de regenererade fibrerna mer i detalj, vilket troligtvis kan leda till vetenskapliga publikationer framöver. Därmed finns goda möjligheter att generera vetenskapliga publikationer från projektets resultat i framtiden och uppfylla samtliga leveranser som beskrivs i finansieringsansökan.

Milstolpar 

Flera milstolpar definierades i ansökan om finansiering vid olika tidpunkter under projektet. Alla dessa milstolpar uppnåddes i rätt tid, vilket gjorde att projektets aktiviteter och mål kunde slutföras enligt tidsramen. Faktum är att vissa milstolpar uppnåddes tidigare än planerat, såsom undertecknandet av projektavtalet (2 månader i förväg) eller insamlingen av data för marknads- och hållbarhetsanalyser (2 månader i förväg). Detta är ett tydligt exempel på det utmärkta samarbetet mellan projektpartnerna, vilket gjorde att projektgruppen kunde arbeta effektivt mot att uppnå projektmålen.

Den uppenbara skillnaden mellan de planerade och uppnådda datumen för milstolparna kring spinnprocessen berodde inte på förseningar i projektet, utan på en justering av projektplanen. Efter några inledande tester beslutade projektgruppen att utveckla spinnprocessen för viskos först och för bomull därefter (istället för den ursprungliga planen), eftersom viskos visade sig vara enklare att arbeta med. Dessa resultat kunde användas som en språngbräda för att effektivisera arbetet med bomull, som visade sig vara svårare att återvinna.

Med båda spinnmilstolparna sammantagna slutfördes det experimentella arbetet relaterat till spinnprocessen med endast en kort försening på två månader, vilket inte påverkade projektet som helhet.

Bilder från projektet:

Resultatens effekter och potential

Den återvinningsteknik som validerades i RE:Spin-projektet har stor potential att påverka textilindustrin, eftersom den kan bidra till att minska beroendet av jungfruliga resurser och minska den miljömässiga påverkan från fiberproduktion. Resultaten från bomullsavfall visar att det skulle vara möjligt att producera filament som liknar lyocell eller viskos utan att behöva förlita sig på träbaserade råvaror och utan att använda de giftiga kemikalier som är typiska för viskosproduktionen. När det gäller viskosavfall visar resultaten att det skulle vara möjligt att omvandla detta material till återvunna filament. Detta är den enda kända möjligheten för fiberåtervinning av detta avfall, eftersom andra aktörer har svårt att hantera materialet på grund av dess låga molekylvikt.

Utöver teknikens potential har projektets resultat också haft konkreta effekter på kort sikt. Till exempel kunde ShareTex säkra en betydande investering för att bygga en pilotanläggning där tekniken kommer att verifieras. Detta är en tydlig bekräftelse på teknikens ökade mognad och bidrar till projektets framgång, eftersom forskningen som genomförts inom projektet ledde till konkreta storskaliga åtgärder för en övergång till en biobaserad och cirkulär ekonomi.

Extern synlighet

Projektet RE:Spin har presenterats vid flera nationella och internationella konferenser där projektets resultat har spridits till en bred publik. Projektgruppen deltog särskilt vid följande konferenser:

• BioInnovation sporgramkonferens, 28 september 2023 i Stockholm, Sverige
• Cellulose Fibers Conference, 13–14 mars 2024 i Köln, Tyskland
• ACS National Meeting, 17–20 mars 2024 i New Orleans, USA

Utöver dessa konferenser arrangerade ShareTex studiebesök för Fiberteknologerna (en studentförening vid KTH) under 2023 och 2024, där studenterna kunde besöka anläggningarna vid Lunds universitet och lära sig om RE:Spin-projektet och textilåtervinning.

Slutligen beslutade projektpartnerna att arrangera ett semioffentligt avslutningsmöte där aktörer utanför projektgruppen bjöds in. Dessa externa deltagare tillhörde relevanta organisationer inom cellulosa-, textil- och hållbarhetsområdet och projektresultaten delades med dem under mötet.

Nästa steg

Projektet RE:Spin har drivit utvecklingen av en förbättrad textilåtervinningsteknik, baserad på ShareTex teknik, ur ett tekniskt, marknadsmässigt och hållbarhetsperspektiv. Projektgruppen anser att processen är redo för ytterligare uppskalning tack vare dess ökade mognad och attraktivitet på alla nivåer. Ett tydligt och konkret bevis på detta är att ShareTex kunde säkra en investering (flera miljoner euro) för att bygga en pilotanläggning där tekniken kommer att verifieras i större skala. Detta pilotprojekt kommer att genomföras i samarbete med Ence och anläggningen kommer att byggas i Galicien, Spanien.

ShareTex och Ence beslutade att implementera pilotprojektet i etapper, vilket har dubbla fördelar:

1. Det minskar risken för investeringen tack vare en reduktion i processens komplexitet och mindre kapitalbehov.
2. Det ger tid att ytterligare utveckla de aspekter av tekniken som kräver förfining.

Detta innebär att pilotanläggningen initialt kommer att fokusera på att skala upp upplösningsdelen av processen genom produktion av cellulosa-massa från bomull och polybomull. Samtidigt planerar ShareTex att fortsätta optimera och förfina spinndelen av processen så att båda utvecklingarna kan konvergera på medellång sikt.

ShareTex fortsatte arbetet med spinning tillsammans med RISE redan innan projektets slut, så att det experimentella arbetet kunde fortsätta även efter att medlen från Vinnova förbrukats. ShareTex avser att driva denna utveckling framåt så att de producerade filamenten blir godtagbara inom alla marknadssegment. Utvecklingen fortsatte i begränsad omfattning på grund av bristen på extern finansiering, och därför avser ShareTex att starta ett nytt flerårigt projekt med extern finansiering för att påskynda utvecklingen så att den kan anpassas till tidslinjen för pilotanläggningen.

Förutom RISE och Lunds universitet uttryckte företagen i projektgruppen också intresse för ett fortsatt samarbete med ShareTex. H&M är intresserat av fortsatt förfining av filamentens egenskaper, medan Valmet uttryckte intresse för att samarbeta kring byggandet av pilotanläggningen. Det är därför troligt att projektgruppen kommer att fortsätta samarbetet som etablerades under RE:Spin-projektet, om än i ett annat format och med andra aktiviteter.