شیمیدانها در حال بازیافت لباسهای شما هستند
بازیافت لباس راهی به سوی توسعه پایدار
چگونه دانش شیمی نوین میتواند صنعت پوشاک را در حفظ زمین کمک کند
نساجی از مهمترین صنایع در زمینه کالاهای مصرفی به شمار میرود. البته نباید از یاد برد که ضایعات حاصل از صنعت مد و لباس بسیار متنوع بوده و حتی بازیافت لباسهای ساختهشده از نخ نیز کار سختی است. منسوجات علاوه بر سلولز معمولا شامل پلیاستر یا سایر الیاف شیمیایی است.
ترجمه و گردآوری: عبدالله مصطفایی: نساجی از مهمترین صنایع در زمینه کالاهای مصرفی به شمار میرود. البته نباید از یاد برد که ضایعات حاصل از صنعت مد و لباس بسیار متنوع بوده و حتی بازیافت لباسهای ساختهشده از نخ نیز کار سختی است. منسوجات علاوه بر سلولز معمولا شامل پلیاستر یا سایر الیاف شیمیایی است. لباسهای نخی در بسیاری از موارد سوزانده شده یا بهعنوان زباله دفن میشوند؛ ولی دانشمندان در نظر دارند که با بهکارگیری روشهایی مثل حلکردن و چرخش و فیلتراسیون بتوان لباسها را چندین بار بازیافت کرد تا این صنعت از لحاظ محیط زیستی پایداری بیشتری داشته باشد.
بازیافت لباس، از تاناکورا تا فضای مجازی
در زمینه بازیافت این مواد به نکات فراوانی میتوان اشاره کرد؛ ولی مهمترین نکته آگاهیبخشی به جامعه است تا از خرید غیرضروری اجتناب کند و از داشتههای خود بیشتر استفاده کند. در مرحله بعد میتوان البسه و پوشاک اضافی را به بنیادهای خیریه داد. در این مرحله ایده «دیوار مهربانی» از مزایای ویژهای برخوردار بود که گویا به فراموشی سپرده شد. البته در کشورهای پیشرفته لباسها پس از مصرف در سطلهایی که در مکانهای عمومی تعبیه شدهاند قرار داده میشوند. پس از جمعآوری، لباسها به سه گروه تقسیم میشوند. این سه گروه عبارتاند از: لباسهایی که مجددا قابل استفاده هستند، لباسهای کهنه و الیاف. جداسازی و مرتبسازی این مواد از سوی گروههای داوطلب و خیریه انجام میشود. طبق گزارشها در کشورهای پیشرفته تقریبا 50 درصد لباسهای اهدایی قابل استفاده مجدد هستند. ضمنا بعضی از شرکتهای بازیافت این لباسها را به کشورهای در حال توسعه صادر میکنند. گروهی از این لباسها با منشأ خارجی یا داخلی سر از مراکز به اصطلاح تاناکورا درمیآورند و بعضی نیز در فضای مجازی خرید و فروش میشوند که رونق همه این امور متأثر از پارامترهای اقتصادی جوامع است. ضمنا از لباسهای کهنه و الیاف نیز علاوه بر پاکسازی صنعتی در تولید بعضی محصولات مثل مواد داخلی مبلها، تشکها و تشکهای صندلی خودرو یا بعضی روکشها و محافظها استفاده میشود. با همه این موارد هنوز این صنعت تا همخوانشدن با محیط زیست راه طولانی در پی دارد. در اینجا بد نیست به آماری از سایت زومیت اشاره شود:
به طور میانگین هر آمریکایی سالانه ۳۷ کیلوگرم لباس دور میریزد.
تقریبا ۸۵ درصد از کل لباسهایی که در آمریکا دور انداخته میشوند (نزدیک به ۱۳ میلیون تن در سال ۲۰۱۷)، در زبالهدانهای شهری تلنبار یا سوزانده شدهاند.
به طور میانگین ۱۲ درصد از لباسها در کمد زنان، بیاستفاده میمانند.
در سراسر جهان سالانه ۹۲ میلیون تن ضایعات لباس تولید میشود. طبق پیشبینیها تا سال ۲۰۳۰، آمار تولید زباله لباس به 134 میلیون تن بالغ خواهد شد.
سالانه در سراسر جهان، ۵۶ میلیون تن لباس خریداری میشود و انتظار میرود این آمار تا سال ۲۰۳۰ به ۹۳ میلیون تن و تا سال ۲۰۵۰ به ۱۶۰ میلیون تن برسد. با اینکه اغلب لباسها معمولا چندین سال دوام میآوردند، تغییر سریع مد و سلیقه مشتری، عمر لباسها را کوتاه میکند. طبق آمار، طول عمر پوشاک مدرن بین دو تا ۱۰ سال است. دراینمیان طول عمر لباسهایی مثل تیشرتها و لباسهای زیر بین یک تا دو سال و لباسهای دیگری مثل کت و پالتو بین چهار تا شش سال است.
سرنوشت ۱۲ درصد از مواد بهکاررفته در لباسهای سراسر جهان به بازیافت ختم میشود. در مقابل، مثلا آمار بازیافت کاغذ، شیشه و بطریهای پلاستیکی در ایالات متحده به ترتیب ۶۶، ۲۷ و ۲۹ درصد است. این آمار نشاندهنده عقبماندگی بازیافت لباس از صنعت بازیافت است.
صنعت جهانی مد، عامل ۱۰ درصد از نشر گازهای گلخانهای است. تنها صنایع تولید پارچه، سالانه 2.1 میلیارد تن گاز گلخانهای را در جو آزاد میکنند. آب زیادی برای تولید لباس لازم است و صنعت مد، ۲۰ درصد از فاضلابهای جهانی را تولید میکند.
افراد روزبهروز لباسهای بیشتری را میخرند. امروزه خرید لباس یک مشتری به طور متوسط نسبت به 15 سال پیش، ۶۰ درصد افزایش پیدا کرده است. در بریتانیا، در هر دقیقه بیش از دو تن لباس خریداری میشود.
اغلب مواد پلیاستری بازیافتی که در برندهای پیشتاز مد به کار میروند، از بطریها به دست میآیند، نه لباسهای قدیمی.
عشاق سلولز، شیمیست یا بیولوژیست؟
خانم «سونجا سالمون» از طرفداران پروپاقرص سلولز است و بههمیندلیل میخواهد آن را از بین ببرد. او میگوید: «من عاشق سلولز هستم. من سلولز را از بین میبرم؛ زیرا آن را دوست دارم». سلولز پلیمری است که به طور طبیعی در چوب و پنبه یافت میشود. ضمنا سلولز یکچهارم الیاف استفادهشده در ساخت منسوجات را تشکیل میدهد. این به آن معناست که اگر بخواهیم هر تلاشی برای اجرای اقتصاد چرخشی درباره بازیافت لباسها و پارچهها انجام دهیم، باید شامل راههایی برای مقابله با تمام سلولز موجود باشد و ازاینرو سعی در جداسازی سلولز دارند. در اقتصاد چرخشی هدف آن است که مواد مورد استفاده مجدد قرار گرفته یا بازیافت شوند تا به مواد اولیه کمتری نیاز باشد و دورریزها نیز کاهش یابند. خانم سالمون، یک دانشمند پلیمر در کالج منسوجات ویلسون در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی است و با تیم تحقیقاتی خود در تلاش است تا سلولز موجود در منسوجات دور ریختهشده را تجزیه کرده و مجددا از آن استفاده کند. بسیاری از پارچههای لباس ترکیبی نیمهپلیاستر و نیمهپنبهای هستند: یعنی الیاف پنبه و الیاف پلیاستر بهشدت با یکدیگر در هم تنیده میشوند و نخی را ایجاد میکنند که سپس بافته میشود یا به صورت منسوجات درمیآید. جداکردن این ساختار به صورت مکانیکی چالشبرانگیز است؛ بنابراین تیم خانم سالمون آن را با سلولازها واکنش میدهد. سلولازها گروهی از آنزیمها هستند که سلولز را تجزیه میکنند. خانم سالمون میگوید: «ما میتوانیم آن را به مولکولها و قطعات کوچکی بجویم که از بقیه ساختار پارچه خارج شود». در سایت این دانشگاه درخصوص فعالیت تیم خانم سالمون نوشته شده است: «با الهام از طبیعت، این تیم تحقیقاتی درگیر پیشرفتهای جدید در منسوجات بیوتکنولوژی و پلیمرهای پایدار، با تمرکز ویژه بر تعاملات آنزیم-الیاف است که امکان استفاده بیشتر از مواد زیستی را برای کاربردهای نساجی فراهم میکند. کار آنها بر روی برهمکنشهای آنزیم-الیاف شامل اصلاح آنزیمی، تخریب و پردازش الیاف، سنتز کاتالیزشده با آنزیم پلیمرهای تشکیلدهنده الیاف و تثبیت آنزیم در الیاف برای توسعه و تولید دسته جدیدی از مواد است که به آن منسوجات بیوکاتالیستی میگویند. آنها در حال بررسی ویژگیها، مکانیسمها، نمونهسازی و استفاده از منسوجات زیستی و بیوکاتالیستی برای کاربرد در منسوجات مطلوب و پایدار، مدیریت گاز دیاکسید کربن، تصفیه آب و پاکسازی زباله هستند». تمرکز آنها بر تحقیق بر روی موادی است که از فرایند تجزیه بیرون میآیند و تعیین بهترین موارد استفاده از آن. بهعنوان مثال، آنزیمها سلولز را به گلوکز تجزیه میکنند که میتواند بهعنوان ماده اولیه برای تولید سوختهای زیستی استفاده شود. آنها همچنین تکههای کوچکی از الیاف پنبه را بر جای میگذارند که میتواند بهعنوان تقویتکننده سبکوزن برای بتون استفاده شود. سالمون میگوید: «اگرچه الیاف پنبه دیگر آنقدر طویل نخواهد بود که مستقیما به نخ تبدیل شود؛ اما ما معتقدیم که این ماده دارای ارزش است». این طرز تفکر تغییر بزرگی نسبت به دیدگاه قدیمی استفاده از لباسها و منسوجات مصرفی بهعنوان پارچههای مبل یا لوازم داخلی و فرش و موکت است. به گفته بنیاد «الن مک آرتور»، سازمانی در بریتانیا که اقتصاد چرخشی را ترویج میکند، در سطح جهانی تنها 13 درصد از مواد مورد استفاده برای تولید لباس بازیافت میشود. بیشتر ضایعات نساجی (تقریبا 92 میلیون تن تنها از صنعت مد) تولیدشده در سال درنهایت دفن یا سوزانده میشوند. خانم سالمون میگوید: «ما چیزها را دور میریزیم و مانند زباله با آنها رفتار میکنیم. ما به آن بهعنوان چیزی که در واقع یک ماده خام است که میتواند دوباره استفاده شود، نگاه نمیکنیم». آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده تخمین زده است که در ایالات متحده در سال 2018، هر نفر به طور متوسط 47 کیلوگرم منسوجات را دور میاندازد. حدود سهچهارم آن، یعنی 36 کیلوگرم، مربوط به لباس و کفش است؛ درحالیکه بقیه عمدتا حوله، ملافه، پارچه مبلمان و فرش است. در همین حال، منابع صرف ایجاد مواد خام میشود و در ادامه به آب و زمین برای رشد پنبه بیشتر و نفت برای تولید پلیاسترهای بیشتر نیاز است. برای مقابله با همه این ضایعات، محققان و استارتآپها در حال توسعه روشهایی برای بازیابی و استفاده مجدد از مواد هستند. بیشتر تمرکز خانم سالمون بر بازیافت شیمیایی است که در آن مواد به اجزای اصلی خود تجزیه میشوند و برای ایجاد مواد جدید، ازجمله الیافی که بتوانند به لباسهای جدید بافته شوند، استفاده میشود. چالشها در توسعه فرایندهای چنین روشهایی نهفته است؛ ضمن آنکه آنها باید کاربردی باشند؛ اما همچنین باید حداقل به اندازه ساخت الیاف جدید، مقرون به صرفه نیز باشند.
بافتن منسوجات جدید
علاوه بر الیاف سلولز طبیعی در پنبه، برخی از منسوجات شامل الیاف سلولزی ساخته دست بشر نیز هستند. این الیاف از سلولز خمیر چوب به دست میآیند و میتوان از آنها برای ساخت موادی مانند ویسکوز (ریون) و مادهای مشابه به نام لیوسل استفاده کرد. براساس گزارش مؤسسه Textile Exchange در ایالت تگزاس که یک سازمان غیرانتفاعی ترویجدهنده مواد سازگار با محیط زیست است، الیاف سلولزی حدود شش درصد از کل الیاف منسوجات تولیدشده را تشکیل میدهند. Evrnu یک شرکت دانشبنیان در سیاتل واشنگتن است و آقای «کریستوفر استانف» یکی از بنیانگذاران و رئیس شرکت است. این شرکت در حال استفاده از تنوعی از فرایندها برای تولید لیوسل همزمان با حل مشکل زبالههای نساجی است. یکی از تغییرات مهم این شرکت در این فرایند آن است که از منسوجات دور ریختهشده به جای چوب به عنوان منبع سلولز استفاده میکند. همچنین فرایند تولید الیافی را به نحوی اصلاح کرده است که آقای استانف میگوید نسبت به سایر سلولزها و پنبه برتری دارد و میتواند بارها بازیافت شود. استانف که خود یک مهندس نساجی است، میگوید: «ما میتوانیم با استفاده از پنبه، الیاف بسیار قویتری نسبت به آنچه از خمیر چوب تولید میشود، بسازیم». همانند فرایند استاندارد لیوسل، مواد خام با ان-متیل مورفولین ان-اکسید (NMMO) که یک ترکیب آلی برای حلکردن سلولز است، تصفیه میشود. این عملیات یک خمیر غلیظ تولید میکند که سپس فیلتر میشود. در این مرحله، فرایند مرسوم شامل اکستروژن سلولز از طریق دستگاهی به نام اسپینرت است که ابتدا وارد هوا شده و سپس به یک حمام متشکل از آب و مواد منعقدکننده است که در آن مواد به الیاف تبدیل میشوند. این در حالی است که شرکت Evrnu مولکولهای سلولز را قبل از اکسترودشدن به کریستالهای مایع تبدیل میکند و به آنها اجازه میدهد تا با یکدیگر هماهنگ شوند و ساختار کریستالیتری تولید کنند. آقای استانف میگوید: «با انجام این کار و داشتن یک ساختار کریستالیتر میتوانید استحکام الیاف را افزایش دهید و همچنین میتوانید عملکرد این الیاف را مهندسی کنید». او میگوید این فیبر حدود 20 درصد قویتر از لیوسل استاندارد است که خود آن نیز از پنبه قویتر است. این کیفیت به معنای بیشتر بودن طول عمر مفید برای پارچه ساختهشده از این الیاف است و همچنین این الیاف میتواند چندینبار احیا شود. البته هر بار که این مولکولها فرایند بازیافت را طی میکنند، کوتاهتر و نازکتر میشوند. اما به گفته استانف، از آنجایی که آنها از همان ابتدا قویتر شروع میکنند، همان ماده باید بتواند حداقل پنج بار قبل از اینکه ضعیفتر از الیاف پنبهای بکر شود، بازیافت و استفاده شود. برخی از آزمایشات در آزمایشگاه این شرکت نشان میدهد که این ماده تا 10 بار قابل بازیافت است. این بیش از آن چیزی است که برای کاغذ میسر است که میتواند پنج تا هفت بار بازیافت شود، قبل از اینکه الیاف برای تولید یک محصول جدید و بادوام، بسیار کوتاه شوند. با این حال یک شرکت فنلاندی با یک مایع یونی کار میکند که توسط یکی از بنیانگذاران آن ساخته شده است. او «هربرت سیکستا» یک متخصص شیمی فیزیک از دانشگاه آلتو در اسپو در کشور فنلاند است. مایع مورد استفاده Ioncell (نام شرکت و نام فرایند)، یک ماده فوق باز است، یعنی یک ماده بسیار قلیایی است که پیوندهای هیدروژنی در مولکولهای سلولز را میشکند. همانند هنگام استفاده از NMMO، این فرایند نیز یک خمیر را ایجاد میکند که میتواند از طریق یک اسپینرت تغذیه شود تا فیبر سلولزی جدید را بسازد. باید دقت داشت که NMMO ناپایدار است و نیاز به افزودن محلولهای بافر دارد، اما مایع یونی اینطور نیست. هربرت میگوید مایع یونی موجود در آن نیز کاملا قابل بازیافت است و این فرایند را با محیط زیست سازگار میکند و الیافی با خواص مکانیکی بهتر از پنبه تولید میشود. فرایند Ioncell میتواند از خمیر چوب استفاده کند و به همین دلیل است که هربرت میگوید این موضوع به عنوان بخشی از یک اقتصاد چرخشی به حساب میآید زیرا مواد خام آن از جنگلهای فنلاند میآید. این جنگلهای فنلاند از لحاظ زیستمحیطی پایدار هستند چون به گونهای مدیریت میشوند که رشد درختان از مقدار استخراجشده بیشتر شود. هربرت میگوید: «دانشگاه ما گروه بزرگی در طراحی پارچه دارد، بنابراین میتوانیم چوب را پردازش کنیم، خمیر بسازیم، الیاف بسازیم، نخ بسازیم، پارچه بسازیم، لباس طراحی کنیم و لباسها را در فشنشوها نشان دهیم». این فرایند همچنین میتواند زبالههای نساجی را بپذیرد و لباسهای قدیمی را به لباسهای جدید تبدیل کند. شرکت Ioncell در حدود دو سال است که یک واحد پایلوت با هدف آزمایش چگونگی عملکرد فرایند آن در دنیای واقعی ساخته است. Evrnu در حال اجرای یک پروژه آزمایشی با شرکتهای شریک در آلمان و جاهای دیگری در ایالات متحده است تا نشان دهد که با فرایند خود میتواند پارچه تولید کند. آنها امیدوارند که یک شرکت بزرگ نساجی بخواهد مجوز این فناوری را خریداری کند. در حال حاضر، این شرکت از NMMO استفاده میکند زیرا این ترکیب بهراحتی در دسترس است، اما استانف امیدوار است که درنهایت به مایع یونی تبدیل شود، نمکی که در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد بهصورت مایع است و از نظر شیمیایی پایدارتر از NMMO است و میتواند آلایندههای بیشتری را تحمل کند. البته این شرکت هنوز هیچ یک از این مایعات را برای فرایند تولید خود بهینه نکرده است.
موضوع هزینه
«یوجیانگ وانگ» یک مهندس مواد در مؤسسه فناوری جورجیا در آتلانتا است. او در این خصوص میگوید اگرچه چالشهای فنی فراوان است، اما مانع اصلی بازیافت گسترده منسوجات میتواند اقتصادی باشد. وانگ میگوید: «بیشتر مواد آنقدر ارزشمند نیستند. تولید پلیاستر، پنبه و سایر پارچهها آنقدر ارزان است که حاشیه سود کمی وجود دارد مگر اینکه فرایندهای بازیافت بسیار ارزان باشند». این در حالی است که زیرساختهای جمعآوری و دستهبندی منسوجات مستعمل به جز چند گروه خصوصی که در زمینه اهدای لباس فعالیت دارند نیز وجود ندارد. به علاوه ترکیب پیچیده مواد موجود در یک لباس که نه فقط الیاف مختلف طبیعی و مصنوعی هستند بلکه رنگها و روکشهای شیمیایی، دکمهها و زیپها و هرگونه مواد اضافهشده مانند چرم یا لاتکس نیز باید از هم جدا شوند تا اجزا بهصورت جداگانه پردازش شود. وانگ استدلال میکند که سیاستگذاران باید بازیافتی را در نظر بگیرند که لباسهای مستعمل را نه به لباسهای جدید بلکه به سایر محصولات مفید، هرچند کمارزش تبدیل کند. الیاف را میتوان برای استفاده به عنوان تثبیتکننده خاک آسیا کرد یا سلولز میتواند به گلوکز تبدیل شود که به سوخت تبدیل شود. حتی سوزاندن پلیاستر برای انرژی، به استخراج نفت بیشتر از زمین برای انرژی ارجحیت دارد. وانگ میگوید: «به نظر نمیرسد که فناوری بالایی داشته باشد، اما بهطور کلی، شما از آن سود قابل توجهی میبرید». وانگ میگوید اقتصاد چرخشی باید بهعنوان راهی برای کاهش هرچه بیشتر تولید مواد خام در زمانی که محصولات قابل استفاده مجدد هستند، در نظر گرفته شود. او میگوید: «اگر واقعا میخواهید بازیافت برای محیط زیست بهتر باشد نه فقط برای تبلیغات، بنابراین ما باید فناوریهای بیشتری را توسعه دهیم تا بتوانید تا حد امکان از آنچه جمعآوری میکنید، استفاده کنید. این دایره چرخش مواد را چرخشیتر میکند».
عشاق پلیاستر به پیش
سلولز تنها پلیمری نیست که پژوهشگران میخواهند از آن استفاده مجدد کنند، بلکه آنها پلیاستر را نیز هدف قرار دادهاند. پلیاستر یک اصطلاح عمومی برای طیف وسیعی از پلیمرهای مشتقشده از نفت است، اما در درجه اول به پلیاتیلن ترفتالات (PET) اشاره دارد. در سطح جهانی، پلیاستر PET حدود نیمی از الیاف تمام منسوجات را تشکیل میدهد. پنبه یکچهارم دیگر را شامل میشود و بقیه از الیاف دیگری با منشأ گیاهی مانند کتان و کنف تشکیل شده است. محصولات حیوانی، مانند پشم و آلپاکا، سایر مواد مصنوعی از جمله اکریلیک و نایلون و الیاف سلولز مصنوعی نیز در این میان قرار میگیرند. پلیاستر PET را میتوان مانند پنبه به الیاف جدید تبدیل کرد، اما الیاف تابیدهشده با هر بار بازیافت، کوتاهتر و ضعیفتر میشوند. با این حال برخلاف پنبه این پلیمر را میتوان به مولکولهای سادهتری که آن را تشکیل میدهند، تجزیه کرد و آن مونومرها را به پلیمرهای جدید تبدیل کرد. خانم سونجا سالمون که دانشمند پلیمر در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی است، میگوید که اگر با PET ضایعاتی شروع کنید دقیقا میتوانید چیزی را تولید کنید که اساسا از ماده خام PET تولید شده است. یعنی از PET ساختهشده از نفت قابل تشخیص نیست. با این حال PET بسیار پایدار است و این موضوع تبدیل آن به مونومر را دشوار میکند. برخی از دانشمندان در حال توسعه آنزیمهایی هستند که میتواند این مولکولها را هدف قرار دهد. در سال 2016، یک تیم یک باکتری را کشف کردند که میتواند PET را تجزیه کند و از آن زمان به بعد دانشمندان آنزیمهای دیگری را برای تجزیه آن توسعه دادند. کریستوفر استانف که یکی از بنیانگذاران Evrnu در سیاتل واشنگتن است، میگوید که این شرکت دانشبنیان علاوه بر تمرکز اصلی خود بر تجزیه سلولز، روی فرایندهایی برای تجزیه PET و پلیاورتان و نیز جداسازی مخلوطهای پلیاستر و پنبه نیز کار میکند. در نموداری که میبینید آمار جهانی تولید منسوجات از مواد مختلف در سالیان گذشته نشان داده شده است.
ScientificAmerican, 13Dec. 2022