Inżynierowie z MIT opracowali elastyczną przędzę z polietylenu, którą można przetapiać i formować od nowa wielokrotnie – w testach zachowała właściwości po dziesięciu cyklach recyklingu. To potencjalna alternatywa dla spandeksu, który sprawia, że ok. 80 proc. tekstyliów na amerykańskim rynku nie nadaje się do przetworzenia i zasila rosnącą górę 11 milionów ton odzieżowych odpadów rocznie.
Naukowcy z MIT opracowali nowy rodzaj elastycznej przędzy z polietylenu, która zamiast trafiać na wysypisko, może być przetapiana i formowana od nowa wielokrotnie. To bezpośrednia odpowiedź na jeden z największych nierozwiązanych problemów przemysłu odzieżowego: ubrania ze spandeksem, których praktycznie nie da się poddać recyklingowi, stanowią ogromną większość tekstyliów na rynku, a żadna szeroko stosowana technologia ich przetwarzania wciąż nie istnieje.
Najważniejsze:
- Nowa przędza powstaje z dwóch rodzajów polietylenu, plastiku znanego z butelek na mleko i reklamówek
- Po zużyciu ubranie można przetopić i przerobić na nową przędzę albo odlać z niego np. guziki czy klamry do pasa
- W testach przędza po dziesięciu cyklach przetopienia i ponownego formowania była nadal tak wytrzymała i elastyczna jak konwencjonalna nić
- Tekstylia zawierające spandeks są praktycznie nienadające się do recyklingu
- Przeciętny Amerykanin wyrzuca rocznie ok. 37 kg ubrań, w skali kraju to ponad 11 milionów ton tekstyliów rocznie na wysypiskach i w spalarniach
Problem, którego nikt dotąd nie rozwiązał
Z ubraniami jest osobliwy paradoks: butelki i puszki mają w USA sprawnie działający system recyklingu, natomiast stare ciuchy najczęściej kończą w koszu lub, w najlepszym razie, w punkcie zbiórki używanej odzieży. Systemowego procesu przekształcania tekstyliów w nowe tekstylia po prostu nie ma, choć problem jest kolosalny. Przeciętny Amerykanin wyrzuca rocznie ok. 37 kg ubrań, co w skali całego kraju przekłada się na ponad 11 milionów ton tekstyliów trafiających na wysypiska lub do spalarni każdego roku.
Boriskina, naukowczyni z Wydziału Inżynierii Mechanicznej MIT, wprost stwierdza w materiale MIT News: „Nie istnieje żadna szeroko stosowana technologia, która recyklinguje tekstylia w tekstylia. Naszą nową przędzą chcemy to zmienić.” To nie jest drobna innowacja, to próba zasypania luki, której branża odzieżowa nie potrafiła wypełnić od dekad.
Spandeks psuje całą partię
Głównym winowajcą jest spandeks, elastyczne włókno na bazie poliuretanu. Sam w sobie jest sprężysty, ale słaby mechanicznie, dlatego w typowej elastycznej przędzy tworzy jedynie rdzeń, otoczony osłonką z mocnego poliestru lub nylonu. Taka dwuskładnikowa konstrukcja daje kombinację rozciągliwości i wytrzymałości, którą znamy z legginsów, skarpetek czy bielizny sportowej. Jednocześnie jednak czyni całą przędzę niemal niemożliwą do przetworzenia.
Żeby odzyskać materiał, trzeba by najpierw chemicznie oddzielić osłonkę poliestrową od rdzenia ze spandeksu. Sama osłonka po separacji mogłaby zostać przetopiona i użyta ponownie, ale bez tego chemicznego rozdzielenia cała przędza nadaje się wyłącznie do wyrzucenia. To właśnie dlatego większość rozciągliwych ubrań kończy na śmietniku.
Innymi słowy: nawet tam, gdzie istnieje techniczne rozwiązanie, ekonomia i ekologia wspólnie blokują jego szerokie zastosowanie. To klasyczna pułapka, z której przemysł odzieżowy sam nie ma motywacji, by wyjść.
Polietylen zamiast spandeksu: pomysł, który czekał na realizację
Zespół Boriskiny nie zaczynał od zera. Zespół skupił swoją uwagę na polietylenie, czyli najpowszechniejszego plastiku na świecie, z którego robi się reklamówki, butelki na wodę, kosze na śmieci, zabawki, a nawet rury przemysłowe. Polietylen to tzw. termoplastik: można go wielokrotnie topić i formować na nowo, a więc poddawać recyklingowi bez utraty struktury chemicznej. Mimo to polietylen nigdy wcześniej nie był poważnie brany pod uwagę jako materiał tekstylny.
Wcześniejsze prace MIT skupiały się głównie na tym, jak przędza z polietylenu odprowadza wilgoć, odpycha plamy i chłodzi ciało. Nowe badanie postawiło sobie inny, trudniejszy cel: nadać polietylenowi wytrzymałość i elastyczność spandeksu, zachowując jednocześnie pełną zdolność do recyklingu bez jakiejkolwiek separacji chemicznej.
Kluczem okazało się sprytne wykorzystanie różnorodności samego polietylenu. Sposób ułożenia łańcuchów chemicznych decyduje o właściwościach całego materiału. Jak zaznacza Kim, pierwsza autor badania, polietylen może dawać bardzo szeroki wachlarz właściwości w zależności od sposobu jego wytworzenia. Naukowcy przeszukali literaturę naukową i raporty przemysłowe, testując wiele odmian chemicznych, i w końcu dobrali dwie: bardziej elastyczną żywicę na rdzeń oraz sztywniejszą odmianę na osłonkę. Obie należą do tej samej rodziny chemicznej, co jest istotą całego pomysłu.
Produkcja jak maszyna do spaghetti
Proces wytwarzania nowej przędzy jest zaskakująco prosty. Granulki obu żywic trafiają do zasobnika, są podgrzewane powyżej temperatury topnienia i przeciskane przez miniaturowe dysze, tworząc włókna cienkie jak ludzki włos. Kim opisuje to w MIT News następująco: „Wystarczy roztopić materiał w podgrzewanym cylindrze, a potem wytłaczać i skręcać go w włókna. To jak maszyna do spaghetti.” Włókna osłonki są następnie nawijane na włókno rdzenia przy użyciu przemysłowego urządzenia do skręcania przędzy, co daje gotową, elastyczną nić o wyglądzie i dotyku zbliżonym do zwykłej nici do szycia.
Prostota procesu to ważny sygnał dla potencjalnych zastosowań przemysłowych. Skomplikowane, wieloetapowe procesy produkcyjne są jedną z głównych barier wdrożenia nowych materiałów w branży tekstylnej. Tutaj nie ma egzotycznych chemikaliów, specjalistycznych reaktorów ani wielostopniowej obróbki.
Dziesięć żyć jednej przędzy
Żeby sprawdzić, czy nowa przędza rzeczywiście nadaje się do wielokrotnego przetwarzania, badacze naprzemiennie przetapiali ją i formowali od nowa. Nawet po dziesięciu takich cyklach przędza zachowała wytrzymałość i elastyczność porównywalną z konwencjonalną nicią, jak podaje MIT News. Dla porównania: klasyczne elastyczne przędze ze spandeksem i poliestrem lub nylonem nie mają żadnego odpowiednika takiego testu, bo po prostu nie da się ich przetworzyć jako całości.
To kluczowa różnica: nowa przędza jest zbudowana wyłącznie z materiałów jednej rodziny chemicznej, co pozwala przetopić ją bez wstępnej separacji. Ubranie po zużyciu mogłoby trafić nie do kosza, lecz do procesu przetapiania, z którego wyjdzie nowa przędza do tkanin albo granulat do odlania guzików, klamer do pasa czy innych plastikowych akcesoriów.
Ile to jest warte w praktyce, i kiedy może trafić do sklepów?
| Cecha | Klasyczna elastyczna przędza (spandeks + poliester/nylon) | Nowa przędza z MIT (polietylen) |
|---|---|---|
| Recykling jako całość | Niemożliwy bez chemicznej separacji składników | Możliwy, przetopienie bez żadnej separacji |
| Wytrzymałość po wielokrotnym przetworzeniu | Brak, nie istnieje taki proces | Zachowana po 10 cyklach w testach laboratoryjnych |
| Udział na rynku USA | Znaczna część tekstyliów zawiera spandeks | Alternatywa dla tej całej grupy produktów |
| Gotowość do wdrożenia przemysłowego | Dojrzała technologia, globalna infrastruktura | Etap badań; wymaga skalowania i partnerów przemysłowych |
Źródło MIT News nie podaje informacji o planach komercjalizacji, harmonogramie wdrożenia ani o tym, czy MIT złożyło już wniosek patentowy lub prowadzi rozmowy z producentami odzieży. To ważny kontekst dla oceny, co ta technologia oznacza dziś dla konsumenta: jest to wynik badań laboratoryjnych, nie produkt dostępny w sklepie. Pytanie, czy wyniki testów laboratoryjnych wystarczą, by zagwarantować trwałość w realnym łańcuchu recyklingu przemysłowego, pozostaje otwarte. Skalowanie produkcji do poziomu, który mógłby realnie zastąpić spandeks w masowej odzieży, to wyzwanie zupełnie innej skali niż laboratoryjny dowód koncepcji.
Mimo tych zastrzeżeń kierunek jest jasny: polietylen jest najtańszym i najszerzej produkowanym plastikiem na świecie, a jego infrastruktura recyklingowa, przynajmniej w przypadku butelek i opakowań, już istnieje w wielu krajach. Gdyby nowa przędza trafiła kiedyś do masowej produkcji, mogłaby skorzystać z tej infrastruktury w sposób, jaki dla spandeksowych tekstyliów jest całkowicie nieosiągalny.
Autorami badania opublikowanego w ACS Materials Letters, oprócz Boriskiny i Kima, są Duo Xu, Volodymyr Korolovych, Domingo Flores-Hernandez, Kaniz Moriam oraz Daniel Braconnier.
Najczęściej zadawane pytania
Czy ubrania z nowej przędzy będą się różnić dotykiem od zwykłych?
Według opisów z MIT News przędza ma wygląd i dotyk zbliżony do zwykłej nici do szycia i może być tkana w lekkie, rozciągliwe tkaniny. Źródło nie podaje jednak, czy konsumenci w testach użytkowych odróżniają ją od odzieży ze spandeksu.
Czy producenci odzieży mogą zacząć używać tej przędzy już teraz?
Źródło MIT News nie wspomina o planach komercjalizacji ani o partnerstwach przemysłowych. Technologia jest na etapie badań laboratoryjnych, a skalowanie produkcji do poziomu przemysłowego to osobne wyzwanie, którego harmonogramu badacze nie podają.
Czy nowa przędza będzie droższa niż spandeks?
Źródło nie podaje żadnych informacji o kosztach produkcji ani cenach. Warto jednak zauważyć, że polietylen jest najtańszym i najbardziej powszechnym plastikiem na świecie, co teoretycznie sprzyja niskim kosztom surowca, ale nie przesądza o ostatecznej cenie gotowej przędzy po uwzględnieniu procesu produkcji.
Dlaczego zwykłych elastycznych ubrań nie da się recyklingować?
Zawierają spandeks połączony z poliestrem lub nylonem. Te materiały należą do różnych rodzin chemicznych i wymagają chemicznej separacji przed przetworzeniem.
Ile razy można przetworzyć nową przędzę?
W testach laboratoryjnych MIT przędza zachowała wytrzymałość i elastyczność porównywalną z konwencjonalną nicią nawet po dziesięciu cyklach przetapiania i ponownego formowania. Czy to wystarczy w warunkach rzeczywistego recyklingu przemysłowego, źródło tego nie rozstrzyga.
Fot. Chris F / Pexels
Komentarze (0)