Przyszedł czas na omówienie bardzo ważnego tematu, jakim jest wpływ produkcji tkanin na środowisko. Poszukując opracowań na ten temat spotkałem się ze sporymi trudnościami, żeby znaleźć jakieś wartościowe materiały. W końcu natrafilem opracowanie DEFRA (angielski Department for Environment, Food and Rural Affairs) z 2010 roku. Dzięki niemu postaram się odpowiedzieć na pytanie: które tkaniny są najbardziej ekologiczne?
Najpierw standardowo zostanie opisany wpływ produkcji tkanin na środowisko, a na końcu artykułu zamieszczę krótkie Q&A stanowiące podsumowanie opracowania 🙂
Analiza cyklu życia tkanin – zakres opracowania
Wspomniany wcześniej raport DEFRA zawiera aż 19 różnych tkanin, zarówno naturalnych (bawełna, len, juta konopia, wełna, jedwab, włókna pokrzywy, szczodrzenicy sitowatej, ramii indyjskiej), regenerowanych (lyocell, wiskoza, modal, włókna bambusowe, soi) oraz syntetycznych (poliester, nylon, akryl, PLA, PTT). Pełne zestawienie przedstawione zostało na Rys. 1, gdzie włókna zostały również podzielone na istniejące i “wschodzące”
Raport jest bardzo rozbudowany, omawia szczegółowo każde włókno, wskazuje trendy na rynku oraz wykorzystanie poszczególnych typów włókien. Niemniej skupiając się na cyklu życia, analiza w tym wypadku objęła cykl od uzyskania surowca pierwotnego (wyhodowanie rośliny/wydobycie ropy) przez przygotowanie włókna, wytworzenie tkaniny po barwienie i wykończenie. Analiza krótko omawia kwestię zakończenia życia produktu, jednak nie uwzględnia tego bezpośrednio w ocenie. Temat wycofania z rynku i utylizacji (recykling/spalenie), który to w przypadku włókien jest dość złożony – krótko skomentuję w Q&A i w miarę możliwości przygotuję osobne opracowanie. Schemat ocenianych etapów przedstawiono na Rys. 2.
W przeciwieństwie do pełnej analizy LCA obejmujących wiele wskaźników (omawiałem je przy okazji analizy toreb na zakupy), ta została okrojona do 6 wybranych ilościowych oraz kilku krótko skomentowanych:
- zużycie energii
- zużycie wody
- emisja gazów cieplarnianych
- ilość ścieków
- wykorzystywane związki chemiczne podczas wykańczania włókna
- wymagana wielkość powierzchni do produkcji
- inne czynniki ujęte opisowo (eutrofizacja, toksyczność, zakwaszenie, koniec życia)
Ze względu na trudności w skompletowaniu informacji w przypadku części z włókien w raporcie założono, że niektóre wartości są takie jak dla innego włókna (oczywiście takowe uproszczenia są oznaczone w raporcie).
Produkcja tkanin
Zużycie wody
Na Rys. 3 i 4 zebrałem informację nt. zużycia wody przy produkcji poszczególnych rodzajów tkanin. Najmniej wody potrzeba do produkcji tkanin lnianych (naturalnych) oraz poliestrowych (syntetycznych). W przypadku lnu potrzeba ok. 25% więcej wody niż w przypadku poliestru. Warto zaznaczyć, że większość włókien naturalnych jest otrzymywana z roślin podlewanych wodą deszczową (wg niniejszego raportu), przez co nie uwzględnia się jej w ostatecznym rozrachunku. Może mieć to znaczenie w przypadku suszy. Ciekawym włóknem są włókna pokrzywy, które wg opracowania będą jeszcze lepsze niż len (niestety nie widziałem w Polsce takiego włókna, choć na świecie jest dostępne).
Produkcja tkanin z włókien syntetycznych wymaga wody głównie na etapie otrzymania danego surowca oraz barwienia i wykończenia. Zastanawiające są duże wartości wod
Zużycie energii
Na Rys. 5 i 6 przedstawiono ilość energii potrzebnej do wyprodukowania 1 kg tkaniny. Ponownie najbardziej ekologiczną tkaniną w tym wypadku będzie len (w przypadku naturalnych) oraz poliester w przypadku syntetycznych. Dlaczego poliester? Wartości potrzebne do uzyskania jednego kilograma poliestru są bardzo duże, ale zawierają pewne przekłamanie – mianowicie bardzo często włókno poliestrowe pochodzi z recyklingu (często w całości). To oznacza, że uzyskanie materiału surowego będzie wynosiło 0 lub tyle ile potrzeba energii na odsortowanie surowca ze strumienia odpadów.
Emisja gazów cieplarnianych
W raporcie przedstawiono tabelę (Rys. 7) określającą wielkość emisji gazów cieplarnianych w przeliczeniu na ilość MJ energii z paliw kopalnych, potrzebnych na poszczególnych etapach produkcji od wyprodukowania aż po odzysk energii (spalenie). W przypadku świeżego poliestru te wartości są oczywiście prawidłowe, a w przypadku recyklatu – trudno tutaj mówić o tak dużej emisji CO2, gdyż jest to recyklat. W przypadku włókien naturalnych oraz regenerowanych, wartości te są wyraźnie niższe.
Co ciekawe, w przypadku części włókien naturalnych i regenerowanych można mówić o zmniejszeniu ilości gazów cieplarnianych ze względu na zjawisko sekwestracji węgla, czyli związywania węgla w glebie. W tej kategorii bardzo dobrze stoi Lyocell (produkowany z eukaliptusa) oraz wiskoza bambusowa[2]. Z ciekawostek – zjawisko sekwestracji jest wykorzystywane przez startup NextFuel, który opracował paliwo stałe o ujemnej emisji gazów cieplarnianych. Zjawisko to planuję omówić w niedługiej perspektywie, niemniej wychodzi na to, że produkcja włókien naturalnych zmniejsza globalnie ilość gazów cieplarnianych (niestety nie wszystkie zostały zbadane, mniemam, iż produkcja lnu, konopii czy juty może zmniejszać ilość GHG w powietrzu).
Ilość ścieków przy produkcji tkanin
Ilość produkowanych ścieków dla wybranych tkanin została zebrana na Rys. 8. Najwięcej ścieków powstaje przetwórstwie wełny, a najmniej przy produkcji poliestru. Wg raportu większość tkanin naturalnych podlega zbliżonej obróbce chemicznej jak bawełna (patrz Rys. 3), stąd możemy założyć, że ilość ścieków produkowanych przy produkcji tkanin naturalnych jest ok. 2,5 raza większa niż dla poliestru.
Niestety dane w raporcie nie są zbyt precyzyjne, o jaki rodzaj ścieków chodzi. Niemniej w raporcie jest podana informacja, iż ścieki zawierają barwniki, sole, zasady, kwasy, metale ciężkie, oleje, związki organiczne itp. W przypadku włókien syntetycznych można mówić głównie o barwnikach itp, gdyż w ich przypadku nie ma konieczności osobnej obróbki chemicznej do otrzymania włókna.
Zużycie związków chemicznych przy produkcji włókien
Analizując tabelę przedstawioną na Rys. 9 widać, że ilość chemikaliów w przeliczeniu na 1 kg surowca jest sumarycznie ok. 2-krotnie większa w przypadku włókien naturalnych niż poliestru.
Powierzchnia uprawna włókien naturalnych
W przypadku włókien naturalnych można jeszcze uwzględnić w ocenie wielkość powierzchni potrzebnej do wyprodukowania tony włókna (Rys. 10). Najkorzystniej w tej sytuacji wypadnie włókno celulozowe Lyocell oraz syntetyczne PLA. W przypadku pozostałych włókien wielkości powierzchni są porównywalne, za wyjątkiem wełny, dla której do produkcji 1 tony potrzeba 31-278 hektarów.
Inne czynniki – toksyczność, zakwaszenie wody i gleby, eutrofizacja
Wg autorów raportu największą toksyczności dla ludzi oraz organizmów wodnych, działaniem eutrofizacyjnym cechuje się bawełna ze względu na użycie bardzo dużej ilości pestycydów. Wg raportu największe zużycie surowców nieodnawialnych jest w przypadku poliestru, co jest dość logiczne, gdyż akryl i nylon zawierają w swojej budowie cząsteczkowej azot, który jest wprowadzany na etapie syntezy monomerów.
Inne czynniki – cykl życia i użycie tkanin
W raporcie zawarto ciekawe informacje, takie jak np. że za 75-80% energii cyklu życia tkaniny odpowiada czyszczenie tkaniny (pranie+suszenie bębnowe+prasowanie) które może być oczywiście optymalizowane procesowo oraz materiałowo (dodatki powodujace, że tkanina się nie gniecie). Ciekawe zestawienie przedstawia Rys. 11 dla czystej bawełny oraz mieszaniny bawełny i poliestru w stosunku 50:50, pokazujących jak zastosowanie dodatku syntetycznego powoduje znaczące korzyści ekologiczne.
Inne czynniki – koniec życia
Twórcy raportu wskazują, że zaledwie 24% tkanin zostaje odzyskanych w Anglii (2010 rok), a reszta trafia na wysypisko. Wg badań (co oczywiste), najmniejszy ślad węglowy ma ponowne użycie, potem recykling, potem spalenie i składowanie na wysypisku. Niestety w przypadku recyklingu bardzo duży problem stanowi możliwość separacja i identyfikacja włókien. Autorzy wskazują, że istnieje komercyjna technologia recyklingu chemicznego włókien poliestrowych, jednak jest to tylko jeden rodzaj włókna. Temu tematowi poświęcę wkrótce osobny artykuł.
Podsumowanie
Twórcy raportu przygotowali zestawienie wszystkich czynników, które zamieszczam dla zainteresowanych Rys. 12. W sekcji Q&A będzie dostępne nieco przyjaźniejsze podsumowanie 🙂
Q&A
Któe tkaniny są najbardziej ekologiczne? Naturalne czy syntetyczne?
Generalnie zarówno włókna naturalne jak i syntetyczne mają swoich faworytów. Autorzy raportu przygotowali takie ładne zestawienie pokazujące najlepsze włókna w poszczególnych kategoriach.
Jakich kategoriach?
W ocenie uwzględniono zużycie wody, energii, emisję gazów cieplarnianych, ilość ścieków oraz stosowanych środkó chemicznych, a także powierzchnię upraw potrzebną do otrzymania włókien
Jak w takim razie wypadły włókna naturalne? Które jest najlepsze?
Okazuje się, że w przypadku włókien naturalnych najbardziej ekologiczny okazał się len i pokrzywa, nieco gorsza jest konopia (niestety brak informacji jak sobie radzi juta). Ciekawym rodzajem włókna jest włókno z pokrzywy – niestety w Polsce nie spotkałem się z takowym. Spróbuję przygotować o tym materiale, gdyż pokrzywa jest szeroko stosowana jako nawóz organiczny.
A co z organiczną bawełną?
Sama bawełna jest najmniej ekologicznym włóknem naturalnym. Bawełna organiczna cechuje się tym, że są stosowane “organiczne” nawozy oraz środki ochrony roślin (pestycydy, insektycydy, fungicydy itd.), które nierzadko są bardziej toksyczne od sztucznych. Ze względu na gorszą skuteczność wspomnianych środków, potrzebujemy zastosować większą ich ilość żeby otrzymać taką samą ilość surowca. A to oznacza, że mamy zwiększoną chociażby eutrofizację i skażenie środowiska, o czym szerzej pisałem przy okazji analizy toreb na zakupy. Bawełna ekologiczna/organiczna jest najmniej ekologicznym włóknem dostępnym na rynku.
A włókna regenerowane?
Najlepiej sobie radzi włókno sojowe, którego jednak nigdy na oczy nie widziałem 😉 Następnie będzie to wiskoza bambusowa i lyocell – w zależności od kryteriów postawiłbym je w tej lub odwrotnej kolejności. Wymagają one więcej energii i wody niż len czy poliester, ale drugiej strony mają zdolność do sekwestracji węgla w glebie.
A co z syntetykami?
Z włókien syntetycznych najlepiej radzi sobie poliester, szczególnie jeżeli uwzględnimy fakt, iż pochodzi z recyklingu. Gdyby nie to, to najlepszy byłby PLA, ale ten z kolei jest problematyczny z innych powodów, o których pisałem przy okazji oceny ekologiczności tworzyw biodegradowalnych i kompostowalnych. Poniżej można zobaczyć tabelkę zbiorczą dla wszystkich rodzajów tkanin, gdzie widać jak się plasuje ich wpływ na poszczególne aspekty.
Czy da się porównać włókna naturalne, regenerowane i syntetyczne?
Jeżeli porównamy poszczególne wartości to wyjdzie na to, że len/pokrzywa i poliester (ale tylko z recyklingu) mają najmniejszy, porównywalny wpływ na środowisko wg przyjętych kryteriów Warto dodać, że len może działać eutrofizacyjnie ze względu stosowane nawozy, ale za to może mieć działanie sekwestrujące węgiel w glebie (czego nie ma w podstawowym raporcie) [3]. Ciekawą alternatywą może być pokrzywa, niemniej na dzień dzisiejszy jest to włókno niszowe. Problemu tego nie ma w przypadku poliestru, który jednak wymaga zużycia paliw kopalnych (lub odzysku surowca z rynku).
Nieco gorzej wypadają włókna regenerowane, takie jak Lyocell i wiskoza. Ten pierwszy postawiłbym wyżej, ze względu na bardzo małe zapotrzebowanie na ziemię uprawną oraz dobrą zdolność do sekwestracji gazów cieplarnianych, które stanowią na dzień dzisiejszy duży problem (Rys. 8 i 10). Wadą tych włókien jest obróbka chemiczna, która w przypadku braku zamkniętego obiegu powoduje zanieczyszczenie środowiska chemikaliami.
W przypadku włókien syntetycznych pojawia się dodatkowo problem mikroplastiku, który na dzień dzisiejszy nie jest jednoznaczny. Media donoszą o wpływie mikroplastiku na organizmy wodne, jednak ze względu na sposób prowadzenia badań w tej materii muszę najpierw szeroko przestudiować literaturę nim zabiorę głos w temacie. Wynika to z faktu, że notorycznie widzę w publikacjach stosowanie stężeń nieobecnych w przyrodzie, przy których rzeczywiście następuje wpływ mikroplastiku na organizmy.
Jak wygląda kwestia środków chemicznych stosowanych przy produkcji tkanin?
Nie chciałbym odnosić się do chemikaliów wykorzystywanych przy produkcji tkanin, gdyż musiałbym na ten temat napisać osobny artykuł 🙂 Mogę jedynie podać, że średnio wykorzystuje się 2-krotnie większą ilość środków chemicznych przy produkcji włókien naturalnych aniżeli poliestru.
Co z tkaninami z włóknem mieszanym?
Jeżeli są to włókna naturalne, ulegające naturalnej biodegradacji w wodzie, glebie oraz na powietrzu, to jest to pół biedy – materiał rozłoży się po iluś latach (gorzej jak rozkład nastąpi do metanu, co jest możliwe w przypadku biotworzyw takich jak PLA – pisałem o tym tutaj).
Gorzej, jeżeli mamy mieszankę włókien syntetycznych z naturalnymi – wtedy mamy ogromny problem, ponieważ bardzo trudno te włókna od siebie odseparować. Nie mówiąc o tym, że sama identyfikacja stanowi ogromny problem. To powoduje, że tkaniny „wielomateriałowe” tak naprawdę muszą trafić na wysypisko lub zostać spalone. Jest jeszcze opcja wytworzenia kompozytów o umiarkowanych właściwościach mechanicznych (przykład takiego opisywałem jakiś czas temu tutaj) lub też produkcja czyściwa, niemniej nie jest to dobre rozwiązanie dla niezniszczonych tkanin. Postaram się w niedługim czasie przygotować o tym osobny artykuł.
Jak wpływ na cykl życia ma użytkowanie tkanin?
Raport dość skąpo poruszył tę kwestię, niemniej zawarta jest w nim ciekawa informacja, że aż 75-80% zużycia energii w cyklu życia danego ubrania stanowi jego czyszczenie (przy 100 praniach).
Literatura
- [1] The role and business case for existing and emerging fibres in sustainable clothing, The Food and Environment Research Agency, April 2010
- [2] https://respecterre.com/blogs/news/tencel-lyocell-vs-bamboo-viscose
- [3] Antoine Le Duigou, Peter Davies, Christophe Baley, (2011) Environmental Impact Analysis of the Production of Flax Fibres to be Used as Composite Material Reinforcement, Journal of Biobased Materials and Bioenergy 5(1):153-165, 10.1166/jbmb.2011.1116
- Grafika pochodzi ze strony Pxfuel i została wykorzystana zgodnie z licencja
