Die wissenschaftliche Zusammenarbeit im Bereich Forschung & Entwicklung ist bei Lenzing tief verwurzelt. Angesichts der enormen Herausforderungen (z.B. Klimawandel) und der immer komplexer werdenden Themen sind solche Kooperationen notwendig, weshalb Lenzing ihre Aktivitäten in diesem Bereich intensiviert. Die Kooperationen reichen von großen Forschungszentren bis hin zu kleinen Einzelprojekten und umfassen auch die wichtige Vernetzung mit der wissenschaftlichen Community.
Eine der größten Forschungskooperationen besteht mit dem österreichischen Kompetenzzentrum „Wood K plus“. Wood K plus ist ein führendes Forschungsinstitut im Bereich Holz und holzbezogene erneuerbare Rohstoffe in Europa, Lenzing der größte industrielle Partner. Zu den jüngsten Forschungsthemen des Kompetenzzentrums gehören die fortschrittliche Biomassenutzung, die Nutzung von Lignin und Hemicellulose sowie der Einsatz von Enzymen im Rahmen des Produktionsprozesses.
Lenzing ist ebenfalls Partner im Christian Doppler Labor für eine effiziente, recyclingbasierte Kreislaufwirtschaft unter der Leitung der Technischen Universität Wien. Das Labor soll die wissenschaftlichen Grundlagen für eine effiziente Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus unterschiedlichen kommunalen Feststoffabfallströmen bereitstellen. Ein weiteres kooperatives Forschungsprojekt, das sich mit der Kreislaufwirtschaft und speziell mit dem Textilrecycling befasst, ist das kürzlich gestartete Projekt „EnzATex“.
Die wissenschaftliche Kooperation umfasst auch „kooperative“ Forschungsprojekte. Erwähnenswerte Beispiele sind die Zusammenarbeit mit der Scripps Institution of Oceanography der University of California San Diego (USA) zur biologischen Abbaubarkeit von cellulosebasierten Materialien im maritimen Umfeld und mit dem Linz Institute of Organic Solar Cells (LIOS) der Johannes Kepler Universität Linz zur Erforschung der dielektrischen Eigenschaften von Cellulosefasern.
Lenzing ist auch in wissenschaftlichen Netzwerken wie dem European Polysaccharide Network of Excellence (EPNOE) aktiv und unterstützt Forschungsprojekte durch Beiträge und Gespräche. Des Weiteren sind die Experten von Lenzing F&E auch auf einschlägigen Konferenzen aktiv und hielten 2021 mehr als zehn Vorträge – die meisten davon mit einem starken Fokus auf Nachhaltigkeit.
Alternative Rohstoffquellen für die Faserproduktion
Jedes pflanzliche Material dient potenziell als Cellulosequelle und kann somit zu Faserzellstoff für die Faserherstellung verarbeitet werden. Lenzing hat umfangreiche Untersuchungen zu vielen verschiedenen alternativen nicht holzbasierten Cellulosequellen durchgeführt. In ihrer Forschung identifiziert Lenzing vielversprechende neue Cellulosequellen und prüft sorgfältig deren Verfügbarkeit, technische Machbarkeit und wirtschaftliche Skalierbarkeit sowie die ökologischen Gesamtauswirkungen im Hinblick auf das Klimaziel und den zirkulären Ansätzen von Lenzing.
Es wurden Studien zu Rohstoffquellen erstellt, etwa zu Einjahrespflanzen wie Hanf, Stroh und Bambus. Einjahrespflanzen weisen in der Regel im Vergleich zu Bäumen eine höhere Wachstumsrate pro Hektar auf. Zusätzlich haben bestimmte Arten einen höheren Cellulosegehalt. Einige davon sind bereits in großen Mengen verfügbar, vor allem in Form von landwirtschaftlichen Abfällen. Damit kann ein attraktiver Celluloseertrag pro Hektar erzielt werden, die Vorteile gegenüber Holz, der traditionellen Cellulosequelle, müssen jedoch von Fall zu Fall beurteilt werden.
Ausgehend von den aktuellen Daten ist die großtechnische und nachhaltige Produktion von Cellulose immer noch am besten mit Holz aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern anstelle der zuvor genannten Alternativen möglich.
Der vielversprechendste Alternativrohstoff zu Holz sind derzeit Zuschnittreste aus der Textilproduktion und Altkleider. Lenzing präsentierte in diesem Bereich die erste industriell realisierte Lösung: die REFIBRA™ Technologie, die hohe Mengen an Textilabfällen als Ausgangsstoff verwendet und einen wichtigen Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft darstellt. Um schneller voranzukommen und relevante Mengen auf den Markt bringen zu können, haben sich Södra und Lenzing in 2021 im Bereich Textilrecycling zusammengeschlossen.
Sie entwickeln nun gemeinsam ihre jeweiligen Prozesse weiter mit dem Ziel, 2025 eine Recyclinganlage mit einer Kapazität von 25.000 Tonnen zu haben. Weitere Informationen finden Sie im Kapitel „Kreislaufwirtschaft und Ressourcen“.
Gleichzeitig ist es der Anspruch von Lenzing als Innovationsführer, neue Lösungen zu finden und über den Tellerrand hinauszuschauen. Ein Beispiel ist die bereits erwähnte Zusammenarbeit mit Orange Fiber, bei der es im Pilotmaßstab möglich war, 20 Prozent des Holzzellstoffes durch Faserzellstoff aus Orangenabfällen zu ersetzen. Lenzing ist zudem ein aktiver Partner in der neu gegründeten Innovationsallianz INGRAIN, die sich mit einer biobasierten Kreislaufwirtschaft befasst und das Ziel verfolgt, Landwirtschaft, Lebensmittelverarbeitung und Textilindustrie miteinander zu verbinden.
Um in Zukunft weitere neue Quellen für nicht holzbasierte Cellulose zu erschließen, bedarf es einer gezielten Erforschung der ökologischen und wirtschaftlichen Aspekte für die industrielle Produktion sowie einer verstärkten Zusammenarbeit. Es gilt, eine Reihe von Herausforderungen zu bewältigen, die im Folgenden näher beschrieben werden.
Verfügbarkeit
Alternativen wie Bambus, Stroh und verschiedene Einjahrespflanzen stehen derzeit noch nicht in der von Lenzing geforderten Qualität und Menge zur Verfügung. Viele Einjahrespflanzen sind nur in der Erntezeit verfügbar und lassen sich schwer für eine ganzjährige Nutzung lagern. Einjahrespflanzen eignen sich daher vor allem für saisonale Produktionskampagnen. Trotz spezifischer Vorteile und hohem Jahreszuwachs pro Hektar ist das Material sehr sperrig und aufwändig zu transportieren. Dies begünstigt die lokale Beschaffung der Rohstoffe und die Beibehaltung kleiner Produktionskapazitäten.
Ökologische Nachhaltigkeit
Die Umwandlung von Wald in landwirtschaftliche Flächen für Einjahrespflanzen ist ein weltweites Phänomen, das den Druck auf alle Arten von Wäldern erhöht. Die negativen Auswirkungen sind bereits erkennbar, z.B. bei der Palmölproduktion. Nachhaltig bewirtschaftete Nutzwälder speichern deutlich mehr Kohlenstoff pro Hektar als der Anbau von Einjahrespflanzen. Diese Entwicklung wirkt sich daher nachteilig auf die CO2-Bilanz der gesamten Wertschöpfungskette aus. Deshalb ist eine gründliche Berechnung der CO2-Bilanz unter Einbeziehung sämtlicher Co-Produkte von Einjahrespflanzen erforderlich.
Ein weiterer wichtiger Faktor für die Nachhaltigkeitsleistung von Einjahrespflanzen ist die Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Nutzflächen. Hochproduktive Flächen benötigen deutlich mehr Düngemittel und Pestizide als Wälder und verursachen daher andere Umweltprobleme. So gilt beispielsweise das Umweltprofil eines großflächigen Bambusanbaus als insgesamt nicht zufriedenstellend.
Wichtige Faktoren für die Umweltauswirkungen des Prozesses sind der Energieverbrauch und die bei der Faserproduktion eingesetzten Prozesschemikalien. Sie hängen stark vom jeweiligen Verfahren ab und variieren von Einjahrespflanze zu Einjahrespflanze. Baumwoll-Linters, die in einigen Regionen bei der Viscoseherstellung verwendet werden, können z.B. zur Herstellung von Faserzellstoff genutzt werden. Sie erfordern jedoch ein Aufschlussverfahren, bei dem erhebliche Mengen an Chemikalien und Energie eingesetzt werden müssen. Wenn Baumwoll-Linters-Verarbeitungsanlagen nicht dem neuesten Stand der Technik entsprechen, kann die Produktion ressourcenintensiv sein und hohe Emissionen und Abfälle mit sich bringen.
Technische Machbarkeit
Abgesehen davon, dass aus alternativen Quellen hergestellte Fasern keine zusätzlichen Umweltprobleme verursachen sollten, müssen sie dieselben Qualitätskriterien wie holzbasierte Fasern erfüllen. Der Bioraffinerieprozess für holzbasierte Fasern ist stark auf den Rohstoff ausgerichtet. Das sorgt für eine gleichbleibend hohe Qualität und Effizienz und liefert klimaneutrale Bioenergie als Co‑Produkt. Bei nicht holzbasierten Ausgangsmaterialien ist die als Co‑Produkt entstehende Menge an Bioenergie womöglich niedriger, sodass zusätzliche Energiequellen für die Verarbeitung zu Faserzellstoff herangezogen werden müssen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt haben kann.
Einjahrespflanzen enthalten mehr mineralische Bestandteile und organische Substanzen, die eliminiert werden müssen, um hochwertigen Faserzellstoff herzustellen. Für diese Reinigungsprozesse sind in der Regel aggressive Chemikalien erforderlich, die wiederum Abfallprobleme verursachen. Es ist eine große Herausforderung, neue nachhaltige Technologien für diese Materialien zu entwickeln und gleichzeitig die Produktqualität und Umweltfreundlichkeit zu erhalten. In Holzgewächsen wie Bäumen hingegen konzentrieren sich diese Bestandteile in der Rinde und lassen sich daher in der ersten Phase des Prozesses leicht eliminieren.
Die Erfahrungen aus der Papierindustrie mit diesen Quellen sind nur von begrenztem Nutzen, da für Faserzellstoff völlig andere Qualitäts- und Reinheitsanforderungen gelten. Während bereits moderne Anbau- und Erntekonzepte entwickelt wurden, muss ein neuer Bioraffinerie-Prozess für Einjahrespflanzen jedoch noch an die besonderen Anforderungen angepasst werden, ganz zu schweigen von der Kreislaufführung für Prozesschemikalien und der Behandlung von Verunreinigungen, die aus den Pflanzen stammen. Von den etablierten industriellen Prozessen erfüllt bislang keiner diese Voraussetzungen.
Weitere Informationen finden Sie im Fokuspapier „Holz und Zellstoff“.
