Decolorization of cellulose-based post-consumer textile waste in a sequence involving sodium hydroxide, chlorine dioxide, and hydrogen peroxide

Jedes Jahr entsorgt die Welt Berge von Kleidung. Ein Großteil dieses Abfalls landet auf Deponien oder wird verbrannt – ein Schicksal, das immer schwerer zu akzeptieren ist, da die Modeindustrie mehr Kleidungsstücke produziert als je zuvor. Eine vielversprechende Lösung liegt darin, diese alten Kleider wieder in neue zu verwandeln, ein Prozess, der als Faser-zu-Faser-Recycling bekannt ist. Doch dieser kreislauforientierte Traum steht vor einem hartnäckigen Hindernis: der Farbe. Die meisten weggeworfenen Textilien sind eine chaotische Mischung aus Stoffen, die in unzähligen Nuancen gefärbt wurden, und um sie wieder nutzbar zu machen, muss diese Farbe entfernt werden. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, den Farbstoff zu entfernen, sondern dies zu tun, ohne das Gewebe selbst zu zerstören. Das Material im Zentrum dieses Rätsels ist Cellulose, die natürliche Faser, die in Baumwolle und den regenerierten Fasern, die in Viskose verwendet werden, vorkommt. Diese Fasern sind lange Molekülketten, die dem Stoff seine Festigkeit verleihen, aber sie sind auch empfindlich; genau die Chemikalien, die benötigt werden, um den Farbstoff herauszubleichen, können diese Ketten manchmal durchtrennen und starken Faden in schwammige, unbrauchbare Masse verwandeln.

Forscher bei Nouryon, einem Chemieunternehmen in Schweden, machten sich daran, dieses Gleichgewicht zu finden. Sie konzentrierten sich auf eine spezifische Art von Abfall: eine Mischung aus Post-Consumer-Baumwoll- und Viskosekleidung, die sortiert, geschreddert und für die Behandlung vorbereitet worden war. Ihr Ziel war es, eine Abfolge chemischer Schritte zu finden, mit denen sie die Farbe aus diesen Mischgeweben herauswaschen konnten, während die Fasern intakt genug blieben, um zu neuem Garn versponnen zu werden. Sie testeten einen dreistufigen Prozess, der Natriumhydroxid, Chlordioxid und Wasserstoffperoxid beinhaltete. Der erste Schritt, bei dem Natriumhydroxid zum Einsatz kommt, wirkt wie eine starke Seife, die hilft, den Farbstoff von den Fasern zu lösen. Im zweiten Schritt wird Chlordioxid eingeführt, ein starkes Bleichmittel, und der letzte Schritt nutzt Wasserstoffperoxid, um die Arbeit abzuschließen und das Material aufzuhellen. Die Forscher entdeckten, dass diese Kombination dunklen, mehrfarbigen Abfall in ein helles, sauberes Material verwandeln konnte, wobei die genauen Bedingungen jedes Schritts enorm wichtig waren.

Die Reise begann mit der alkalischen Behandlung. Als die Forscher den geschredderten Stoff mit Natriumhydroxid bei hohen Temperaturen behandelten, begann die Farbe sich zu lösen. Sie fanden heraus, dass das Hinzufügen einer spezifischen Menge des Chemikals – 150 Kilogramm auf jede Tonne Stoff – ausreichte, um einen signifikanten Teil des Farbstoffs zu entfernen, ohne übermäßige Schäden zu verursachen. Diese erste Wäsche steigerte die Helligkeit der Baumwolle von einem matten 10 Prozent auf etwa 40 Prozent und die der Viskose von 7 Prozent auf fast 50 Prozent. Die Flüssigkeit, die während dieser Phase abfloss, war dunkel von den entfernten Farbstoffen, was bewies, dass die Farbe erfolgreich von den Fasern getrennt wurde. Entscheidend war, dass die Forscher beobachteten, dass die Baumwollfasern während dieses Prozesses zwar etwas von ihrer inneren Festigkeit verloren, die Viskosefasern jedoch überraschend stabil blieben und ihre Struktur selbst unter dem chemischen Angriff gut hielten.

Als Nächstes folgte die Chlordioxid-Phase, die als der „schwere Hebel“ für die Entfernung der verbleibenden Farbe diente. Die Forscher passten den Säuregehalt des Wassers in diesem Schritt an und fanden heraus, dass ein leicht saures Milieu der ideale Punkt war. Auf diesem Niveau entfernte das Chlordioxid den Rest des Farbstoffs und steigerte die Helligkeit der Baumwolle auf 74 Prozent und die der Viskose auf 77 Prozent. Diese Phase war besonders wichtig, da sie es dem Team ermöglichte, die Festigkeit der Fasern zu kontrollieren. Durch die Feinabstimmung des Säuregrads konnten sie verhindern, dass das Chemikal ist die Celluloseketten zu aggressiv aufbricht. Dies bedeutete, dass sie eine spezifische Ebene der Faserfestigkeit anvisieren konnten, um sicherzustellen, dass das Material für die zukünftige Verwendung robust genug wäre. Der Prozess war so effektiv, dass das Endprodukt wie ein sauberes, weißes Blatt Papier aussah – ein krasser Gegensatz zu den bunten, zerfetzten Fetzen, die den Prozess begannen.

Der letzte Schritt beinhaltete Wasserstoffperoxid, ein gängiges Bleichmittel, aber mit einer Besonderheit. Die Forscher fügten Magnesium zur Mischung hinzu, ein Schritt, der als Stabilisator wirkte. In Abwesenheit von Magnesium kann Wasserstoffperoxid manchmal zu aggressiv werden, die Fasern zersetzen und organisches Abfallmaterial ins Wasser abgeben. Mit der Anwesenheit von Magnesium wurde das Bleichen kontrollierter. Die Fasern behielten mehr ihrer ursprünglichen Festigkeit und die Menge an gelöstem organischem Material im Abwasser sank signifikant. Dies war eine entscheidende Erkenntnis, da sie zeigte, dass der Prozess sauberer und effizienter gestaltet werden konnte. Das Magnesium machte das Gewebe nicht weißer, als es ohne es gewesen wäre, aber es schützte die Integrität des Stoffes und reduzierte die Umweltbelastung der Behandlung.

Während des gesamten Experiments untersuchte das Team auch genau, was im Endprodukt zurückblieb. Sie fanden heraus, dass einige farbige Fasern bestehen blieben, doch als sie diese hartnäckigen Teile analysierten, entdeckten sie, dass es sich gar nicht um Baumwolle oder Viskose handelte. Stattdessen war es Polyester, wahrscheinlich von den Nähfäden, die verwendet wurden, um die ursprünglichen Kleidungsstücke zu vernähen. Diese Kontamination ist ein bekanntes Problem beim Recycling, da Polyester sich nicht auf die gleiche Weise auflöst wie Cellulose. Die Forscher merkten an, dass dies zwar eine Hürde darstellt, aber durch bessere Sortier- oder Trenntechniken vor Beginn des Bleichprozesses bewältigt werden kann. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die dreistufige Sequenz ein gangbarer Weg nach vorne ist. Sie verwandelte erfolgreich einen komplexen, gemischten Abfallstrom in ein helles, hochwertiges Rohmaterial und bewies damit, dass die Farbe unserer weggeworfenen Kleidung nicht das Ende ihrer Geschichte sein muss.