低碳足迹和可持续性的天然纤维

与玻璃纤维和矿物纤维相比，天然纤维的二氧化碳排放量低得惊人。

亚麻、大麻、黄麻或红麻等天然纤维在汽车工业中大量用于增强塑料。多年来，德国诺瓦研究所（novaInstitute）详细且透明的评估一直是欧洲汽车工业的参考。不久前，诺瓦研究所发表了一个全面可参考的天然纤维报告， 包括新发现和新工艺，特别是来自欧洲的大麻和孟加拉国的 红麻。

这份 57 页的研究报告《生物复合材料和绝缘材料中不同天然纤维的碳足迹和可持续性——为汽车和绝缘行业提供 数据的研究》于 2018 年进行，并于 2019 年 3 月发表。

这项 研究的主要作者是诺瓦研究所的生命周期评估专家 Niels de Beus 以及诺瓦研究所首席执行官 Michael Carus，他从事天然 纤维研究已经超过 20 年。 这项更新基于欧洲研究项目 MultiHemp （FP7/2007- 2013）， 并与欧洲工业大麻协会以及德国汽车供应商Dräxlmaier 合作开发，后者已经在孟加拉国建立了新的红麻纤维加工链。

亚麻、大麻、黄麻或红麻等天然纤维的碳足迹远低于玻璃纤维和矿物纤维。每生产一吨玻璃纤维的碳足迹约为 1.7- 2.5 吨二氧化碳当量 / 吨纤维，而天然纤维的碳足迹约为 0.35- 0.55 吨二氧化碳当量 / 吨纤维（在出厂前，不包括运输到客户的部分，使用的是质量分配）。这比玻璃纤维的碳足迹低 了 80%。然而，天然纤维相对于玻璃纤维的最初优势在最终产品中逐渐减弱，因为进一步的加工步骤在一定程度上加剧 了它们的碳足迹。然而，与玻璃纤维复合材料相比，天然纤维复合材料的碳足迹要低 50% 左右。

不同天然纤维，亚麻、大麻、黄麻和红麻的碳足迹无显著差异。在不确定性范围内，当应用质量分配时，对于所有四种天然纤维，欧洲非织造布生产商在汽车或绝缘领域的工厂大门的碳足迹为每吨天然纤维约 400 千克二氧化碳当量。 由于人工处理，黄麻和洋麻在种植、收获和剥皮过程中排放 的废气较少，但长途运输到欧洲的完全抵消了这一优势。

当使用经济分配时，更多的温室气体排放来自于植物种植和加工，因为它们的价值高于副产品的价值。使用经济分配的天然纤维的碳足迹约为每吨天然纤维 900 公斤二氧化碳当量。

由于化肥在总排放量计算中所占比重较高，用有机肥替 代矿质化肥，每吨麻纤维的碳足迹由 400 公斤 CO2-eq/t（质 量分配）降低到 360 公斤 CO2-eq/t。只有在作物和地区适宜的情况下才有可能使用有机肥。目前猪浆和发酵残留物仅用于荷兰北部和德国种植的大麻。此外，研究还表明，同时种植大麻种子和秸秆可以降低大麻纤维的碳足迹。由于种子的 高价值，这种效应在使用经济分配时是显著的。

当考虑到对纤维中的碳起作用的二氧化碳吸收时，天然纤维的温室气体排放量大大减少。在无纺布生产商的入口处， 这个数字甚至是负数，这表明从空气中去除的二氧化碳比到 那时的温室气体排放还要多。 具有 ISCC PLUS 可持续性证书的欧洲大麻纤维已经在世界市场上销售，这比碳足迹要求高得多，希望其他纤维随之而来。

近年来天然纤维的用量

天然纤维是玻璃和矿物纤维的环保替代品。在过去的 二十年中，越来越多的天然纤维开始用于生物复合材料，主 要用于汽车领域，也用作绝缘材料。2012 年，欧洲汽车工业使用了 3 万吨天然纤维，主要用于所谓的压缩成型零件，比 2005 年的 1.9 万吨左右有所增加。

2012 年亚麻的市场份额为 3 万吨天然纤维复合材料总量 的 50%。红麻纤维占 20% 的市场份额，紧随其后的是大麻纤维，占 12% 的市场份额。而其他天然纤维，主要是黄麻、椰棕、 剑麻和蕉麻，占18%。欧洲绝缘市场的总容量约为330万吨——亚麻和大麻绝缘材料的份额为 1 万至 1.5 万吨，约 0.5%。

相比之下，天然纤维可定义为来自植物、动物或矿物的纤维。石棉等矿物纤维以无机物的形式自然存在。动物和植物的纤维是有机的。动物纤维包括羊毛、羊绒、丝绸和羊驼。 植物纤维是从植物中提取的。根据纤维在植物中的功能，纤维可能位于植物的不同区域。例如，双子叶植物的纤维主要可以细分为种子纤维、茎纤维和果实纤维。

在双子叶植物茎（茎纤维）中发现的纤维也称为韧皮纤维， 如亚麻、大麻、荨麻、黄麻、红麻、苎麻。它们为植物提供了力量，而且纤维非常长，因为它们通常贯穿茎的整个长度。

天然植物纤维通常被认为是比合成纤维环保，有几个原 因，如：植物的生长吸收了大气中的二氧化碳；天然植物的 种植比生产合成聚合物消耗更少的能量；天然纤维是由可再生资源生产，与合成纤维的生产不同，后者导致自然资源的 枯竭。此外，在其生命周期结束时，天然植物纤维是可生物 降解的。

然而，天然植物纤维的培养和加工消耗更多的水，还可能使用合成肥料和杀虫剂，并导致在一些加工阶段排放温室气体。天然纤维的性质受令其生长受到所需条件的影响：温度、 湿度、降水、土壤成分和空气都会影响植物的高度、纤维的强度、密度等。

植物的收获和加工方式也导致了性质的变化。经压缩成型再加工后的性能差异进一步缩小。表 1 为所选天然纤维（亚 麻、大麻、黄麻、苎麻、剑麻）的性能，均可用于生物复合材料和绝缘材料；并与玻璃纤维的性能进行了比较。

与石油化学纤维相比，天然纤维可以在不同的生产工艺中与聚合物基体一起加工成复合材料。天然纤维除了环保外， 还具有良好的刚度和强度，同时与玻璃纤维相比具有较低的 密度。

天然纤维蛋白复合材料的杨氏比模量与玻璃纤维复合 材料相当。 天然纤维复合材料具有良好的轻质结构潜力和良好的断 裂性能，即无毛边断裂和部件不断裂。然而，它们的水分膨 胀特性、易燃性和可变质量都是缺点。在全球范围内，棉花 是最大的天然纤维，在最近几年（美国东部时间2009 - 2016年） 的平均产量估计为 2500 万吨。黄麻年产量约为 330 万吨（根 据 2009-2016 年的数据）。

其他天然纤维的产量要小得多。在全球范围内，与其他 纤维相比，韧皮纤维的作用很小，而且很特殊。根据粮农组 织的数据，1961-2013 年世界范围内“其他”天然纤维的生产 概况表明，黄麻一直是这些材料中占主导地位的。除了一些 相当剧烈的波动外，全球生产的天然纤维总量在过去 50 年里 略有增加。黄麻产量基本持平，椰壳纤维产量稳步增加，亚麻、 剑麻产量下降。

碳足迹比较

与化石基纤维比较

在影响类别的温室气体排放中，天然纤维的排放量低于 化石基材料。 例如，用于工厂出口的原材料提取和制造的 1 吨连续长丝玻璃纤维产品（CFGF）的产量影响在 1.4 和 2.2 CO2 当量之间，平均为 1.8 吨 CO2 当量。根据 Ecoinvent 3.4 的最新数据，玻璃纤维的生产对每吨玻璃纤维产生 2.5 吨二 氧化碳当量的影响。与天然纤维相比，温室气体排放量为每 吨天然纤维 0.3-0.7 吨二氧化碳当量（从种植到纤维工厂出口， 不包括运输到客户，使用质量分配），对玻璃气候变化的影 响 纤维产量比天然纤维产量的影响高出 4.5 倍。

其他合成纤维的排放量甚至更高。原始碳纤维的温室气 体排放量为 29450 千克二氧化碳当量，大约是原始碳纤维的 6 万倍。

与其他纤维相比

尽管应该指出，回收利用显著改善了碳纤维的温室气体 足迹。如果包括二氧化碳的吸收，天然纤维和其他纤维之间 的差异就会变得更大。与天然纤维中的碳类似，其他纤维中 的碳最有可能在使用寿命结束时释放到大气中。

天然纤维用于生物复合材料以及其他用途。生物复合材料 由聚合物和天然纤维组成，天然纤维赋予生物复合材料强度。 与功能相当的化石基复合材料相比，大麻纤维复合材料的温室 气体排放减少了 10 - 50%；如果将碳的吸收计算在内，温室气 体的节约量始终较高，达到 30-70%。然而，就温室气体排放 而言，天然纤维与玻璃纤维相比的巨大优势只剩下部分用于最 终产品，因为进一步的加工步骤减少了它们的好处。