Naukowo udowodnione

Możliwości wykorzystania biomasy konopi włóknistych

23 czerwca 2017 / Kategoria: Rośliny i zwierzęta
Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu
Patronat

Rekultywacja zdegradowanych terenów pokopalnianych.

Jednym z możliwych kierunków zastosowań konopi włóknistych jest ich wykorzystanie do rekultywacji terenów zdegradowanych przemysłowo. Aktualnie Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich prowadzi prace badawcze w tym zakresie przy wykorzystaniu dofinansowania Komisji Europejskiej w ramach działania LIFE+ oraz Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. 

Rekultywacje terenów zdegradowanych prowadzone są w ramach projektu LIFE11ENV/PL/445, na terenach po kopalni odkrywkowej prowadzona jest poprzez uprawę konopi włóknistych oraz lucerny. Konopie włókniste są roślinami o dużej ilości biomasy, która przyorywana przyczyni się do szybszego powrotu biologicznie czynnej warstwy gleby na terenach zdewastowanych.

Rośliny te posiadają silny system korzeniowy typu palowego, wrastający w glebę prostopadle do głębokości 1,0 – 1,5 m.. Mocny system korzeniowy powoduje po jego obumarciu wytworzenie kanałów pionowych w zbitej warstwie iłów i glin. W opracowanej technologii zakłada się, że konopie po skoszeniu zostaną przyorane.

Obok konopi w rekultywacji można wykorzystać również lucernę, która jako roślina motylkowa, jest zdolna do symbiozy z bakteriami brodawkowymi z rodzaju Rhizobium posiadającymi zdolność wiązania azotu cząsteczkowego. Związany azot służy roślinie gospodarza do syntezy białek. Oprócz tego znaczne ilości związków azotowych przedostają się z brodawek do gleby i służą jako źródło azotu innym roślinom rosnącym równocześnie lub też po nich w płodozmianie.

Połączenie w płodozmianie uprawy konopi dającej duży plon celulozy w skład której wchodzi węgiel, tlen i wodór z uprawą lucerny wytwarzającej dzięki symbiozie z bakteriami brodawkowymi dużo azotu, stanowi swoisty kompozyt biologiczny, ułatwiający stosunkowo szybkie tworzenie próchnicy, co jest jednym z głównych celów rekultywacji. Poza poprawieniem wartości gleby podczas prowadzonej rekultywacji , zaobserwowano również zwiększoną liczbę korzystających z łanu konopi różnych gatunków ptaków dla schronienia, lęgu czy żerowania.

Wdrożenie opracowanej technologii pozwala przywrócić tereny zdegradowane rolnictwu, co wpływa na rozwój gospodarstw i zwiększenie zatrudnienia w sektorze rolniczym dotkniętym strukturalnym bezrobociem. Wzrost dochodów ludności poprawi ich sytuację materialną co wpłynie na kondycję finansową całej gminy. Szata roślinna poprzez poprawę klimatu i powrotu fauny podnosi walory zdrowotne społeczeństwa oraz uczyni bardziej atrakcyjnym turystycznie region po odkrywkach węgla brunatnego.

Wyroby włókiennicze:

Włókno konopne w postaci włókna długiego lub pakuł jest przerabiane na przędze systemem czesankowym lub zgrzebnym na odpowiednio przystosowanych zespołach maszyn. Otrzymywana przędza mokroprzędna lub suchoprzędna, z uwagi na jej właściwości, posiada charakter przędz tkackich i jest wykorzystywana na tkaniny o ograniczonym zastosowaniu (głównie na tkaniny stołowe, dekoracyjne, pościelowe rzadziej odzieżowe i bieliźniane) Szersze wykorzystanie włókien konopnych do wytwarzania tkanin i dzianin na wyroby odzieżowe wymaga stosowania nowych systemów przędzenia (bawełniarski, wełniarski). Zastosowanie tych systemów wymusza prowadzenie zabiegów modyfikowania włókien lnianych tzn. dostosowania ich cech (głównie długości, cienkości i czystości) do przerobu na w/w zespołach. Umożliwia to wykorzystanie włókna konopnego do wytwarzania zdrowych i ekologicznych wyrobów odzieżowych.

Masa celulozowo-papiernicza.

Najbardziej obiecującym poza włókienniczym obszarem zastosowania roślin łykowych jest ich przerób związany z potencjałem ukrytym w wysokiej zawartości celulozy we włóknie. Przemysł papierniczy powoli staje wobec problemu związanego ze wzrostem konsumpcji papieru wynikającym z szybkiego zwiększania się ludności świata i kurczeniem się światowej powierzchni terenów leśnych. Do tej bowiem pory drewno jest głównym źródłem celulozy potrzebnej do produkcji papieru. Oczywiście, celulozę można pozyskiwać z odpadów wtórnych (makulatura) lecz niestety wiążą się z tym wysokie koszty ich segregacji a dodatkowo uzyskany produkt nie nadaje się na wyroby wysokiej jakości i wymaga systematycznego uzupełniania długowłóknistą celulozą.

Stąd, w uprawie roślin łykowych – w Polsce dotyczy to przede wszystkim konopi można upatrywać alternatywnego dla drewna i odpadów źródła celulozy. Celulozy o bardzo wysokiej jakości wynikającej z długości włókien ją zawierających. Do tej pory stosowana ona była do produkcji papierów wartościowych oraz bibuły papierosowej. Potwierdza to zaufanie producentów do tego surowca. W tym przypadku niebywałe znaczenie posiada fakt „odnawialności” źródeł gdyż ww. rośliny są jednoroczne, czego nie można powiedzieć na temat drewna. Tendencje wzrostu zastosowania innego niż drewno źródła do produkcji pulpy celulozowej (masy włóknistej) można już zaobserwować na świecie.

Wydajność biomasy konopnej jest bardzo wysoka; 2 – 2,5 razy wyższa niż wyprodukowana z drzew iglastych pochodzących z takiego samego areału uprawy. Wydajność ta może sięgnąć 10 ton suchej masy z 1 hektara upraw. Koncentracja ?-celulozy w surowym włóknie (łyko) osiąga poziom do 70%. Dla porównania drewno zawiera 50 – 54%, czyli niewiele więcej niż paździerze konopne (ok.47%) będące produktem ubocznym produkcji włókna i stanowiące w tym procesie ok. 50% masy surowca wejściowego. Czyni to konopie bardzo atrakcyjnym surowcem dla produkcji pulpy i celulozy. Nie bez znaczenia jest również fakt, iż ten sam hektar upraw pozwala na usunięcie z atmosfery aż 2,5 tony dwutlenku węgla, co przyczynia się do polepszenia stanu środowiska naturalnego.

Materiały kompozytowe.

Nowym wyłaniającym się kierunkiem zastosowań lnu i konopi są tzw. kompozyty, a w szczególności biokompozyty czyli kompozyty oparte na środkach wiążących i żywicach pochodzenia naturalnego, wzmacnianych włóknami naturalnymi. Tego rodzaju kompozyty znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach. Główną zaletą biokompozytów, wykorzystujących materiał lignocelulozowy jest ich biodegradowalność, zwłaszcza jeżeli do ich produkcji zostaną zastosowane żywice pochodzenia naturalnego budowlanym, samochodowym.

Kompozyty takie mogą być z powodzeniem stosowane w przemyśle meblarskim. Jedną z gałęzi, w których obserwuje się intensywny rozwój zastosowań włókien naturalnych, a zwłaszcza konopi jest motoryzacja. Materiały kompozytowe wzmacniane włóknem konopnym lub lnianym, w odróżnieniu od powszechnie stosowanych kompozytów wzmacnianych włóknem szklanym, lepiej zachowują się w trakcie zderzenia. Dzięki porównywalnej wytrzymałości i większej elastyczności nie pękają tak łatwo i lepiej pochłaniają energię. Są przy tym znacznie lżejsze od kompozytów wzmacnianych włóknem szklanym, co przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa. Ponadto, przyszłościowym polem zastosowań roślin łykowych jest produkcja płyt cząstkowych. Ze względu na coroczną odnawialność surowca rośliny coraz bardziej znajdują zainteresowanie producentów płyt cząstkowych w tym płyt włóknistych typu MDF (Medium Density Fibre Boards). Płyty te stosowane są przy produkcji mebli, paneli dekoracyjnych oraz w budownictwie. Charakteryzują się one wysoką jednorodnością struktury, gładkością powierzchni, stabilnością wymiarów, łatwością obróbki w tym barwienia, wyższą wytrzymałością na zginanie i rozciąganie.

Naturalne maty dezynfekcyjne zapobiegające rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych.

W wyniku realizacji prac badawczych w Instytucie Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu opracowano maty na bazie włókien naturalnych, przeznaczone do dezynfekcji kół pojazdów oraz obuwia, służące do tworzenia stref ochronnych, zapobiegających rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych. Opracowane rozwiązanie polega na wykorzystaniu do produkcji mat dezynfekcyjnych włókien naturalnych konopi oraz lnu. Dzięki temu po zużyciu nie występują problemy z ich utylizacją, bowiem ulegają one w krótkim czasie biodegradowalności lub mogą być spalone. Włókna naturalne posiadają znaczne w porównaniu z włóknami chemicznymi zdolności higroskopijne. Maty wykonane z tych włókien mogą pochłonąć i utrzymać większe ilości roztworu środków dezynfekcyjnych służących do odkażania. Badania wykazały, że chłonność roztworu dezynfekcyjnego wynosi 400 – 500% w stosunku do wagi użytej maty w stanie suchym.

Wykorzystanie paździerzy konopnych na cele energetyczne.

Z przerobu słomy konopnej otrzymuje się ok. 25% włókna, które wykorzystywane jest dla celów włókienniczych i przemysłowych oraz 75% paździerzy. Paździerze lniane i konopne w chwili obecnej stanowią odpad, który w myśl przepisów Unii Europejskiej należy zagospodarować.

Paździerze są materiałem objętościowym, z uwagi na niski ciężar właściwy powstają trudności z jego składowaniem, transportem i spalaniem. Materiał ten zajmuje dużo miejsca, składowany na otwartej przestrzeni jest podatny na działanie wiatru oraz opadów atmosferycznych. Z uwagi na zawartość pyłu materiału tego nie można spalać w postaci luźnej. W odróżnieniu od zrębków drzewnych paździerze przed procesem brykietyzacji nie muszą być dosuszane, co wpływa na ekonomikę ich wykorzystania.

Instytut prowadzi również badania nad wykorzystaniem całych roślin konopi na cele energetyczne. Wydajność energetyczna z wykorzystaniem całych roślin konopi wynosi ok. 250 GJ/ha. Tak wysoka wydajność energetyczna wynika z wysokiego ciepła spalania konopi oraz wysokiego plonu suchej masy z ha powierzchni uprawy. Z uwagi na powyższe celowym wydaje się wpisanie konopi na listę roślin energetycznych i umożliwienie uprawy tej rośliny na cele produkcji bioenergii.

Wykorzystanie paździerzy konopnych w budownictwie.

Materiałem lignocelulozowym wykorzystywanym do produkcji materiałów budowlanych są paździerze konopne, które stanowią produkt uboczny i pozyskiwane są z przerobu nie roszonej słomy konopnej na linii dekortykacyjnej. Paździerze konopne razem z wapnem stanowią kompozyt wapienno paździerzowy, który metodą natryskową nanosi się formując ściany. Elementem nośnym w tego typu budownictwie jest drewniany szkielet budynku.

Produkcja materiałów budowlanych na bazie paździerzy konopnych i spoiwa wapiennego jest z powodzeniem stosowana w niektórych krajach Europy Zachodniej, min. we Francji, Angli.

Materiały budowlane wytworzone przy użyciu materiału roślin włóknistych charakteryzują się wobec tradycyjnych niższymi kosztami wytworzenia, poprawą warunków izolacyjnych, termicznych i wentylacyjnych - komfortu użytkowania, prostym i szybkim sposobem montażu.

Paździerze konopne w uprawie grzybów konsumpcyjnych.

Obecnie uprawa boczniaków wiąże się z dużym ryzykiem, w związku z problemem nie przyjęcia się grzybni na podłożu ze słomy zbożowej. Ten problem przynosi straty producentom boczniaka i problemy w uprawie skutkujące wzrostem kosztów produkcji.

Prowadzone prace pozwoliły na opracowanie nowego typu podłoża z paździerzy konopnych oraz technologii produkcji boczniaka na tym podłożu.

Przy dekortykacji słomy konopnej uzyskuje się około 30% włókna i 70% paździerzy. Biorąc pod uwagę, że średni plon słomy konopnej wynosi 10 ton/ha oznacza to, że z 1 ha możemy uzyskać 7 ton paździerzy. Z takiej ilości surowca można otrzymać około 5 ton owocników grzyba.

Opracowane rozwiązanie zwiększa opłacalność produkcji grzybów konsumpcyjnych, poprzez wykorzystanie w uprawie paździerzy konopnych, które są materiałem odpadowym w produkcji włókna. Z przeprowadzonych prób uprawy boczniaka wynika, że z 1 tony podłoża na bazie słomy zbożowej pszennej uzyskano plon owocników na poziomie 500 kg, a na zastosowanej mieszance 70% słomy zbożowej i 30% paździerzy konopnych ok. 700 kg owocników w stosunku do 1 tony podłoża.

Produkty uboczne powstające przy przerobie roślin włóknistych coraz częściej znajdują zastosowanie w innych dziedzinach takich jak materiały wyściółkowe w hodowli koni, trzody chlewnej i drobiu (paździerze konopne są tu bardzo wartościowe gdyż posiadają doskonałą chłonność substancji zapachowych i moczu), a także do wytwarzania tzw. doskonałych chemikalii (fine chemicals). Nasiona lnu i konopi są już dziś surowcem do produkcji preparatów farmaceutyczno-dietetycznych, używek i dietetycznego oleju konsumpcyjnego.

 

AUTORZY:

Jerzy Mańkowski, Jacek Kołodziej

Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu

Tagi:

zastosowania konopi

Komentarze (0)

Dodaj

Podobał Ci się ten artykuł? Zapisz się do newlettera!

My też nie lubimy spamu dlatego obiecujemy wysyłać Ci tylko wartościowe treści.

Masz pytanie?

Zadaj je autorom