Konopie włókniste – ekologiczny surowiec przyszłości?

Konopie włókniste przez wiele lat były zapomniane, ale teraz powoli wracają do łask. Są łatwe w uprawie, znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu i znakomicie wpisują się w główne założenia gospodarki cyrkularnej. Badania w zakresie ich wykorzystania prowadzą naukowcy z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej.

Włókna roślinne zawsze stanowiły cenny surowiec. Ich klasyczne wykorzystanie to:

• przemysł tekstylny i odzieżowy – przędza i tkaniny,
• rolnictwo – pasza, ściółka, sznury i liny,
• przemysł papierniczy – papier konopny,
• budownictwo – prefabrykowane bloczki i płyty budowalne, izolacje, beton konopny,
• materiały spożywcze – olej konopny i nasiona, mąka konopna czy suplementy na bazie konopi.

Konopie ze zrównoważonych plantacji to również cenne biopaliwo dla energetyki i sektora grzewczego.

Powrót do łask

– Konopie włókniste są źródłem surowców i materiałów dla przemysłu, które wpisują się w założenia gospodarki cyrkularnej i zrównoważonego rozwoju. Niegdyś szeroko stosowane, zostały swego czasu wyparte przez syntetyczne zamienniki, tworzywa sztuczne, którymi dosłownie zachłysnął się świat. Dziś, gdy znamy już koszty środowiskowe plastiku i jego niekorzystny wpływ na ekosystemy, wracamy do idei zastąpienia tworzyw sztucznych surowcami odnawialnymi – mówi prof. Bartosz Kaźmierczak, dziekan Wydziału Inżynierii Środowiska.

Mniej znane zastosowanie to przemysłowa produkcja materiałów kompozytowych na bazie konopi. Biokompozyty konopne to obecnie coraz popularniejszy kierunek badań naukowych oraz prac rozwojowych i wdrożeniowych. Kompozyty konopne już znajdują zastosowanie w meblarstwie, budownictwie, przemyśle motoryzacyjnym czy produkcji bioplastiku.

– Oprócz bezpośredniego wykorzystania konopi włóknistych jako źródła surowców możemy też mówić o ich zastosowaniach pośrednich. Przykładem jest choćby ich stosowanie w procesach rekultywacji zdegradowanych terenów i podłoży na terenie miast – wskazuje prof. Bartosz Kaźmierczak.

Warto podkreślić, że dawna zabudowa, skutki długoletniej działalności gospodarczej czy intensywnego transportu wyjaławiają i „zbijają” grunt, a naturalne procesy retencyjne gruntu zostają spowolnione lub wstrzymane. W efekcie po wystąpieniu opadów deszczu (w szczególności nawalnych) woda nie wsiąka, tylko występuje bardzo intensywny spływ powierzchniowy. W mieście pojawia się zagrożenie lokalnymi podtopieniami i powodziami błyskawicznymi.

– Nowe osiedla często powstają właśnie na takich zdegradowanych terenach poprzemysłowych lub po innej intensywnej działalności gospodarczej. Proces przywrócenia tych obszarów przeprowadza się poprzez mechaniczne usunięcie podłoża, co jest procesem szybkim, lecz bardzo kosztowym. Alternatywną metodą, wolniejszą, lecz ekologiczną i zgodną z założeniami zrównoważonego rozwoju i gospodarki cyrkularnej, jest wykorzystanie roślinności do przywrócenia pierwotnych właściwości zdegradowanego gruntu. I właśnie w tym zakresie konopia przemysłowa oferuje korzystne właściwości, szczególnie zdolność do odtwarzania struktury gleby i poprawy stosunków wodno-powietrznych gleby. Co więcej, po spełnieniu swojej funkcji nadal możemy ją wykorzystać bezpośrednio jako źródło surowca, czyli np. włókien – tłumaczy naukowiec.

Plusy i minusy

Chociaż obecnie w przemyśle jest wiele sposobów pozyskiwania włókien organicznych – zarówno roślinnych, jak i odzwierzęcych – to okazuje się, że konopie przemysłowe mogą być pod tym względem dużo bardziej efektywne.

– Konopie włókniste to materiał naturalny, źródło ekologicznych surowców o zerowym śladzie węglowym i biodegradowalnych. Są w stanie zaadaptować się do trudnych warunków glebowych, można je uprawiać w naszej szerokości geograficznej, warto też pamiętać o korzystnym ekonomicznie i środowiskowo aspekcie jej upraw. Co więcej, także niewłókniste części rośliny, traktowane obecnie jako odpad, mają potencjał do wykorzystania jako surowiec. Te wszystkie aspekty mają jeden wspólny mianownik – wpisywanie się w założenia gospodarki cyrkularnej oraz budowanie bezpiecznej i odpornej gospodarki – podkreśla dr hab. Karol Leluk, prof. PWr, prodziekan ds. badań naukowych i współpracy na Wydziale Inżynierii Środowiska.

Naukowiec dodaje, że nie ma jednak surowców idealnych, a na konopie nie możemy patrzeć jak na materiały syntetyczne – włókna szklane, aramidowe czy węglowe. Problemem dla przetwórstwa przemysłowego są m.in. zmienne właściwości mechaniczne i fizykochemiczne włókien zależne od odmiany i warunków uprawy, ich niska odporność na podwyższoną temperaturę i promieniowanie UV oraz niska adhezja z materiałem matrycy polimerowej.

– Opracowując innowacyjne technologie i rozwiązania inżynierskie dla przemysłu konopnego, uwzględniamy te cechy na wszystkich etapach procesu, a więc od składowania surowca, przez wiązanie w kompozycie, aż po zagospodarowanie odpadów. Uzyskane biomateriały charakteryzują się zadowalającymi właściwościami wytrzymałościowymi, a kompozyty hybrydowe mogą być także użyte jako materiały opakowaniowe o niskim negatywnym oddziaływaniu na środowisko naturalne – zaznacza prof. Karol Leluk.

Ogromną zaletą włókien naturalnych, w tym konopnych, jest przede wszystkim odnawialność w rozumieniu zasad gospodarki obiegu zamkniętego. Wpisują się one w programy dotacji i pożyczek na wsparcie rozwoju tzw. zielonych technologii i transformacji przedsiębiorstw w kierunku zeroemisyjnych jednostek.

Szerokie badania…

Badania w zakresie wykorzystania konopi są prowadzone właśnie na Wydziale Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej. Zespół naukowców pod kierunkiem dr hab. inż. Stanisława Frąckowiaka, prof. uczelni, opracowywał nowe kompozyty polimerowe oparte o surowce naturalne, w tym właśnie włókna konopne. Projekt był finansowany z szóstego programu ramowego UE (projekt „Biocomp”) oraz Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (projekt „Nowe przyjazne kompozyty polimerowe z surowców odnawialnych”).

– Dysponujemy już i wciąż rozwijamy szeroką bazę odnawialnych materiałów polimerowych, spełniających stawiane im wymagania użytkowe. W pracach badawczych skupiamy się na wytwarzaniu kompozytu o zadowalających właściwościach mechanicznych i w konkurencyjnej cenie. Spełnienie tych dwóch warunków jest podstawą powodzenia w komercjalizacji wytworzonego rozwiązania – mówi prof. Leluk.

Dr hab. inż. Małgorzata Wolska, prof. uczelni z Katedry Gospodarki Wodno-Ściekowej i Technologii Odpadów oraz prof. Justyna Rybak z Katedry Biologii Środowiskowej i Ochrony Atmosfery testują także zdolności do biologicznego rozkładu opracowanych biomateriałów w ramach oceny całego cyklu życia produktu. Sprawdzane są również cechy nowych materiałów w aplikacjach typowych dla inżynierii środowiska, np. jako materiały tłumiące w walce z hałasem.

…w nowej pracowni

Wkrótce naukowcy z Wydziału Inżynierii Środowiska będą mogli także korzystać ze zmodernizowanego laboratorium, które pozwoli na rozszerzenie badań związanych z opracowaniem i testowaniem nowych biomateriałów.

– Wytworzenie kompozycji polimerowej to tylko część sukcesu. Dużo zależy od utrzymania dokładnego składu i charakterystyki wytworzonych materiałów, szczególnie w kontekście ich aplikacyjności. Wyposażenie laboratorium umożliwia m.in. wytłaczanie materiału, wtrysk wyprasek, prasowanie gotowych do badań elementów, badania wytrzymałościowe w próbach statycznego zginania i rozciągania, badania udarności, przepuszczalności wobec par i gazów oraz graficzne zobrazowanie struktury z wykorzystaniem mikroskopu SEM – wymienia prof. Karol Leluk.

Nowe laboratorium w budynku D-2 umożliwi prowadzenie innowacyjnych badań rozwojowych i wdrożeniowych, realizację międzynarodowych i krajowych projektów badawczych oraz zleceń dla przemysłu.

– Dzięki współpracy z kolegami z naszej Katedry Biologii Środowiskowej i Ochrony Atmosfery jesteśmy w stanie również określić zdolność opracowywanych materiałów do biologicznego rozkładu i dynamikę takiego procesu. W przypadku kompozytów nie jest to łatwą do określenia czy przewidzenia cechą i każdorazowo wymaga weryfikacji – dodaje prodziekan.

Konferencja „Konopie w przemyśle”

Na początku grudnia na Politechnice Wrocławskiej zorganizowano konferencję „Konopie w przemyśle”, w trakcie której omawiano przemysłowe wykorzystanie konopi włóknistej, m.in. w budownictwie, ogrodnictwie, rolnictwie, meblarstwie, energetyce, medycynie i w przemyśle spożywczym.

Prelegenci reprezentowali zróżnicowane środowiska skupione wokół konopi włóknistej: od technologii upraw, poprzez rozwiązania prawne i finansowe, sektor tekstylny, sektor budowlany, po przedstawicieli nauki. Sesja wystawiennicza pozwalała także obejrzeć i dotknąć produktów konopnych.

– Sama konferencja była potwierdzeniem dużego zainteresowania tematem wykorzystania konopi włóknistych zarówno wśród hodowców, jak i przedsiębiorców czy ustawodawców. Spotkanie zorganizowane wspólnie przez fundację Green Gaya oraz nasz wydział pozwoliło na zebranie w jednym miejscu przedstawicieli branż istotnych z punktu widzenia rozwoju gałęzi „konopnej” – wyjaśnia prof. Bartosz Kaźmierczak.

W wydarzeniu wzięli udział przedstawiciele Ministerstwa Infrastruktury, Dolnośląskiego Urzędu Wojewódzkiego, Centrum Innowacji i Biznesu Politechniki Wrocławskiej, Dolnośląskiej Izby Rolniczej oraz Dolnośląskiego Ośrodka Doradztwa Rolniczego. Gościem specjalnym była Lorenza Romasnese, dyrektor zarządzająca Europejskiego Stowarzyszenia Konopi Przemysłowych (EIHA) w Brukseli. Na co dzień współpracuje ona z europosłami celem wdrażania i przeprowadzania reform w zakresie obecności konopi w unijnej polityce rolnej. Jest przewodniczącą Federacji Międzynarodowych Organizacji Konopnych (FIHO), promującej zrównoważony rozwój branży konopnej.

– Dzięki kontaktom nawiązanym w czasie konferencji naukowcy z naszego wydziału otrzymali próbne partie materiałów do badań i wytwarzania kompozytów. Już wstępne badania pozwoliły zweryfikować potencjał materiałowy badanych materiałów. To modelowe połączenie świata nauki i biznesu. Temu powinny służyć konferencje i bardzo nas cieszy, że dzięki temu wydarzeniu doszło do synergii na styku biznesu i świata akademickiego. Po prostu, każdy z nas widząc wspólny cel chce od siebie dać jak najwięcej – podkreśla dziekan Wydziału Inżynierii Środowiska.

Więcej o wydarzeniu na stronie konferencji.

Źródło: Politechnika Wrocławska

Czytaj także: Mamy polski biopolimer P3HB