Renaissance der Naturfasern

Nachwachsende Rohstoffe für die industrielle Verwertung sind wieder gefragt. Naturfasern ersetzen nicht nur Produkte aus fossiler Energie, sondern bieten auch die Vorteile der Naturprodukte gegenüber synthetischen Produkten wie geringes Gewicht, Umweltverträglichkeit, hohe Festigkeit und problemlose Rückführbarkeit in den natürlichen Stoffkreislauf.

Die Verwendung von Hanf-, Flachs und Ölleinfasern ist daher für die Verarbeitung zu Bau- und Dämmstoffen, zur Substitution von Glasfasern oder Kohlefasern in hochwertigen Verbundwerkstoffen sowie zur Herstellung verschiedener Textilprodukte und Geotextilien von aktueller Bedeutung. Bei Einsatz der Naturfasern für recyclefähige Konstruktionsteile im Kraftfahrzeug-, Schienenfahrzeug- und auch im Flugzeugbau können erhebliche Gewichtseinsparungen erreicht werden, die wiederum zur Einsparung von Kraftstoff führen.

Während die Verfahren des Anbaues der Naturfaserpflanzen, der Ernte und auch der Weiterverarbeitung in der Industrie weitgehend gelöst sind, gibt es bisher noch erhebliche Probleme bei der qualitätsgerechten und wirtschaftlichen Fasergewinnung aus Pflanzen.

Im Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim wird in Kooperation mit der Kranemann Gartenbaumaschinen GmbH daher eine komplette Technologie zur Fasergewinnung entwickelt, von der Annahme der Ballen des Erntegutes bis zur anforderungsgerecht gereinigten Naturfaser. Die Technologie basiert auf dem neu entwickelten Prinzip des Prallaufschlusses. Die separierten Bastanteile – Schäben – werden ebenfalls zu Baustoffen oder Einstreu verwertet.

Die Naturfaserpflanzen Hanf, Flachs und Leinen werden mit einer Technologie verarbeitet, die sowohl für grüne als auch für geröstete Faserpflanzen geeignet ist. Das Verfahren muss die Anforderungen an die industrielle Herstellung großer Mengen von separierten, gereinigten Fasern und Schäben in gleichbleibender Qualität erfüllen, die für eine möglichst vielseitige Anwendung in der Industrie sowohl für Konstruktionsteile als auch für Grobtextilien einsetzbar sind.

Arbeitsweise der Anlage

Die verfahrenstechnische Leistung der Maschinenlinie beträgt bis 3 t/h. Die natürlich gewachsene Festigkeit der Fasern bleibt bei dem praktizierten mechanischen Aufschluss weitgehend erhalten. Das entwickelte Verfahren erstreckt sich über alle Stufen von der Annahme der Strohballen bis zu den separierten versandfähigen Endprodukten Fasern und Schäben.
In der ersten Stufe werden die Strohballen aufgelöst. Rotierende Messerscheiben schneiden aus den Strohballen definierte Sektionen von einstellbarer Größe heraus. Die portionierten Sektionen fallen auf einen darunter angeordneten Austragsförderer, der das Stroh horizontal aus der Maschine herausfördert, bis hin zur nächsten Bearbeitungsstufe.

Es kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass die Strohballen teilweise Steine und metallische Fremdkörper enthalten. Um die nachfolgenden empfindlichen Maschinen zu schützen, scheiden ein elektromagnetischer Metallfänger die Stahlteile und eine speziell ausgebildete Fallstufe die Steine ab. Gleichzeitig wird das Stroh aufgelockert zu einem stetigen Förderstrom, der in einem Puffer zunächst zwischengelagert wird.

Anschließend liefert das Dosiersystem des Zwischenpuffers einen definierten, einstellbaren, stetigen Volumenstrom für die nachfolgenden Bearbeitungsmaschinen. Die Dosiergleichmäßigkeit ist sehr wichtig, um nachfolgend einen gleichmäßigen Bearbeitungseffekt zu sichern.
Eine speziell hergerichtete Schneidemaschine schneidet in der nächsten Stufe das Stroh in eine definierte Nennschnittlänge der Stängel, die im Bereich von 80 bis 200 mm einstellbar ist.
Dem Schneiden folgt der Faseraufschluss durch Prallbeanspruchung. Die Fasern selbst sind bis zu dieser Prozessstufe in den Stängeln geschützt, wodurch eine mechanische Beschädigung und ein Abfall der natürlichen Faserfestigkeit weitgehend vermieden werden. Die entwickelte Maschine sichert einen hervorragenden und vollständigen Faseraufschluss und eine wirksame Faserausbeute bis zu 28 % des Ausgangsmaterials bei einem Faserverlust von nur 1 bis 2 %. Gleichzeitig werden innerhalb dieser Maschine mehr als 50 % der Schäben abgeschieden, die dann getrennt weiterbehandelt werden.

Der hervorragende Aufschlusseffekt der Maschine erleichtert wesentlich die nachfolgende Faserreinigung. Dadurch werden die Intensität und aufwendige Anforderungen an den Reinigungsprozess vereinfacht bei gleichzeitiger Reduzierung der mechanischen Belastung der nun freiliegenden Fasern. Die Fasern werden aus dem pneumatischen Förderstrom der Aufschlussmaschine mit einem normalen Kondenser abgeschieden.
Das Reinigen der Fasern erfolgt in zwei Stufen. Eine speziell entwickelte, einstellbare Kammschüttel wird verwendet für eine wirksame und gutschonende Grobreinigung der Fasern von den Schäben. Der verbleibende Schäbengehalt in den Fasern ist kleiner als 5 %. Diese Faserreinheit ist bereits ausreichend für eine Vielzahl industrieller Anwendungen.
Höhere Reinheitsgrade werden nach einer zusätzlich nachgeschalteten zweiten Bearbeitung mit einem Stufenreiniger erreicht. Nach dieser Reinigungsstufe wird ein verbleibender Feinschäbengehalt von durchschnittlich weniger als 2 % erwartet.
Eine anschließende Karde öffnet die Fasern und verbessert die Faserstruktur sowie die Verarbeitungsfähigkeit des erzeugten Fasernmaterials. Bei der Faseröffnung ausfallende Restschäben werden noch separiert.
In der letzten Stufe werden die Fasern mit einer üblichen Rechteckballenpresse zu Quaderballen mit den Abmessungen 1,2 x 1,0 x 0,8 m für die Zwischenlagerung oder den Transport geformt. Das Gewicht kann bis zu 150 kg je Ballen betragen.
Die anfallenden Schäben von der Aufschlussmaschine, der Kammschüttel, dem Stufenreiniger und in kleiner Menge von der Karde werden durch getrennte Zyklone aus dem Luftstrom abgeschieden. Die Partikelgrößenverteilung dieser Schäben erstreckt sich über einen großen Bereich. Die Schäben können auf einer Siebanlage für verschiedene Anwendungen in gewünschte Fraktionen bedarfsgerecht klassiert werden. Feinanteile, anhaftender Staub, Samen und Reste von Blättern werden gleichzeitig abgesiebt.
Die schnell laufenden Maschinen erzeugen bei der Bearbeitung der trockenen Faserpflanzen viel Feinstaub. Ein zentrales Absaugsystem sammelt die Abluft und scheidet den Staub auf der Oberfläche einer Siebtrommelfilteranlage ab.
Der Reststaubgehalt der Abluft beträgt danach weniger als 10 mg/m³. Der Feinstaub wird direkt in Fässer oder Bigbags abgefüllt.
Die vollständige Verwertung aller Komponenten der Naturfaserpflanzen sichert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Zusammenarbeit mit der Praxis

Dr. Henschke, Naturfaserverbund Brandenburg, CIT Guben
Herr Krasemann, Treuhanf Zehdenick
Herr Olschewski, Treuhanf Berlin
Herr Dressel, Geschäftsführer des InnoRegio Projektes RIO,
Hennigsdorf (Waggonbau: S-Bahnwaggons)
Herr Hoffmann, Zellulosefabrik Ortrand
Herr Novotny, Hanffabrik Prenzlau
Frau Prause, Flachshaus Pritzwalk
Herr Wenzel, Unternehmensberater Spremberg (plant Anlage)
Prof. Leuschner, Wiss. Beirat des World Hemp Cenre, Poznan
Dr. Burczyk, Stellvertretender Direktor des Institutes für Naturfasern, Poznan

Herr Kranemann, Blücherhof, bei Waren (Mecklenburg-Vorpommern, Kooperationspartner

Interesse aus Kanada:

Mehrere Unternehmen aus der Provin Ontario
University Guelph (Ontario)
University Edmonton (Alberta)
Alberta Research Council
Projektpartner aus England, Herr Lloyd

Das Institut für Agrartechnik Bornim e.V.(ATB) gehört zusammen mit 78 anderen außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Serviceeinrichtungen für die Forschung zur Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V. (WGL).

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Fürll, Dr. Friedrich Munder
Abteilung Technik der Aufbereitung, Lagerung und Konservierung
Tel: (0331) 5699-310 und -716
E-Mail: cfuerll@atb-potsdam.de 
fmunder@atb-potsdam.de