GROENE GRONDSTOFFEN INDUSTRIËLE HENNEP. Cannabis sativa sativa L. STATE-OF-THE-ART. Auteur: Emilie Snauwaert. Co-auteur: Greet Ghekiere

Transcriptie

1 Inagro vzw Ieperseweg Rumbeke-Beitem België Tel: +32 (0) Fax: +32 (0) Datum: GROENE GRONDSTOFFEN INDUSTRIËLE HENNEP Cannabis sativa sativa L. STATE-OF-THE-ART Auteur: Emilie Snauwaert Co-auteur: Greet Ghekiere De publicatie kadert in het Interreg project Groene Grondstoffen, innovatief gebruik van landbouwgewassen dat wordt gefinancierd door de Europese Unie en de provincie West-Vlaanderen.

2 Inhoudsopgave Voorwoord Inleiding Arealen wereldwijd Teeltaspecten Vezel- of dubbeldoelras Zaai Bemesting Oogst Verwerking Toepassingen Hennepvezel Vezel voor textielindustrie Vezel voor papierindustrie Vezel voor technische toepassingen Isolatiemateriaal Vezelversterkte composieten Vezelversterkte kunststoffen Vezelversterkte cementgebonden materialen Filtermateriaal Niet-geweven textiel Hennepscheven Constructiemateriaal Stalstrooisel Vergisting Bodembedekking

3 5.3 Hennepzaad Voeding Andere Henneppoeder (stof) Hennepplant Biomassa Fytoremediatie Veevoeder Wetgeving en subsidies in België Afzet in België Economische aspecten en perspectieven voor de grensregio Bronnen

4 Voorwoord Vóór de economische crisis zagen we een enorme stijging van de olieprijzen door de alsmaar toenemende vraag naar aardolie. Bovendien komt stilaan het besef dat de voorraden beperkt zijn en de oliepiek (bijna) bereikt is. Gezien aardolie niet alleen voor energie wordt gebruikt, maar de basisbouwsteen is van heel wat materialen die we dagelijks gebruiken, wordt duidelijk dat we ons in de toekomst niet alleen op hernieuwbare energie moeten richten. Ook voor heel wat materialen moeten we actief op zoek naar alternatieve grondstoffen: groene grondstoffen. In het Interreg project Groene Grondstoffen worden de mogelijkheden van industriële hennep als groene grondstof nagegaan binnen de grensregio Vlaanderen - Nederland (Zeeland). In onze buurlanden zien we namelijk dat industriële hennep reeds voor tal van toepassingen gebruikt wordt. In onze regio ontbreekt echter een verwerkende industrie en voldoende afzetmogelijkheden. Ondanks de vele mogelijkheden van industriële hennep en de relatief gemakkelijke teelt, is er voor een gestructureerde afzet in Vlaanderen en Zeeland een sterke nieuwe dynamiek nodig. Daarnaast is in onze regio nog geen aangepaste oogstmachine beschikbaar, wat een knelpunt vormt voor de teelt. Een geïntegreerde samenwerking tussen telers, verwerkers en handelaars kan de keten wellicht snel op gang brengen. In dit state-of-the-art document werd alle gevonden informatie over de kansen en knelpunten van de teelt, de verwerking en de toepassingen van industriële hennep samengebracht. 4

5 1 Inleiding De term industriële hennep wordt gebruikt om die hennepvariëteiten aan te duiden die voor de productie van grondstoffen (vezel, scheven en zaad) en niet van drugs worden gebruikt. Industriële hennep kent steeds meer interesse omwille van zijn milieuvriendelijke teelt en zijn zeer veelzijdige toepassingsmogelijkheden (Danckaert et al., 2006). In Europa werd hennep tot in de 18 e eeuw veelvuldig gebruikt om o.a. kleding, touwen, voeding en medicijnen te maken. Aan het begin van de 20 e eeuw werden hennep en ook vlas, dat gelijkaardige toepassingen kent, verdrongen door goedkopere geïmporteerde vezels zoals katoen en later synthetische vezels (nylon). Ook werd met hennep de link gelegd met marihuana, wat in veel landen tot op vandaag voor een kweekverbod zorgt (Vibe, 2008). Industriële hennep is echter zo goed als vrij van THC; dit is de stof die zorgt voor de hallucinerende werking van marihuana. Tegenwoordig zijn in Europa ongeveer 40 variëteiten industriële hennep toegelaten. In veel industrielanden bestaat momenteel een toenemende interesse voor hennep. 2 Arealen wereldwijd In Figuur 1 worden alle Europese landen met een areaal hennep in de periode aangeduid. In 2009 werd ongeveer ha geteeld waarvan ongeveer ha in Frankrijk (Interchanvre, 2009). Het grote in areaal kan verklaart worden door de specifieke markt binnen de papierindustrie die zij voor hennep gecreëerd hebben. Figuur 1: Areaal hennep in de EU (ha) (Carus, 2010) De reden waarom de teelt in België en Nederland nog niet echt van de grond komt, is het ontbreken van een verwerkende industrie en voldoende afzetmogelijkheden. In de VS is de teelt van industriële hennep nog steeds verboden, maar voor de toelating ervan wordt tegenwoordig sterk gelobbyd. In Canada is de teelt wel legaal; de grootste afzetmarkt voor hen is de VS. 3 Teeltaspecten Vanuit landbouwkundig perspectief is hennep een heel interessant gewas. In een gematigd klimaat zoals bij ons groeit hennep uitstekend. Hennep is een bescheiden plant die zonder kunstmeststoffen en pesticiden en zelfs op schrale grond hoge opbrengsten kan halen. 5

6 Hennep kent een snelle groei waardoor het perceel gemakkelijk onkruidvrij te houden is, vooral bij een hoge zaaidichtheid. Er zijn dus geen herbicides nodig in de teelt. Hennep gedijt goed op alle bodems, zelfs als ze met zware metalen vervuild zijn. Hennep zou op die manier een goede teelt zijn voor biosanering van vervuilde gronden. Het diepe fijne wortelstel is gunstig voor de bodemstructuur en maakt de teelt in relatief droge gebieden mogelijk. De teelt vereist slechts een beperkte bemesting (stikstof). Plagen en ziektes komen nagenoeg niet voor waardoor gebruik van pesticiden niet nodig is; hennep is overigens erg gevoelig voor sproeistoffen (Danckaert et al., 2006). Hennep is een zelfverdraagzaam gewas waardoor rotatie niet nodig is. Wisselteelt is evenwel toch interessant; hennep laat een goede bodemstructuur na met een verhoogd koolstofgehalte in de bodem, wat duidelijk tot uiting komt in de volgteelt. Vooral bieten of wintergraan kunnen profiteren van deze verbeterde structuur (Hempflax, 2010). Hennep past dus perfect in het kader van duurzame landbouw. Er zijn echter ook teelttechnische nadelen verbonden aan de teelt van hennep. De oogst wordt door de hoogte van het gewas en de taaie vezels bemoeilijkt. Daarom is een aangepaste oogstmachine nodig (zie paragraaf 3.3) Het gewas is ook extreem gevoelig voor verdichte en water verzadigde gronden (Danckaert et al., 2006). 3.1 Vezel- of dubbeldoelras Er zijn verschillende henneprassen op de markt verkrijgbaar. In tegenstelling tot vlas kan hennep als vezelgewas geteeld worden, maar ook als dubbeldoelras (degelijk rendement stro en zaad) (Baudoin, 2004). Uit economisch perspectief zou volgens het Nova Institut in Duitsland het aangeraden zijn om dubbeldoelrassen te telen zodat alle delen van de plant kunnen worden benut (degelijk rendement). Dubbeldoelrassen worden onder andere geteeld in Duitsland en in Frankrijk (champagnestreek) (la Chanvrière de l Aube). In Noord-Nederland (Hempflax en Dunagro) en in Normandië (Frankrijk) (Agro Chanvre) worden enkel vezelrassen geteeld. Volgens Hempflax zou de teelt van een vezelras beter geschikt zijn voor onze grensregio omdat ons zeeklimaat niet geschikt zou zijn om een goed zaadrendement te verkrijgen. Lokale proeven zouden hier uitsluitsel kunnen geven. De vezelkwaliteit van een dubbeldoelras is ook lager dan deze van een vezelras (Hempflax, mondelinge communicatie). De vezels uit planten die ook voor de zaden gekweekt worden, zijn ook niet geschikt voor (kleding)textiel. Dat maakt ze wel geschikt als technische vezel voor onder meer toepassingen in de bouwsector als isolatiemateriaal (Thoelen, 2008). 3.2 Zaai In onze streken wordt ideaal gezaaid in de tweede helft van april. Normaal kan hennep twee weken vroeger dan maïs gezaaid worden als de bodem goed is. Vanaf inzaai van een vezelras is een vroege zaai van belang. Hoe vroeger de zaai, hoe langer de vegetatieve periode en dus hoe hoger de stroopbrengst. Bij volle bloei stopt het gewas namelijk met groeien en start de zaadvorming (Desvals, 2006). Het begin van de bloei is afhankelijk van de temperatuurssom; het tijdstip van volle bloei is afhankelijk van de daglengte. Het gewas staat dus, afhankelijk van de gekozen variëteit (vroeg/laat,) altijd op hetzelfde tijdstip in volle bloei (Bouloc, 2006). Wanneer hennep geoogst wordt voor zaadwinning is het beter om later te zaaien om de lengte van het gewas te beperken en zo de oogst te vergemakkelijken. 6

7 Voor een dubbeldoelteelt in Vlaanderen kan een zaaidichtheid van kg/ha aanbevolen worden. Voor een vezelras is een hogere dichtheid van ongeveer 60 kg/ha vereist (Danckaert et al., 2006). Volgens het hennepbedrijf Hempflax zou voor vezelhennep een dichtheid van 35 kg/ha volstaan. De zaden zijn heel erg geliefd door vogels (Baudoin, 2006a); het is daarom aangeraden om vogelafweer toe te passen, bv het veld afdekken met netten (CCPSC, 2010), vogelverschrikkers, enz. (La France Agricole, 2010). Hennepzaad kan aangekocht worden in Nederland (Van Dijke Semo B.V.), in Frankrijk (CCPSC Coopérative Centrale des Producteurs de Semences de Chanvre) of in Polen (INF - Institut of Natural Fibres) (Danckaert et al., 2006). 3.3 Bemesting Vezelhennep is een stikstofbehoeftig gewas. Dit valt te begrijpen gezien de enorme hoogte en groeisnelheid die het gewas kan bereiken (Hempflax, 2010). Een grote hoeveelheid stikstof geeft echter geen betekenisvol hogere zaadopbrengst (Danckaert et al., 2006). De diepe wortel is in staat om stikstof uit de diepere lagen van de bodem op te nemen (Couvreur, 2010). Uit proeven, uitgevoerd door Valbiom, blijkt zelfs dat de stikstofgift gelimiteerd moet worden om legering te vermijden (Baudoin, 2006a). Er is dus slechts een beperkte stikstofbemesting vereist. Een goede startbemesting, vóór de zaai, helpt om het gewas snel te doen sluiten en op die manier het onkruid te onderdrukken. Veelal bemesten de henneptelers met organische mest. Voor een optimale groei wordt 120 kg N, 80 kg P205, 80 kg MgO en 140 kg K2O geadviseerd en een bodemzuurtegraad van ph>6 (Bouloc, 2006). 3.4 Oogst Er wordt een onderscheid gemaakt tussen oogst van het stro en oogst van zowel het stro als het zaad. Het zaad Wanneer een dubbeldoelras geoogst wordt, zullen niet alle granen op hetzelfde moment rijp zijn (Institut du Chanvre, 2010). Volgens Valbiom is een fijn zaaibed bij de zaai belangrijk om bij de oogst een zo homogeen mogelijk gewas te verkrijgen (Desvals, 2006). Wanneer de kafjes van de granen onderaan de bloeiwijze afvallen en de bovenste in het deegrijp stadium zijn (Institut du Chanvre, 2010) of wanneer 90% van de zaden rijp zijn (Desvals, 2006), kan zaadhennep geoogst worden. Naargelang het ras valt dit steeds tussen 12 en 20 september (Danckaert et al., 2006). Deze datum komt overeen met 40 dagen na volle bloei (Desvals, 2006). Voor dubbeldoelrassen blijkt dat de volledige afrijping van het gewas niet noodzakelijk is en hennep ten dele groen kan/moet geoogst worden. Het gewas is gevoelig voor daglengte (kortedagplant) en deze parameter is bepalend voor het oogstmoment (verslag rassenproef PCBT). Wanneer te laat geoogst wordt, valt het zaad op de grond en begint het te kiemen. Ook vogels kunnen schade aanrichten door de rijpe granen van het gewas op te eten. Er mag dus zeker niet te laat geoogst worden zodat zaadverlies vermeden wordt. Opdat het stro zo droog mogelijk geoogst zou worden, gebeurt de oogst na enkele dagen droog weer. Door de late oogst (september) van een dubbeldoelras kan dit eventueel voor problemen zorgen (Baudoin, 2006b). 7

8 De oogst van zowel stro als zaad gebeurt in twee fases. Eerst wordt met een maaidorser het bovenste deel van de plant afgereden (waar de aren met de zaden zitten) (Danckaert et al., 2006). Dit kan, mits een aangepaste afstelling, met een gewone dorsmachine gebeuren. Hierbij wordt de maaistand zo hoog mogelijk ingesteld, zodat er maar een minimum aan stro in de machine terechtkomt (Vlasberichten, 2007). Het gewas is wel erg stug en kan in de draaiende onderdelen vastzitten. Hiervoor kunnen eventueel alle draaiende onderdelen met rubber bekleed worden om vastdraaien te voorkomen. Onmiddellijk na het dorsen wordt het overige stro in stukken gemaaid (zie verder). Het stro Om de beste vezelkwaliteit en strorendement te krijgen (vezelras), moet aan het einde van de bloei, juist voor de zaadvorming, geoogst worden (Stévenne, Chanvre Wallon, 2009). In Noord-Nederland (Hempflax) wordt echter reeds 10 dagen na het begin van de bloei geoogst; naarmate het afrijpingsstadium vordert, verhout de vezel zodat het moeilijker wordt om fijne vezels te verkrijgen. De sterkte van de vezel en de hoogte van het gewas vragen aanpassingen aan de oogstmachine. In specifieke hennepgebieden werden machines ontwikkeld of aangepast voor de hennepoogst. Deze machines zijn dus reeds op de markt. In Vlaanderen is echter nog geen aangepaste machine beschikbaar waardoor de oogst nog steeds een knelpunt vormt. In Duitsland wordt voor de oogst van het stro vooral de Hemp Cut 3000 en de Blücher 02 gebruikt; deze machines zijn zo gebouwd dat de hennepstengel ingekort wordt tijdens de oogst. Voor alle machines is het een vereiste dat een zuivere snede en een glad stengeluiteinde verkregen worden om problemen bij verdere verwerking te vermijden. Volgens het Nova Institut wensen alle Duitse vezelhennepverwerkers een watergehalte van <18%, een maximale stengellengte van 60 cm, een dunne, niet-groene stengel en weinig onzuiverheden in het oogstmateriaal (Lohmeyer, 2000). Hemp Cut 3000 bestaat uit een aangepaste maaier Champion 3000 van de Firma Kemper en een messentrommel (voorsnijmachine) die de stengels in stukken (60 cm) snijdt. Daarbij wordt een gewone maïshakselaar als draagsysteem gebruikt. De ingekorte stengels worden tussen de voorwielen van de hakselaar afgelegd. Deze combinatie werd bij de hennepverwerkend bedrijf Hempflax ontwikkeld (Figuur 2) en is de meest gebruikte hennepoogstmethode in Nederland en Duitsland (Berendonk et al., 2006). Problemen kunnen zich voordoen wanneer het gaat om een overrijp gewas met veel afgestorven planten of om gelegerde planten. Hiervoor wordt nog naar een oplossing gezocht (Lohmeyer, 2000). Figuur 2: Oogstmachine Hempflax (Dagblad van het Noorden, 2010) 8

9 De Blücher 02 wordt aangedreven door een tractor en bestaat uit twee vertikaal geplaatste trommels die tegengesteld draaien en zo de stengels afsnijden (Figuur 3). De stengels worden in drie stukken verdeeld op een afstand van 60 cm. Bij een hoog gewas wordt dan het overige deel van de stengel met onregelmatige lengte afgesneden. In geval van een hoog gewas is het gebruik van de Blücher 02 dus nadelig. Er wordt een volumineus zwad afgelegd wat het roten en drogen makkelijker maakt en er vormen zich geen problemen bij aanwezigheid van afgestorven of gelegerde planten (Lohmeyer, 2000). Figuur 3: Blücher 02 (Kranemann GmbH, 2010) Er kan ook gemaaid worden met een maaimachine met 3 zijdelingse messen die het gewas in stukken van ongeveer 1 meter snijden (Figuur 4). Bij legering kan deze maaimachine wel voor problemen zorgen omdat de platgevallen stengels zo niet in stukken worden gesneden. Figuur 4: Clipper maaier (Tebeco Hemp Technology, 2010) Het stro kan ook met één gewone maaibalk met dubbele messen gemaaid worden (Figuur 5), maar de verdere verwerking van het lange stro die dan bekomen wordt, is niet praktisch; het is dus noodzakelijk om het stro in stukken te snijden. In geen geval mag een cirkelmaaier gebruikt worden omwille van het risico op vastdraaien van de vezels in de ronddraaiende delen. Figuur 5: Dubbele messenbalk (eigen foto) Afhankelijke van de toepassing is een roting nodig. In West-Europa (gebruik technische vezel) wordt het stro gedroogd en geroot op het veld. Hiervoor wordt het gewas in zwad gelegd. Roten gebeurt 9

10 dankzij inwerking van de UV-straling en de regelmatige afwisseling van uitdroging en bevochtiging. Tijdens het roten komen de scheven los van de vezels door het oplossen van pectine. Wanneer het niet regent tijdens de rootperiode is een droogtijd van minstens twee weken nodig. Het stro wordt twee tot driemaal omgedraaid om een gelijkmatig droog- en rotingsproces te verkrijgen. Het keren kan met een gewone keerder (Lohmeyer, 2000). Bij het hennepbedrijf Hempflax laat men het stro van vezelhennep gedurende twee weken op het veld drogen en roten om een fijne vezel te verkrijgen. De stoppel wordt best niet te kort afgemaaid zodat de wind makkelijk onder het stro, die op de stoppel ligt, kan waaien. Op die manier wordt het droogproces verbeterd. De rotingsgraad beïnvloedt de bewaarcapaciteiten en de gebruiksmogelijkheden van de vezel. Overgerote hennepvezels zijn heel absorberend in vergelijking met niet-gerote hennepvezels. Een hoog absorptieniveau lijdt tot vervormingrisico als de vezels in contact komen met water. De ongerote hennepvezels bereiken hogere vochtgehaltes voordat vervorming plaatsvindt in vergelijking met gerote vezels (Kymäläinen et al., datum onbekend). Vooral voor gebruik in textiel is roting van belang; daar wordt gestreefd naar een schevengehalte van 0%. Voor andere industriële toepassingen mag het schevengehalte tot 2% bedragen; voor de papierindustrie wordt een schevengehalte tot 30% toegelaten (zie paragraaf 5.). Het rootproces gebeurt traditioneel op het veld; de industrie wenst echter een methode waarbij gecontroleerd kan geroot worden. Enzymatisch roten is hiervoor een oplossing, maar deze techniek vindt geen ingang (Bouloc, 2006). Na enkele dagen drogen wordt het stro in zwad gelegd en met een balenpers opgeraapt. Voor de afzet van de het stro mag deze bij het persen niet meer groen zijn (Lohmeyer, 2000). Het persen kan met een gewone strobalenpers gebeuren. Er wordt zowel in ronde als vierkante balen geperst. Ronde balen zijn makkelijker om het stevige hennepstro te persen, maar het transport en de bewaring ervan is moeilijker. Daarom wordt in Duitsland en Nederland bijna altijd in vierkante balen geperst (met aangepaste hennepbalenpers). Om verontreinigingen in de verdere verwerking te voorkomen, worden natuurlijke bindtouwen gebruikt zoals hennep- of sisaltouwen (Lohmeyer, 2000). De balen moeten zo gestapeld worden dat luchtcirculatie tussen de balen mogelijk is. Om nachtdauw en beregening te vermijden, moeten de balen onmiddellijk na het persen in een overdekte opslagplaats bewaard worden (Lohmeyer, 2000). Door de volumineuze oogst moet voldoende opslagplaats voorzien worden (Bouloc, 2006). Onderzoek naar reductie van stenen in de balen en verhoging van de baaldichtheid om transportkosten te reduceren, wordt momenteel door het ICT in Frankrijk uitgevoerd (Cerrutti, 2010). In Wallonië is er een hennepteler die het stro pas na de winter, in april, oogst. Hierbij wordt het gewas gerold; door het drogen tijdens de winter breekt de stengel bij het rollen zodat niet gemaaid moet worden en men direct kan persen. Dit is echter enkel mogelijk voor minder hoogwaardige toepassingen, want de vezel is dan al sterk verhout (PCBT). Het rendement van de teelt zal variëren naargelang het productiedoel. In Vlaanderen kan men een opbrengst van kg zaad/ha verwachten. De opbrengsten van stro zijn veel meer heterogeen. 10

11 In Frankrijk geeft een hennepteelt (dubbeldoelras) tussen de 4 en 13 ton DS/ha, afhankelijk van de bodemvruchtbaarheid in de streek. Gemiddeld wordt 8 ton droge stof/ha geoogst (Danckaert et al., 2006). 4 Verwerking Bij de verwerking van het stro worden de vezels van de scheven (houtachtige delen van de stengel) gescheiden. Daarbij komt ook veel stof vrij. Zowel het zaad, de vezel, de scheven als het stof/poeder kunnen afgezet worden. Eén ton stro bestaat uit 30% vezels, 55% scheven en 15% stof (presentatie FNCP, 2007). De verwerking van de vezel hangt af van de toepassing waarvoor het gebruikt zal worden; er wordt een onderscheid gemaakt tussen vezel voor textiel, voor papier en voor technische toepassingen (Bouloc, 2006). De vezels met de beste kwaliteit (lange vezels) worden in textiel gebruikt (Baudoin, 2004). De korte vezels voor technische toepassingen worden technische vezels genoemd. De verwerking van hennepstro tot vezels vereist een mechanische behandeling. Het stro wordt eerst gebrakeld en dan gezwingeld om de vezels van de scheven te scheiden. Het resultaat is een vezel die kan worden ingezet voor de papierindustrie of voor technische toepassingen. De vezel is dan nog niet geschikt voor textieltoepassingen. Voor textieldoeleinden is een extra stap noodzakelijk, namelijk een stoomexplosie (zie 5.1.1) of een chemische behandeling (China). Volgens Desanlis (2010) zou de kwaliteit van de technische hennepvezel verlagen tijdens de verwerking ervan (hamermolens). Zo treedt bij de verwerking van vlas beschadiging op van de elementaire vezel, vooral bij het brakelen (Degrauwe, 2005). Elementaire vezels zijn de langgerekte cellen waaruit een technische vezel is opgebouwd en die door lignopectine worden bijeengehouden (Degrauwe, 2005). Het ATB-instituut in Duitsland (Agrartechnik Bornim) heeft een verwerkingsproces ontwikkeld waarbij hennep zonder drogen bewaard en verwerkt wordt. Met deze techniek is de oogst van hennep niet weersafhankelijk (drogen en roten niet nodig) en kunnen de kosten gedrukt worden (Gusovius, 2010). 11

12 5 Toepassingen Zowel de vezel, de scheven, het stof als het zaad kennen verschillende toepassingen. De papierindustrie was altijd al de grootste afnemer van industriële hennep (Figuur 6). Kleinere aandelen gaan naar o.a. de isolatiesector en de auto-industrie (composietmaterialen) (Thoelen, 2008). Figuur 6: Toepassingen hennep (EIHA, 2007 in Carus, 2010) 5.1 Hennepvezel Er wordt een onderscheid gemaakt tussen een lange hennepvezel ( cm) en een korte of technische hennepvezel (10-15 cm) (Degrauwe, 2005). Ook het schevengehalte in het materiaal is van belang naargelang de toepassing. Bij informatie over de technische vezeleigenschappen is in de meeste literatuur niet duidelijk als het gaat om de technische vezel of om de elementaire vezel. Er moet namelijk een onderscheid gemaakt worden tussen de technische vezel en de elementaire vezel. Een vezelbundel of technische vezel is uit meerdere elementaire vezels opgebouwd (Daems & De Coninck, datum onbekend) Vezel voor textielindustrie Hennepvezels kunnen voor verwerking in textiel gebruikt worden. Hiervoor is een optimale roting van de vezels nodig (2-3 weken) zodat deze volledig vrij van scheven zijn (Evrard, 2006). Voor textiel wordt een zo lang mogelijke vezel gewenst (Bouloc, 2006). De Plant Research International van de Universiteit Wageningen ontwikkelde een nieuw hennepras Chamaeleon dat beschikt over een fijnere vezel en daarom beter geschikt zou zijn voor textieltoepassingen (Vlasberichten, 2007). Om problemen met geur of micro-organismen te vermijden, worden de vezels eerst met geoxideerd water behandeld (Baudoin, 2004). Hennepvezels kunnen tot garen worden gesponnen door middel van nat- of droogspintechnieken. Om hennepvezels geschikt te maken voor katoenspinmachines moet de grove hennepvezel eerst worden verfijnd. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van stoomexplosie. Na het zwingelen worden de vezels 10 minuten in een reactievat bij 180 C in een verzadigde waterdamp (ca. 10 bar) behandeld. Hierna worden de vezels door een cycloon geblazen waar de damp in de vezels 12

13 explodeert en de vezelbundels in fijne vezels van ca. 50 mm lengte opgesplitst worden. De vezels kunnen nu, gemengd met katoen, gesponnen worden op een katoenspinmachine. De stoomexplosietechnologie bestaat nog niet op commerciële schaal. Het uiteindelijke doel is om met deze techniek textiel uit 100% hennepvezel te maken (Interreg IIIA-project Euroregio Rijn-Waal, 2007; Stextile, 2010). Een alternatief voor deze techniek is de chemische behandeling van de vezel die in China wordt toegepast. Het ecologische aspect gaat door deze techniek wel ten dele verloren (Hertel, 2010). De hennepvezel is sterker dan katoen, beter isolerend, wordt niet aangetast door insecten of mijten en is biologisch afbreekbaar (Our future planet, 2002). Stoffen met een 25% hennepaandeel zouden een 10% betere duurzaamheid hebben. Dit vertaalt zich vooral in een hogere slijtvastheid, waardoor de stof ook uitermate geschikt is voor toepassing als meubelstof. De hennepvezel kan ook beter vocht opnemen zoals zweet. Deze eigenschap heeft een duidelijk effect op het draagcomfort van kleding. Voor de productie van henneptextiel is China vandaag de marktleider en bepaalt dan ook de prijs. In de Europese context is deze prijs niet concurrentieel Vezel voor papierindustrie Al altijd werden de vezels van hennep gebruikt om verschillende soorten papier van te maken (bijbelpapier, sigarettenpapier, bankbiljetten, enz.) of als versteviging voor gerecycleerd papier (Institut du Chanvre, 2010). Momenteel is de papierindustrie de grootste afzet voor hennep; toch bedroeg in 1999 de papierproductie uit hennep slechts 0,05% van de wereldpapierproductie (Baudoin, 2004). Steeds meer wordt hennep vervangen door houtpulp door de lagere prijs, waardoor de vraag naar hennepvezels voor papier sterk daalt. De vezels voor de papierindustrie moeten een lengte 10 mm en <20 cm hebben en het gehalte aan scheven mag tot 15% bedragen (Evrard, 2006). Volgens Bouloc (2006) mag het schevengehalte echter tot 30% bedragen. Roten van het stro is niet gewenst omdat een lichte kleur van de vezel gewenst is. Daarom mag het stro niet langer dan 4-5 dagen op het veld blijven (om te drogen). Dit is voldoende om het rootproces te starten zodat de vezels wel makkelijk los komen (Bouloc, 2006). Hennepvezels hebben een hoge kwaliteit (licht, sterk) met slechts 4-20% lignine in vergelijking met houtvezels (meer dan 30% lignine). Het ligninegehalte is positief gecorreleerd met de geelverkleuring van papier, waardoor bij hennep geen bleking nodig is in tegenstelling tot wanneer hout wordt gebruikt (Our future planet, 2002). Als de prijs van vlasvezel vergeleken wordt met deze van hennepvezel, ligt de vlasvezelprijs veel lager. Daarom wordt hennepvezel bijna uitsluitend voor speciaal papierproductie gebruikt zoals sigarettenpapier (FNR, 2008) Vezel voor technische toepassingen In plaats van gebruik voor papierproductie kan de hennepvezel ook in technische toepassingen gebruikt worden. Deze korte vezels worden technische vezels genoemd en worden gebruikt voor de 13

14 productie van isolatiemateriaal, niet-geweven matten of viltstoffen, geotextiel en vezelversterkte composieten (Bouloc, 2006). Voor de verschillende technische toepassingen zijn volgende eigenschappen van de technische vezel van belang (Tabel 1). Tabel 1: Selectiecriteria voor technische vezel (Bouloc, 2006) Fysische eigenschappen Goede breuksterkte Goede treksterkte Fijnheid Lichte kleur Zijde-achtige vezel Chemische eigenschappen Droge stofgehalte: maximaal Gehalte aan lignine: minimaal Gehalte aan hemicellulose: minimaal Gehalte aan cellulose: maximaal Maximale kristallisatiegraad (voor goede binding met matrix waarin vezel moet geïntegreerd worden) De eigenschappen van de vezel zijn vooral afhankelijk van de omstandigheden waaronder de cultuur is geteeld en in mindere mate van de genetische factoren (Bouloc, 2006) Isolatiemateriaal Het gebruik van hennep als isolatiemateriaal is vooral interessant door de isolerende werking van de vezel, de mechanische resistentie en de lage dichtheid ervan (Munoz, 2007). Hennepvezelisolatiemateriaal heeft een thermische geleidbaarheid van 0,040 W/mK en een lage dichtheid van kg/m³ (Vibe, 2007). De hennepvezel wordt gebruikt als isolatiewol of in isolatiedekens (Figuur 7) (Munoz, 2007). Dit materiaal wordt voornamelijk in Duitstalig Europa geproduceerd, maar ook in Frankrijk. Bij de aanmaak van isolatiedekens worden hennep- en vlasvezels soms gemengd (Vibe, 2008). Figuur 7: Hennepisolatiedeken Volgens een studie van Kymäläinen et al. (datum onbekend) zijn volgende criteria van belang voor gebruik van hennepvezel in isolatiemateriaal: 1) rotingsgraad, 2) vochtgehalte, 3) hoeveelheid scheven en stof, 4) hygiëne, gemeten a.d.h.v. microbiële dichtheid en as, en 5) lengte van de vezel. De industrie wenst nog altijd een zuivere vezel, maar het is vooral belangrijk dat geen allergenen aanwezig zijn en dat de vezels een goede drukresistentie hebben. Net als voor composietmateriaal wordt ook hier onderzoek uitgevoerd naar het optimale oogsttijdtip en de optimale rotingsgraad. Roten heeft een duidelijke kwaliteitsverbetering tot gevolg (Defoirdt & De Coster, 2009), maar de drukresistentie van de vezels vermindert wel. Het is ook zo dat wanneer de vezels geroot worden, er 14

15 micro-organismen aanwezig zijn in de vezels die potentiële allergenen kunnen zijn (Bouloc, 2006). Daarom moet de microbiële dichtheid van het materiaal voor gebruik als isolatiemateriaal lager liggen dan de maximum limiet van kve/g (Kymäläinen et al., datum onbekend). Daarom is het nodig om de vezels te ontsmetten (zie verder). De aanwezigheid van vocht in isolatiematerialen veroorzaakt een daling in het isolerend vermogen door zijn invloed op de dimensies en de chemische samenstelling van het materiaal. Ongerote materialen hebben doorgaans een hoger vochtgehalte dan gerote materialen bij eenzelfde relatieve vochtigheid. De capillariteit in natuurlijke isolatiematerialen is veel groter dan bij minerale wol of glasvezels. Toch scoort vlas beter dan hennep en is de opname van vocht door geroot vlas aanzienlijk lager dan voor hennep (Defoirdt & De Coster, 2009). Korte hennepvezels zijn de grondstof voor de productie van isolatiedekens. De vezels worden eerst kort geknipt. Dan worden ze met een dry-laid-non-woven proces, door vernaalding of door toevoeging van een binder gebonden. Om de samenhang en de flexibiliteit van het materiaal te verbeteren, wordt vaak een steunvezel (polyester) of een op zetmeel gebaseerde binder toegevoegd (12 tot 17%). Ammoniumfosfaat en/of boriumzouten worden bijgemengd als bescherming tegen insecten, schimmels en brand (Vibe, 2007). Voordeel van dit isolatiemateriaal is dat hennep een natuurlijk, hernieuwbaar materiaal is. Onder andere dankzij de extreem lage energie-inhoud haalt dit isolatiemateriaal in de Nederlandse NIBEclassificatie de beste score op vlak van milieubelasting. Deze isolatiematerialen zijn goed verwerkbaar en zijn toepasbaar in hellende daken, dakelementen, vloeren en (systeem)plafonds, (HSB) buitenwanden, scheidingswanden en gevelvullende elementen (SHR Hout Research, datum onbekend). De belangrijkste voordelen van het gebruik van plantaardige vezels in isolatiemateriaal zijn: luchtdoorlatend, vochtregulerende werking, bij vochtopname blijft isolatiewaarde nagenoeg gelijk, geen huidirritaties tijdens verwerking (in tegenstelling tot minerale wol) (Kymäläinen et al., datum onbekend). Isolatiemateriaal uit natuurlijke vezels kan een deel waterdamp absorberen en weer afstaan, maar mag niet aan insijpelend vocht blootgesteld worden (Vibe, 2008). In Frankrijk werd al een document (Règles Professionnelles de la Construction en Chanvre) opgesteld die de code van goede praktijken van bouwen met hennep definieert en de kwaliteit van uitvoering ervan garandeert. De technische vezel kost meer dan een vezel voor de papierindustrie omdat bij deze laatste enkel een eerste verwerking tot een grove vezel nodig is (75% zuiverheid). Hennepisolatiemateriaal is ook duurder dan conventioneel isolatiemateriaal (Baudoin, 2006b). 15

16 Momenteel zijn al verschillende spelers op de Europese markt aanwezig o.a.: Isover (België): productie isolatieplaten uit hennep- en katoenvezels. Ecobati (België): - handelaar ecologisch constructiemateriaal o.a. isolatiemateriaal: Biofib chanvre Burdons environmental (Engeland): - productie isolatieplaten op basis van hennep voor verschillende toepassingen. Hempflax (Nederland): - productie hennepproducten o.a. isolatiedekens. Isonat (Nederland): - productie isolatiedekens van hennep. Technichanvre (Frankrijk): - productie hennepisolatiemateriaal als matten of los materiaal. Câlin (Frankrijk): - isolatiemateriaal van hennep- en vlasvezels (mengeling). Eco-Logis (Frankrijk): - productie isolatiemateriaal van hennepvezel. Hock GmbH & Co (Duitsland). - gebruik hennepvezel als isolatiemateriaal voor dak, muur en vloer. Toch vertegenwoordigen isolatiematerialen uit vlas en hennep slechts een klein deel van de markt ondermeer door de hogere kostprijs en het ontbreken van duidelijke gegevens omtrent de relatie tussen vezeleigenschappen en de karakteristieken van het isolatiemateriaal (Defoirdt & De Coster, 2009) Vezelversterkte composieten Onder composieten wordt verstaan de combinatie van verschillende materialen. De composieten met een organische matrix of polymeer kunnen na toevoeging van synthetische/natuurlijke vezels als vezelversterkte kunststof dienen. Natuurlijke vezels zouden ook in cementgebonden materialen zoals beton of mortel gebruikt kunnen worden als versterking van deze materialen. Volgens UGent en K.U. Leuven gelden voor composieten met natuurlijke vezels de eigenschappen van de elementaire vezel i.p.v. de technische vezel. Wanneer namelijk de composiet belast wordt, worden de krachten op de vezels overgebracht via de matrix, die tussen de elementaire vezels zit. De elementaire vezel worden dus belast als waren ze ingeklemd over een testlengte die bijna nul is Vezelversterkte kunststoffen Kenmerken hennepvezels voor composietmaterialen Voor gebruik van hennepvezels als vezelversterkte kunststoffen speelt de stijfheid (weerstand tegen elastische vervorming) en sterkte (spanning bij breken) een belangrijke rol (congres CELC). De cellen 16

17 van natuurlijke vezels zoals hennep hebben een langwerpige vorm en een dikke celwand waardoor ze sterk en stijf zijn en daardoor uitermate geschikt voor het gebruik als versterkingsmateriaal in polymeren (Defoirdt & De Coster, 2009) (Figuur 8). Figuur 8: Vezelversterkte kunststoffen (Bertucelli, 2009) De composietindustrie wenst een standaard vezel met altijd dezelfde technische eigenschappen. Vezels die te lang geroot hebben, zijn niet gewenst omdat de resistentie verminderd en de kleur van het eindproduct varieert. Er moet dus een optimale rotingsgraad gezocht worden om zuivere vezels te verkrijgen zonder verlies van de gewenste eigenschappen. De lengte van de vezel is voor toepassing in composieten van minder belang; de vezels worden zelfs voor de verwerking in stukken gesneden. De zuiverheid is hier wel een belangrijke parameter (schevengehalte van 0% is ideaal), want de aanwezigheid van scheven in de vezels zorgt voor een broos composietmateriaal met meer kans op breuk. In composieten, waar de esthetische waarde belangrijker is dan de mechanische eigenschappen, bv bloempotten mogen scheven wel aanwezig zijn. In dit geval worden de scheven echter toegevoegd aan de zuivere vezels volgens een bepaald percentage (Bouloc, 2006). Volgens het composietbedrijf GreenGran en het CELC is de productie van composieten onafhankelijk van het vezeltype (glasvezel, hennep, vlas, ). De keuze van natuurlijke vezel bij GreenGran hangt vooral af van de beschikbaarheid/marktprijs. De productie van composieten is wel afhankelijk van de vezelvorm en het type matrix waarmee de vezels moeten kunnen binden (congres CELC, 2009). Ten opzichte van andere natuurlijke vezels heeft hennep wel een hogere vezelsterkte (Figuur 9) (Meyer, 2010). Figuur 9: Vergelijking vezelsterkte natuurlijke vezel met glasvezel (inklemlengte 0 mm) (Meyer, 2010) 17

18 Natuurlijke vezels binden moeilijk met polymeermatrices. Deze vezels bevatten namelijk pectines en hemicellulose die de binding verstoren. De vezels worden daarom eerst met NaOH behandeld, zodat het pectine en hemicellulose oplost. Momenteel worden door de K.U. Leuven nieuwe methodes gezocht om de behandeling en impregnatie van vlasvezels op een continue wijze te laten verlopen. Op die manier wordt de variabiliteit die voorkomt tijdens de productie van natuurlijke vlascomposieten zo veel mogelijk vermeden. Verder wordt ook naar nieuwe vezelbehandelingen gezocht om de eigenschappen van de vlasvezelcomposiet te optimaliseren (K.U. Leuven, datum onbekend). Verschillende soorten vezelversterkte composieten Er bestaan verschillende vormen van composieten (geordend van lage naar hoge sterkte): Short fibres compound, random mat, textile, non-crimp fabric en UD laminate. In short fibres compounds worden vezels van ~0,5 5 mm gebruikt; random mat wordt gemaakt van korte vezels en gebruikt in bv autodeuren; textile wordt gebruikt in bv formule 1-auto s, tennisraket, fiets Museeuw; non-crimp fabric bestaat uit verschillende lagen vezels op elkaar en kan in bv windmolens toegepast worden; UD laminate bestaat momenteel nog niet met natuurlijke vezels (bv vliegtuigen) (congres CELC, 2009). Momenteel worden vooral vlasvezels voor deze composieten gebruikt. Zo heeft La Tôlerie Plastique (Frankrijk) een project uitgevoerd waarbij windmolens werden geproduceerd met bladen uit vlasvezels en een PLA matrix. De verschillende technieken Het gebruik van vezels in composieten kan op twee manieren: door injectie of door gieten/persen in een vorm (mouleren) (Baudoin, 2004). Bij gieten in vorm wordt onderscheid gemaakt tussen thermoplastische en thermohardende composieten. Bij thermoplasten worden de vezels gemengd met een thermoplastische polymeer (bv. PE, PP) (compounderen). Het mengsel wordt verwarmd, in een vorm gegoten en geperst in de gewenste vorm (mouleren). Polypropyleen wordt verwerkt aan een temperatuur van C. Door toevoeging van natuurlijke vezels gebeurt de verwerking polypropyleen + vezel aan C, wat gepaard gaat met een lager energieverbruik (Baudoin, 2004). Het Duitse bedrijf Tecnaro heeft een thermoplast Arboform ontwikkeld bestaande uit een mengsel van lignine met natuurlijke vezels zoals hennep- en vlasvezels (Tecnaro, 2010). Bij thermoharders wordt een thermohardende polymeer gebruikt (bv. PES, PU, epoxy). De polymeermatrix wordt over de vezels gesprayed en daarna gegoten in een vorm, waarbij de polymerisatie gebeurt (Baudoin, 2004). Menging van verschillende natuurlijke vezels zoals hennep en vlas zou volgens Karus & Kaup (2002) interessant zijn, vooral bij thermoharders. De fijnere vlasvezel zorgt voor een hoge stabiliteit maar kan niet goed binden met de polymeermatrix (epoxyhars). De grovere hennepvezel kan dit wel. Bij gebruik van thermoplasten is dit niet noodzakelijk en is één natuurlijke vezelsoort voldoende; deze wordt dan gemengd met bv PP vezels. 18

19 In de automobielsector wordt steeds meer hennep ingezet voor vormdelen die via spuitgieten worden geproduceerd. De vezels (95% zuiverheid) worden gemengd met polypropyleen en vormen zo een vilt. Dit composiet wordt in een vorm geperst tot onderdelen zoals deurpanelen en dashboards. Hennepvezels worden o.a. al door BMW, Opel en Mercedes als alternatief voor glasvezel gebruikt (Figuur 10). Figuur 10: Onderdelen met hennepvezels uit de Mercedes S-klasse ( Injectie van hennepvezels in composieten wordt nog niet veel toegepast en vereist nog verder onderzoek. Deze composieten hebben het voordeel dat ze makkelijk recycleerbaar zijn. AFT Plasturgie gebruikt de injectiemethode om natuurlijke vezelversterkte composieten te produceren voor verschillende toepassingen (Baudoin, 2004). Een voorbeeld is de productie van vals hout. Dit hout bestaat uit plastic en houtafval, maar houtafval wordt nu vervangen door hennep zodat lichter materiaal verkregen wordt. Dit wordt momenteel toegepast als terrashout door het composietbedrijf AFT Plasturgie (Frankrijk). Het bedrijf GreenGran (Nederland) produceert biocomposietgranulaten die gebruikt kunnen worden in verschillende injectietoepassingen zoals constructies voor dijkversterking, elektrische toestellen (gsm-oplader), speelgoed, enz. Hiervoor worden natuurlijke vezels gebruikt o.a. hennep en vlas. Als matrix wordt zowel PP als PLA en PHB (bioafbreekbaar) gebruikt (Snijder, 2010). Perspectieven voor het gebruik van natuurlijke vezels in composieten Het gebruik van natuurlijke vezels (vlas/hennep) in composieten heeft verschillende voordelen: lage dichtheid (dit gaat gepaard met een lager gewicht en energieverbruik wat van belang is in bv de auto-industrie), geluids- en thermisch isolerend, design (complexe vormen mogelijk, natuurlijk imago), hernieuwbaar, CO 2 -neutraal, lage energieconsumptie voor vezelproductie en geen gevaar voor de gezondheid tijdens de verwerking ervan (geen uitstoot toxische componenten). De productie van vlas en hennepvezels vereist 5-10 keer minder energie dan glasvezels (congres CELC, 2009). Per kg hennepvezel die gebruikt wordt ter vervanging van glasvezel in composieten, wordt 1,4 kg CO 2 gespaard gedurende z n volledige levensduur. Het gebruik ervan is ook voordelig in prijs in vergelijking met synthetische vezels zoals carbonvezel en glasvezel. Voor de auto-industrie worden de onderdelen dankzij gebruik van natuurlijke vezels lichter, veiliger en optimaal isolerend (ook geluidsisolerend). Door de natuurlijke vezelstructuur wordt energie, die vrijkomt bij een botsing, geabsorbeerd en er ontstaan geen scherpe kanten of splinters waaraan een inzittende zich zou kunnen verwonden (Centexbel, 2009). 19

20 Vlas/hennepvezels bieden ook mechanische voordelen. De vezels hebben een hogere stijfheid in vergelijking met andere natuurlijke vezels, maar is wel iets lager dan bij glasvezel. De eigenschap stijfheid/dichtheid (specifieke stijfheid) is beter dan bij glasvezel door het lage gewicht. De specifieke sterkte is bij glasvezel wel hoger (congres CELC, 2009). Het nadeel van gebruik vlas/hennepvezel in composieten is echter dat het vezeloppervlak moeilijk te controleren is. De vezel is ook gevoelig aan vocht en temperatuur en er kunnen defecten in de vezel ontstaan tijdens het groeiseizoen (congres CELC, 2009). Om een constante kwaliteit te verzekeren, is ook de homogeniteit van de vezel van groot belang (Baudoin, 2004). Meer en meer worden natuurlijke vezels zoals hennep en vlas gebruikt voor hun gunstige eigenschappen. Natuurlijke vezels worden onder andere ook in plastic bloempotten, raamkozijnen, rotorbladen van ventilatoren, enz. gebruikt (Munoz, 2007). Al deze producten kunnen verscheidene malen worden hergebruikt en/of na gebruik worden gecomposteerd. Het Oostenrijkse bedrijf Zellform Gesellschaft für ökologische Fasertechnologie heeft een procestechnologie en een grondstof met hennep ontwikkeld die 'Hempstone' werd gedoopt. Omdat plantaardige vezels en grondstoffen een natuurlijke en esthetisch aangename uitstraling hebben, kan dit materiaal aanbevolen worden voor meubels en de afwerking van interieurs zoals stoelen, tafels, planken, bedden, lampenkappen, borden, potten, enz. De uitstekende akoestische eigenschappen van de grondstof opent mogelijkheden voor gebruik bij muziekinstrumenten, slagwerkinstrumenten, luidsprekerkasten, autoradio s, en talrijke andere zaken waarvoor nu nog synthetische kunststoffen gebruikt worden (Figuur 11). Ook in de verpakkingsindustrie dienen toepassingen zich aan. Figuur 11: Toepassingen Hempstone (Nijsten, 2008) Voor de productie van Hempstone worden de hennepvezels in water gelegd. Chemische of andere stoffen (uitgezonderd pigmenten) worden niet toegevoegd. Het vezeloppervlak wordt door microfibrillatie gewijzigd zodat een goede binding met de matrix mogelijk is. Tijdens het 'natte deel' van de productie wordt het materiaal gevormd. De zachte, natte vezelpasta wordt hard naarmate het water eruit verdampt. Het resultaat heeft een oppervlak dat eruit ziet als dik leder dat met de hand gepolierd wordt. Tijdens de ontwikkeling werden de voordelen van Hempstone ten opzichte van andere vezelproducten duidelijk: betere technische eigenschappen (duurzaamheid, homogeniteit, handelbaarheid) en minder negatieve invloed op het leefmilieu. De investeringskosten liggen ook lager vanwege zijn commerciële leefbaarheid op kleinere schaal (Nijsten, 2008). 20

21 Zoals eerder vermeld zijn al verschillende spelers op de Europese markt aanwezig o.a.: GreenGran (Nederland): - productie van biocomposietgranulaten versterkt met natuurlijke vezels zoals hennep. NPSP Composieten NV (Nederland): - productie fietspaddestoelen versterkt met hennepvezel AFT Plasturgie (Frankrijk): productie vezelversterkte composieten met hennepvezel. Tecnaro (Duitsland): - productie thermoplasten versterkt met hennep- en vlasvezel. Knelpunten gebruik natuurlijke vezels als versterking in composieten Enkele uitdagingen i.v.m. gebruik vlas/hennepvezel in composieten zijn (congres CELC, 2009): nood aan een meer uniforme vezelbevoorrading vezel/matrix adhesie (verschillende oplossingen, maar ecologisch impact moet beperkt blijven) gevoeligheid voor vochtopname stabiliteit tegen verwering (aantasting door micro-organismen) geurhinder: tijdens productie en gebruik van natuurlijke vezelversterkte composieten kan geurhinder optreden. De geur correleert met de complexe interactie tussen de ontelbare vluchtige plantenbestanddelen (Centexbel, 2009). temperatuurstabiliteit biodegradeerbaarheid: de composiet is namelijk enkel biodegradeerbaar indien deze met een biodegradeerbare matrix wordt gecombineerd. beschikbaarheid (transport van vezels is heel duur; de teelt is dus best aanwezig op de plaats van verwerking) (Mougin, 2006) In België is nog heel wat onderzoek nodig naar gebruik van vlas/hennepvezel in composieten (Verpoest, 2010): Landbouw: wat is de invloed van de oogstmethode (oogsttijdstip/rotingsgraad) op de vezeleigenschappen? Kan de genetica van de plant aangepast worden om een ideale vezel voor composieten te verkrijgen? Eigenschappen vezels: het is belangrijk dat er duidelijkheid bestaat omtrent het type vezel waarop eigenschappen worden gemeten: elementaire vezel, technische vezel of garen. De eigenschappen van deze vezeltypes kunnen namelijk sterk verschillen. Daarnaast is het ook 21

22 nodig om de sterkte van een garen verwerkt in een composiet te meten; de eigenschappen zullen namelijk verschillen met deze van een gewoon garen. Er moet een methode opgesteld worden hoe de vezeleigenschappen gemeten kunnen worden en hoe deze kunnen worden afgetoetst ten opzichte van de eigenschappen die de composietindustrie wenst. Extractie vezels: wat is de invloed van de verschillende oogst-/verwerkingsstappen op de mechanische eigenschappen van de vezel? Hoe ontstaan fouten in de vezel? Wat is de invloed hiervan op de eigenschappen van de vezel verwerkt in een composiet? Preforms: de gewenste eigenschappen van de vezels moeten bewaard blijven; er moet gezorgd worden voor een minimale torsie van de vezels en een min of meer gelijke vezeloriëntatie. Zo kan zelf een vezel van mindere kwaliteit een acceptabel composiet leveren. Er is ook controle nodig op de invloed van dit preformproces op de vezeleigenschappen. Matrix: behandeling van PP (polypropyleen) met MA (maleic anhydride) is reeds toegelaten (betere binding met natuurlijke vezeloppervlak). Voor andere matrices is het nog niet duidelijk welke behandeling efficiënt is. Hiervoor moet nagegaan worden wat de invloed is van de behandeling op de vezeleigenschappen en composieteigenschappen. Toepassing: wat is de invloed van waterabsorptie op de mechanische eigenschappen? Wat is de vermoeiingsvastheid, vloeipunt, isolatie vibraties/akoestisch, veroudering en end-of-life van het materiaal? Recyclage: hier is nog weinig onderzoek naar gedaan, maar de eerste resultaten zijn belovend. Het probleem is dat bij gebruik van een niet-biodegradeerbare matrix bv PP het materiaal ook niet biodegradeerbaar is. PLA is wel biodegradeerbaar, maar een behandeling voor binding met natuurlijke vezels ontbreekt nog. Ook voor thermoharders is recyclage moeilijk; granuleren is wel mogelijk. LCA (analyse life cycle): onderzoek hieromtrent is lopend Vezelversterkte cementgebonden materialen Momenteel loopt aan de Universiteit Gent een doctoraat (Pieter De Jonghe) over zelfhelend beton waarbij o.a. natuurlijke vezels (vlas/hennep) gebruikt kunnen worden om de scheurwijdte van het beton te beperken. Eerder werden al twee masterproeven geschreven over het gebruik van vlasvezels in cementgebonden materialen. Alvorens de vezels verwerkbaar zijn in beton worden deze verknipt tot een lengte van mm. De vezellengte is een belangrijke parameter in het nascheurgedrag (Daems & De Coninck, datum onbekend). Problemen die voorkwamen bij gebruik van vlasvezels waren een moeilijke menging en slechte verdeling van de vezels in het materiaal. Natuurlijke vezels zijn ook alkaligevoelig; beton heeft echter een ph-waarde van ongeveer 13 (Degrauwe, 2005). 22

23 Filtermateriaal Het oppervlak en absorptievermogen van vlas- en hennepvezels maken het mogelijk om deze te gebruiken als filtermateriaal. De vezels zijn in staat om zware metalen te absorberen. Ze kunnen ook gebruikt worden voor behandeling van water of in industriële filters (vluchtige stoffen). Wanneer ze een behandeling ondergaan, kunnen ze gebruikt worden om olie te absorberen. Deze natuurlijke vezels hebben verschillende voordelen t.o.v. synthetische vezels: minder duur, recycleerbaar, absorberen 25x hun gewicht en kleven niet aaneen (Munoz, 2007) Niet-geweven textiel Niet-geweven stoffen worden gebruikt als b.v. tapijt in auto s, filtermateriaal, geotextiel, enz. Momenteel is er één Nederlandse producent Isovlas Oisterwijk bv die geotextiel uit vlasvezel maakt, maar gebruik van hennepvezel zou dus ook mogelijk zijn voor deze toepassing (Figuur 12). Figuur 12: Geotextiel (Isovlas Oisterwijk bv, 2010) Het kan ook als groeisubstraat gebruikt worden voor bv waterkers (Figuur 13). De zaadjes worden ingebracht in de stof waarbij de vezels voor ondersteuning zorgen tijdens de groei van de jonge plantjes (Bouloc, 2006). Figuur 13: Vezelmat als substraat voor waterkers (Carus, 2010) 5.2 Hennepscheven Het houtig materiaal rond het merg van de stengel worden de hennepscheven genoemd. Deze komen los van de vezel tijdens het roten. Naarmate het rootproces langer duurt, verlaagt de kwaliteit van de hennepscheven; tijdens het roten verandert de kleur van de scheven (bruin-zwart), maar producenten van bv stalstrooisel, constructiemateriaal of pleisterwerk wensen een witte kleur (Bouloc, 2006). De rotingsgraad heeft ook een belangrijke invloed op de geur, wat bijvoorbeeld in stalstrooisel niet gewenst is (Baudoin, 2004). Door de lage dichtheid van de scheven (~ 100 kg/m³) (Tradical, 2006) is het materiaal heel volumineus wat transportkosten met zich meebrengt. De scheven moeten dus geperst worden in een verpakking zodat een maximaal gewicht met een zo klein mogelijk volume kan worden getransporteerd. 23

24 5.2.1 Constructiemateriaal Hennepscheven hebben een heel lage dichtheid en een sterk geluids- en thermisch isolerende werking. De hennepscheven hebben een thermische geleidbaarheid van 0,048 W/mK (Bertucelli, 2009) en een dichtheid van ongeveer 100 kg/m³. De scheven kunnen als los gestort isolatiemateriaal (Figuur 14) of als granulaat in constructieblokken (licht en isolerend) of bepleistering gebruikt worden (Tradical, 2006). Figuur 14: Scheven als los isolatiemateriaal (Bertucelli, 2009) Hennepscheven hebben reeds een toepassing in kalk-hennepbetonmengsels. Dit is een mengsel van hennepscheven, 10% kalk (bindmiddel) en water. Kalk is een ideaal bindmiddel bij gebruik van hennepscheven. Hennepscheven hebben een heel hoog absorptievermogen en absorberen daarom een groot deel van het toegevoegde water. Bij gebruik van een hydraulisch bindmiddel zou dit voor problemen zorgen (uitdrogen, verpulveren) (Tradical, 2006). Om waterabsorptie te beperken, worden verschillende componenten aan de kalk toegevoegd. Kalkproducent Lhoist produceert een speciaal kalkbindmiddel Tradical voor binding met hennepscheven. Dit wordt reeds gebruikt door Lime Technology in Engeland (product Tradical Hemcrete ). Kalk-hennepmengsels kunnen voor constructie van muren, vloeren, dakisolatie en bepleistering gebruikt worden. Het kan niet als draagconstructie dienen en wordt daarom vooral in houtskeletbouw gebruikt (Figuur 15). Figuur 15: Toepassing Tradical Hemcrete rond een houten frame (Lime Technology, 2010) De belangrijkste voordelen van dit materiaal zijn: lage dichtheid (licht materiaal), duurzaamheid, sterkte, geluids- en warmte-isolerend, hoge thermische inertie, ongedierte- en vuurbestendig, reductie CO 2 emissie, uitzonderlijke vochtregulerende capaciteit en herbruikbaarheid (Lime Technology, 2010). Het is ook een heel milieuvriendelijk materiaal: 1 m 2 muur van hennepblokken kan 35 kg CO 2 eq. stockeren (Tradical, 2006). In Wallonië wordt onderzoek verricht op kalk-hennepmengsels als basis voor bouwmaterialen (dak muur vloer - bepleistering) en de mogelijkheden om dit met een spuitmachine aan te brengen (BCC-BAT) (WTCB, 2010). Het beoogt het karakteriseren van verschillende mengelingen, het 24

25 evalueren van de hygrothermische prestaties, het nagaan van het gebruik van mogelijke spuitmachines, etc. Het materiaal (voor constructie binnenmuren) heeft een thermische geleidbaarheid van 0,11 W/mK en een dichtheid van 480 kg/m³. Door de hoge dichtheid bezit dit materiaal een groot warmteaccumulerend vermogen (thermische inertie); d.w.z. dat de warmte overdag wordt vastgehouden en s avonds geleidelijk aan wordt afgegeven (Vibe, 2007). Door de hoge dichtheid moet het materiaal wel iets dikker gemaakt worden om een goede isolerende werking te verkrijgen (~25 cm). Dit kan voor problemen zorgen als het materiaal gebruikt wordt om bestaande huizen aan de binnenzijde na te isoleren (meer plaats nodig dan bij gewone isolatiematerialen). Een ander probleem is dat het kalk-hennepmengsel een lange droogtijd vereist. De mengeling kan ook in blokken worden geperst en met kalkmortel gemetseld worden. Deze hennepblokken ( Figuur 16) hebben een sterk isolerende werking waardoor het in de winter in huis warm is en in de zomer koel. Hennep zorgt voor een stevig materiaal, zelfs met lage dichtheid, met een thermische en geluidsisolerende werking (Munoz, 2007). Deze blokken zijn afgewerkte bouwmaterialen zodat het probleem van lange droogtijd tijdens uitvoering wordt vermeden. Kalk-hennepblokken worden reeds in Frankrijk (bedrijven Chanvribloc en Easy Chanvre) en Spanje (bedrijf Cannabric) geproduceerd. Figuur 16: Hennepblok (Chanvribloc, 2010) Kalk-hennephuizen zouden 10% meer kosten dan traditionele constructies, maar hebben een veel kleinere milieu-impact. Ze verbruiken minder energie bij zowel de constructie als voor de verwarming van het huis. Bovendien leveren ze minder bouwafval op (Thoelen, 2008). In Engeland werd door het BRE (Building Research Establishment) een Innovation Park geopend. Het park bestaat uit gebouwen en huizen die op een duurzame manier gebouwd zijn; het geeft een beeld van hoe de toekomst eruit zou kunnen zien. Er staat onder andere ook een huis die volledig uit hennep gebouwd is (kalkhennepblokken, hennepisolatie, enz.) (BRE, 2010). Volgens Defoirdt & De Coster (2009) zou met de lemen van hennep reeds houtbeton gemaakt worden. Houtbeton is een samengesteld materiaal met een cementachtige matrix en een plantaardige vulstof in een korrelige vorm (korrelgrootte analoog aan grint, zand,enz.). Houtbeton wordt gemaakt met houtpartikels en zaagmeel en met lemen van hennep. Dit materiaal heeft een goede resistentie tegen vriezen en dooien en heeft een geringe absorptie door capillariteit. De mogelijke problemen bij het maken van houtbeton zijn de soms moeilijke hechting tussen hout en cement, de vertraagde uitharding en problemen bij het uitdrogen (Defoirdt & De Coster, 2009). De hennepscheven kunnen ook tot meubelplaten geperst worden (Interreg IIIA-project Euroregio Rijn-Waal, 2007). De Duitse producent Resopal ontwikkelt zowel vlas- als hennepspaanderplaten, die 25

26 als voordeel hebben dat ze lichter en meer isolerend zijn dan de gewone houtspaanderplaat. De toplaag daarvan bestaat echter niet uit een ecologisch materiaal, maar uit een synthetische hars (Resopal, 2010) Stalstrooisel De hennepscheven worden reeds als hoogwaardig stalstrooisel gebruikt. Dit strooisel kan voor kleine huisdieren gebruikt worden, maar vooral ook bij paarden met een allergie voor ander stro. Hennep heeft als voordeel dat het sterk absorberend en zeer ammoniakbindend is (Our future planet, 2002). Op vraag van ChanvreWallon wordt in Centre européen du cheval de Mont-le-Soie (Wallonië) verder onderzoek gedaan naar de kwaliteit van hennep als stalstrooisel bij paarden (Stévenne, 2009). Het vlasverwerkend bedrijf NV Demeulenaere (België) verkoopt reeds ontstofte lemen voor gebruik als stalstrooisel (Confortchanvre). Momenteel is deze toepassing de grootste afzetmarkt voor de hennepscheven Vergisting Hennepscheven zijn ook geschikt als stalstrooisel voor kippen dankzij het hoge absorptievermogen; op die manier kan de geurhinder in de stal beperkt worden. De kippenmest, samen met de hennepscheven, kunnen afgezet worden voor co-vergisting. Het gebruik van hennepscheven in een vergistingsinstallatie is heel interessant omdat de scheven makkelijk afbreken en er veel energie uit gerecupereerd kan worden. Verschillende kippenboeren in Vlaanderen gebruiken reeds deze scheven in hun kippenstal waarna het mengsel van mest en scheven afgezet wordt voor vergisting Bodembedekking Dankzij het sterke absorptievermogen van hennepscheven zijn deze ideaal als bodembedekker voor gebruik in de tuin of in een wijngaard, boomgaard, groenteteelt, enz. (Figuur 17). Voordelen: bescherming tegen erosie, tegengaan van evaporatie van water in de zomer, isolerende werking zowel in winter als zomer, ontwikkeling microbieel leven in de bodem, toevoeging organisch materiaal (bestaat uit lignocellulose en breekt biologisch af na bepaalde tijd) (La Chanvrière de l Aube en AgroChanvre, 2010). Figuur 17: Bodembedekker (La Chanvrière de l Aube). 26

27 5.3 Hennepzaad De zaden moeten zo snel mogelijk na de oogst tot een vochtgehalte van <11% (of 9%) worden gedroogd; zoniet zal oxidatie van de olie optreden. Het is wel een vereiste dat de droging langzaam gebeurt en dat de temperatuur niet hoger dan 40 C komt (gevaar voor denaturatie) (Bouloc, 2006). De olie wordt door middel van een koude persing uit het zaad gewonnen Voeding Traditioneel wordt hennepzaad onbewerkt als vogelzaad gebruikt onder de naam kempzaad en als aas om te vissen (Institut du chanvre, 2010). Hennepzaad is echter ook eetbaar, voedzaam en gezond voor de mens. In hennepzaad zitten alle essentiële aminozuren en vetzuren die een evenwichtige voeding moet bevatten. Het zaad bevat 30-35% olie, rijk aan omega-3 vetzuren (C18:3) en vooral aan omega-6 vetzuren (C18:2). Gepeld hennepzaad kan als basis dienen voor allerhande etenswaren zoals brood, gebak, deegwaren, melk enz. De olie in het zaad zou gezond zijn voor de bloedsomloop en heeft een laag cholesterolgehalte (Our future planet, 2002). De olie bevat ook enkele zeldzame vetzuren zoals gammalinolinezuur. Dit zuur zou bekendstaan om zijn gezondheidsbevorderende effecten. Bepaalde andere vetzuren zouden onder meer schurft tegengaan (Debergh, 2009). De perskoek die na persing van de olie overblijft, bevat veel eiwitten en omega 3-vetzuren waardoor deze tot o.a. een waardevolle vleesvervanger kan worden verwerkt (Molgreen, 2010). Het eiwitrijke zaad of de perskoek kan ook als veevoeder ingezet worden. De prijs hiervoor ligt wel heel laag en met een opbrengst van 1000 kg/ha is dat geen rendabele optie. Inzetten op het eigen bedrijf, in het bijzonder in de biolandbouw, is wel een interessante piste wegens de positieve effecten op de gezondheid van de dieren (Wervel, 2010c). In Canada (Hemp Oil Canada Inc.) wordt hennep vooral geteeld voor de zaadproductie, waarbij het zaad in de voeding wordt gebruikt (Figuur 18). Figuur 18: Hennep in voeding (Carus, 2010) Andere Hennep is één van de zeldzame bronnen van het zuur linolenique (GLA) (2%). Dit vetzuur zorgt voor de soepelheid en hydratatie van de huid en heeft positieve effecten op bepaalde infectieziekten en 27