Конопът предлага възможности за иновативни продукти и може да намери приложение в много производства – от текстил до автомобили
Радина Калдамукова е автор в Климатека. Тя е магистър по геоекология от университета в град Тюбинген, Германия. Участник в програмата за експерти в областта на климатичните промени “Pioneers into practice”, организирана от най-голямото публично-частно партньорство в Европа в сферата на климата – Climate-KIC. Има интереси в областта на агроекологията и иновациите в земеделието, аквапониката, устойчивото използване на природните ресурси, почвознанието, палеоклиматологията и запазването на видовото разнообразие.
Индустриалният коноп е универсално, устойчиво растение с различни приложения. Той има потенциала да предложи решение на кризата с изменението на климата, тъй като е жизнеспособен източник на възобновяема енергия. Въпреки че индустриалният коноп е разпространена селскостопанска култура от древни времена, в много страни, производството му доскоро е било забранено поради асоциацията му с растения, отглеждани заради психоактивните си вещества. През 1952 г., преди да бъде забранен за отглеждане, конопът е заемал над 250 хил. декара земеделски площи в България. Бързо нарастващата популярност на конопа в Европа и Северна Америка в последните години може да се отдаде на неговия потенциал за устойчивост, както и приложението му като възобновяема суровина. Заедно с това той спестява много вода, особено след като сушите стават все по-чести с изменението на климата.
През последните няколко години глобалното изменение на климата и загрижеността за по-устойчива икономика предизвикаха значителен интерес към използването на естествени материали за производство на екологични продукти и намаляване на антропогенните емисии на въглероден диоксид.
Една позабравена алтернатива на изкопаемите горива, която набира потенциал, е биоенергията, която се извлича от биомаса. Биомасата може да се използва като суровина за редица ценни биоенергийни продукти, включително биогаз, биодизел, биоетанол и биоводород. Биомасата също e и алтернатива на изкопаемите горива: тя се произвежда редовно в големи количества и често е отпадъчен продукт. И накрая, биомасата е устойчив въглеродно неутрален ресурс.
Един източник на биомаса, който има такъв потенциал е индустриалният коноп – Cannabis sativa L. Той е универсална култура с дълга история на отглеждане и приложение в много индустрии заради своите влакна, масло, медицински съединения и като суровина за биоенергия. Конопът се отглежда на много места, а две от страните, които произвеждат най-много промишлен коноп, са Канада и Китай. Очаква се пазарът на коноп да нарасне бързо през следващите години, особено в Съединените щати, където търсенето непрекъснато се увеличава. Въпреки това пазарът е изправен пред множество предизвикателства, предимно от правно и социално естество заради свързването му с растението, култивирано за психоактивно вещество; а именно – марихуаната.
От древни времена хората са отглеждали растението Cannabis sativa за множество цели, като са произвеждали специализирани сортове за фибри, семена и полезни химични съединения. Растенията, отглеждани за производството на психоактивното съединение тетрахидроканабинол (THC), обикновено се наричат „канабис“ или „марихуана“, докато растенията, отглеждани за фибри, семена или продукти, които не съдържат THC, обикновено се наричат „коноп“ или „промишлен коноп“. У нас, Министерството на земеделието и храните определя с Наредба № 1 от 12 март 2018 г. индустриалния коноп като растения от рода на конопа (канабис), предназначени за влакно, семена за фураж и храна и семена за посев, със съдържание под 0,3 тегловни процента на тетрахидроканабинол, определено в листната маса, цветните и плодните връхчетата.
Отглежда ли се коноп у нас?
За сравнение, във всяка една европейска държава производителите могат да избират сортове, които акумулират тетрахидроканабинол до 1%. Те са много по-голям брой и с много по-добри характеристики в сравнение със старите сортове до 0,3%, които производителите в България могат да използват в момента. За да бъдем конкурентноспособни е нужно одобрението на законопроект за въвеждане на гранична стойност от един тегловен процент тетрахидроканабинол.
Според настоящото законодателство отглеждането на индустриален коноп у нас е разрешено, но не и преработката му. Това принуждава земеделците, отглеждащи културата, да я изнасят за преработка извън България. Според Асоциацията на производителите на индустриален коноп най-облагодетелствани от факта са съседните ни Румъния, Сърбия и Северна Македония, където остава добавената стойност. Всички страни от ЕС разрешават преработката на индустриален коноп и от него вече се правят множество продукти. В края на май тази година (2023) Комисията по земеделие прие на първо четене законодателна инициатива за разрешаване на преработката на индустриален коноп у нас.
Индустриалният коноп може да се отглежда като влакнодайна, семенна или култура с двойно предназначение. Той е растение от ликово влакно, подобно на лена, кенафа и юта. Вътрешността на стъблото е куха, заобиколена от сърцевинен слой от дървесни влакна (Фиг. 2). Извън камбиевия слой, където клетките растат и се диференцират, се намира флоемният или паренхимният слой, който съдържа дългите клетки, известни като ликови влакна. (Ehrensing)
Графика за превод: виж коментара: текстила
Съществуват над 25 000 продукта, за направата на които се използва коноп
Всички тези продукти (Фиг. 3 – Kraenzel, et al., 1998) могат да бъдат представени в следните категории:
- Селско стопанство
- Автомобилна индустрия
- Строителни материали
- Козметика
- Храни, хранителни добавки и напитки
- Мебели
- Хартия
- Рециклиране
- Текстил
Всяка една от частите на растението може да се използва за направата на различни продукти. Така например семената са богати на протеини, аминокиселини и незаменими мастни киселини; стъблото е източник на най-здравите естествени индустриални влакна в света; корени и листа: хранят почвата с ценни хранителни вещества – фермерът може да отглежда няколко поколения коноп на сезон в едно и също поле в продължение на 10 години подред, без почвата да се изтощи. Корените на конопа имат и значителен потенциал за абсорбиране и съхраняване на токсични елементи като олово (Pb), никел (Ni), кадмий (Cd) и други вредни елементи и вещества, което позволява растението да се използва за фиторемедиация на замърсени почви. През 90-те години на миналия век, след ядрената катастрофа в Чернобил, конопът е бил използван заедно с други растения за пречистване на почвата от замърсяващи метали в райони близо до атомната електроцентрала. Phytotech Laboratories, заедно с производителите и Украинския институт за отглеждане на влакна, вземат решение да засадят промишлен коноп, за да елиминират силно токсичния стронций и радиоактивен цезий.
Дървесината от стъблото за направата на строителни материали пък е страничен продукт от отглеждането на промишлен коноп за влакна и семена. Има много доказателства, че тази култура може да играе важна роля в един по-екологичен модел на земеделие.
Какви са агроклиматични изисквания на индустриалния коноп?
Индустриалният коноп може да се отглежда почти навсякъде, но оптималният растеж се наблюдава във влажен и мек климат. Необходими са четири месеца без слана, за да се произведат най-качествените влакна, и 5 месеца и половина без слана за производство на семена. Идеалните температури за растеж на конопа варират между 16 – 27˚ C , а когато средната дневна температура достигне 16 ˚ C или по-висока, растението навлиза в етап на бърз растеж, по време на който расте с 4 до 6 см на ден (Kraenzel, et al., 1998). Въпреки това конопът може да издържи както на по-високи, така и на по-ниски температури: разсадът и зрелите растения могат да издържат до -5˚ C (Министерство на земеделието и храните на Британска Колумбия, 1999 г.). Особено през първите шест седмици, по време на покълването и докато растението се вкорени и установи добре (Kraenzel, et al., 1998), индустриалният коноп се нуждае от обилни валежи или напояване. След този първоначален период растението може да издържи и на по-сухи условия. Това качество е особено важно за приспособимостта му към динамично променящия се климат и условия на отглеждане.
Представителите на Асоциацията на производителите на индустриален коноп изтъкват, че у нас климатът за отглеждане на културата е благоприятен, тъй като имаме по-дълъг топъл период и това ни поставя в по-добра позиция от държави като Германия и Франция.
Индустриалният коноп вирее върху различни почви, но най-добре се справя на рохкави, добре дренирани глинести почви с високо плодородие и изобилие от органични вещества. Докато селскостопанските изисквания на конопа са сравнително ниски, той като всяко растение, ще расте по-бързо, ако се наторява. И Демпси (1975), и Еренсинг (1998) правят преглед на многобройни проучвания за торене и заключават, че конопът изисква обилно торене за висок добив на влакно.
Заболяванията по конопа не са широко разпространени и се срещат спорадично. Те обикновено се причиняват от гъбички, пренасяни от семената и почвата, които могат да бъдат контролирани чрез третиране на семената преди засаждане или чрез ротация (Dempsey). При благоприятни условия конопът е много конкурентен на плевелите, така че пръскането с хербициди обикновено не е необходимо, когато се отглежда за конопени влакна (Ehrensing). Поради по-ниската гъстота на засаждане при отглеждане за семена, естественото потискане на плевелите може да бъде по-малко успешно (Baxter и Scheifele).
Ролята на конопа в текстилната индустрия
До 18 век делът на естествените влакна, използвани в текстила, е 78% вълна, 18% лен и 4% памук. Благодарение на техническите иновации обаче сега това се е променило и днес памукът заема 36% от производството на текстил, докато 45% се заемат от синтетика, а останалата част се отчита от други влакна (Barlocher, et al., 1999).
Памукът е много водоемък продукт. Производството и потреблението на памучен текстил (предимно облекло) са свързани с редица негативни въздействия върху водните ресурси и околната среда в страните, където се обработва.
Един от най-известните примери за бедствено положение е Аралско море. Районът на Аралско море в Централна Азия се характеризира с крехък баланс между поддържането на поливното земеделие и опазването на околната среда (Cai, et al., 2003). В този регион се отглеждат предимно памук и ориз. Ефектът от водовземането в Аралско море от 1960 до 2009 г. може да се види на следващата фигура.
Памукът е един от най-големите потребители на вода в текстилното производство. Средният глобален воден отпечатък на памучните тъкани е приблизително 10 000 литра/кг, докато на конопа е само около 2700 литра/кг (Hoekstra, 2013). Замяната на памука с индустриален коноп ще доведе до значително намаляване на водното потребление и на водния отпечатък на текстила.
В миналото е било обичайно да се използва коноп за производството на много различни продукти, като например в корабоплаването: През 16-ти век Хенри VIII насърчава фермерите да засаждат широко тази култура, за да осигурят материали за британския военноморски флот. Необходими са постоянни доставки на коноп за изграждането на бойни кораби и техните компоненти. Такелажите, висулките, флаговете, платната и тн. са били направени от конопени влакна и масло. Конопената хартия е била използвана за карти и дори за библиите, които моряците са носели на борда” (Hemp, 2015 г.).
Конопът – екологичен източник на гориво
В днешното време на петролни конфликти, нарастващи цени на горивата и изменение на климата, е по-важно от всякога да се търсят устойчиви алтернативи като конопения етанол.
Конопът може да осигури два вида гориво:
- Конопен биодизел – произведен от масло от (пресовано) конопено семе.
- Конопен етанол/метанол – направен от ферментирало стъбло. Използвайки процеси като газификация, киселинна хидролиза и ензими, конопът може да се използва за производството и на двата продукта – етанол и метанол.
През 1896 г. Рудолф Дизел произвежда своя прочут двигател. Подобно на много други, Дизел предполага, че дизеловият двигател ще се захранва от различни горива, особено растителни масла и масла от семена. Хенри Форд от Ford Motor Company, виждайки потенциала на горивата от биомаса, управлява успешен завод за преобразуване на биомаса, който произвежда биогориво в тяхното съоръжение в Iron Mountain в Мичиган. Инженерите на Ford извличат метанол, гориво от дървени въглища, катран, етилацетат и креозот, основни съставки за съвременната индустрия. Днес те се доставят от свързаните с петрола индустрии.
Една от основните причини за забраната на конопа – и под формата на гориво, е свързано с осъзнаването, че производството на нефт е застрашено от всеки конкурентен източник на гориво, особено този, който не изисква модификации на автомобила.
Гледайки на конопа като на заплаха, в САЩ стартира кампания срещу конопа от конкурентни индустрии. Пропагандни филми като „Reefer Madness“ също имат роля за популяризирането на антикампанията на Запад. Когато Конгресът приема Закона за данък върху марихуаната през 1937 г., започва упадъкът на конопа. Законовите данъчни и лицензионни разпоредби правят отглеждането на коноп почти невъзможно за американските фермери.
Интересна ситуация възниква по време на Втората световна война, тъй като отглеждането на коноп е крайно затруднено със закона от 1937 г. Въпреки това японската атака срещу Пърл Харбър спира вноса на влакното абака (Musa textilis, Manila hemp) от Филипините, което принуждава американското Министерство на земеделието (USDA) да преосмисли своя дневен ред и да създаде призив за действие с пускането на филма Hemp for Victory, като мотивира американските фермери да отглеждат коноп за целите на войната. Правителството създава частна компания, наречена War Hemp Industries, за да субсидира отглеждането на коноп. Един милион акра коноп са отгледани в Средния Запад като част от тази програма. След войната производството бързо намалява, тъй като вносът се възобновява и законовите ограничения се налагат отново. Малка индустрия за производство на конопени влакна продължава в Уисконсин до 1958 г. (Dempsey, Ehrensing). Дивият коноп обаче все още може да се намери разпръснат из цялата страна. Данни от 2019 г. поставят Съединените щати на трето място по производство на коноп в света след Китай и Канада.
Употреба на коноп в автомобилния сектор
Традиционно стъклените влакна/вата се използват широко като строителен изолационен материал и в термопластичната армировка в автомобилния сектор. Екологичните показатели на термопластични формовъчни смеси, усилени със стъклени влакна на основата на полипропилен (Glass mat (reinforced) thermoplastics – GMT) обаче имат няколко недостатъка поради високата консумация на енергия и потенциалните рискове за здравето по време на производството и обработката. Стъклените влакна причиняват сериозна абразия на оборудването за обработка и техните композити могат да се трансформират в остри парчета по време на сблъсък, причинявайки допълнителни наранявания на пътниците. Освен това GMT не подлежат на рециклиране и тяхното изгаряне в инсинератор генерира материал, подобен на клинкер, който може да се депонира единствено като се зарови в земята.
От друга страна, естествените влакна се изследват все повече от инженерни и автомобилни компании като екологична алтернатива за използването на стъклени влакна. Повечето от изследваните ликови влакна се получават от естествено растящи лен, коноп и кенаф. Тези влакна са възобновяеми, неабразивни за оборудването за обработка и могат да бъдат изгорени в края на жизнения си цикъл за оползотворяване на енергия, тъй като притежават голяма калорична стойност. Те също така са много по-безопасни по време на работа и се предполага, че засягат по-малко белите дробове по време на обработка и употреба.
Един такъв пример е спортният модел кола на инженера Брус Дицен, изработен от 65% тъкан коноп (няколко слоя) и 35% био-епоксид, който се втвърдява и му придава голяма устойчивост. Конопеният автомобил Renew Sports Car е по-лек и по-издръжлив от много коли на пазара до момента, според Дицен. За разлика от превозните средства, изработени от фибростъкло, карбонови влакна или алуминий, автомобилът има негативен въглероден отпечатък. Въглеродният диоксид, абсорбиран от растението, остава заключен вътре – процес, известен като улавяне на въглерод.
Докато производственият процес на превозно средство има средно 10-тонен въглероден отпечатък, производството на Renew има отрицателен въглероден отпечатък. Това не включва производството на преработената Mazda Miata от първо поколение, на което се базира шасито.
Автомобилните приложения представляват най-добрата възможност за термопласти от естествени влакна поради някои от отличителните предимства пред стъклените влакна, като ниско тегло (35 – 40% по-малко в сравнение със стъклените влакна), ниска цена, по-добро поглъщане на удар и звукоизолационни свойства. Някои от потенциалните приложения в тази област са: панели за врати и инструменти, жабки, подлакътници и облегалки на седалки.
Употреба в строителството като конопобетон
Конопобетонът се вписва идеално в модела на кръговата икономика и борбата с климатичните изменения. Той се характеризира с топлоизолация, шумоизолация, не гори, не развъжда мухъл и плесен, не привлича вредители. Зимата поддържа по-топло, а лятото по-хладно, което намалява разходите за климатизация. Това са част от предимствата на този материал, от който може да се изгради изцяло сграда като монолитна конструкция само от три съставки – стърготини от индустриален коноп, свързващо вещество на основата на вар и вода. От конопобетонът се прави пълнежа на цялата стена, без нужда от допълнителни изолации, мембрани и т.н. В България Конопобетон ЕООД е първата фирма, специализирана в строителството с конопобетон – енергийно ефективен, здравословен, устойчив и екологичен материал.
За популяризирането на конопа и разбработването на екологични методи на производство и преработка могат да се приложат следните стратегии:
- Промяна на начина, по който се отнасяме към растенията и почвата, ръководени от текущите агроекологични познания, както и от по-нататъшни изследвания.
- Разработване на сортове растения, подходящи за съответното място на отглеждане и приложение.
- Събиране на информация от преки контакти с производителите.
- Създаване на регулаторни рамки, които подкрепят фермерите и преработвателите, като поставят конопа на равна позиция с другите влакнодайни култури.
- Интегриране на конопа със съществуващи текстилни системи, като тези за памук и вълна, и търсене на творчески синергии. Например използване на споделена инфраструктура между различни текстилни култури.
- Развиване на международни партньорства
На фона на нарастващото потребление на природни ресурси и негативни екологични и климатични последици са възможни здрави и устойчиви агроекологични системи, в които индустриалният коноп възвръща позабравените си позиции. Конопените продукти са жизненоважна и устойчива алтернатива на съществуващите такива в почти всички отрасли: енергетика, селско стопанство, автомобилостроене, строителство, медицина и козметика, хранително-вкусова и много други.
Източник заглавна снимка: Pexels
