Новости/Аналитика

Конопляные биокомпозиты пока не способны полностью заменить древесину во всех областях применения. Однако они уже демонстрируют, что будущее материаловедения будет связано не столько с поиском новых природных ресурсов, как с более эффективным использованием ежегодно возобновляемой биомассы.

На протяжении тысячелетий древесина оставалась одним из главных конструкционных материалов человечества. Из нее строили дома, изготавливали мебель, создавали предметы интерьера и искусства. Однако XXI век поставил перед промышленностью новую задачу: как сохранить привычные свойства древесины, одновременно уменьшая нагрузку на лесные экосистемы и снижая углеродный след производства ? 

Одним из наиболее интересных ответов на этот вопрос стала технология “Strumber” - новый биокомпозит, созданный из однолетних растений, прежде всего технической конопли. Его разработчики называют материал не просто заменителем древесины, а принципиально новой категорией конструкционных материалов, выращиваемых не десятилетиями, а всего лишь за несколько месяцев. 

От дерева к ежегодно возобновляемому сырью

Главная идея “Strumber” удивительно проста. Если обычная древесина появляется после 30-100 лет роста дерева, то техническая конопля достигает полной зрелости примерно за 150 дней. За один сельскохозяйственный сезон можно получить сырье, которое после переработки способно выполнять многие функции твердых пород древесины. 

Но еще интереснее другое обстоятельство. Для производства используются не самые ценные части растения, а преимущественно стебли, которые во многих случаях после уборки урожая остаются малоиспользуемыми сельскохозяйственными остатками. Вместо того чтобы сжигать их или оставлять разлагаться на поле, они превращаются в сырье для высокотехнологичного материала. Фактически технология демонстрирует один из базовых принципов современной циркулярной экономики: отходы одного производства становятся ресурсом для другого.

Как производится “Strumber”

Несмотря на то, что разработчики не раскрывают всех технологических нюансов, имеющаяся в наличии информация позволяет достаточно хорошо представить общую последовательность производства.

Выращивание растений - все начинается с обычного поля. Высевается техническая конопля - культура, известная быстрым ростом, высокой урожайностью и способностью активно поглощать углекислый газ. За несколько месяцев растения формируют большое количество прочных волокон, основу будущего материала. 

Уборка урожая - после созревания растения скашиваются. Особую ценность представляют именно стебли, состоящие из нескольких природных компонентов: длинных прочных волокон; древесиноподобной сердцевины - костры; природных полимеров (лигнина и целлюлозы). Именно они обеспечивают будущему материалу высокую механическую прочность.

Естественная подготовка сырья - после уборки стебли проходят процесс естественного вылеживания (реттинга), позволяющий облегчить разделение волокон и других частей растения. Затем сырье сушат, очищают и измельчают до состояния, необходимого для дальнейшей переработки. 

Формирование композиции - подготовленные растительные компоненты укладываются слоями. Разработчики отмечают, что материал может включать: конопляные волокна; иные волокна растительного происхождения. Именно комбинация различных растительных компонентов позволяет изменять характеристики готовой панели под конкретную задачу. 

Минимум связующего - наиболее интересной особенностью технологии является чрезвычайно низкое содержание клеящих веществ. Если традиционные древесно-стружечные плиты зачастую содержат значительное количество синтетических смол, то в “Strumber” доля связующего составляет менее 5%. При этом разработчики делают акцент на использовании биосовместимых и растительных компонентов, что позволяет отказаться от формальдегидных и меламиновых смол. Именно поэтому материал практически не выделяет летучих органических соединений и может использоваться в жилых помещениях.

Горячее прессование - под действием высокой температуры и большого давления растительные волокна превращаются в плотную монолитную плиту. Во время прессования происходит сразу несколько процессов: уплотнение волокон; образование прочных межволоконных связей; окончательная стабилизация структуры материала. Получается не рыхлая панель, а полноценный конструкционный материал. Регулирование плотности - одним из преимуществ “Strumber” является возможность изменять плотность материала. Разработчики сообщают о диапазоне примерно от 400 до 1250 кг/м³, благодаря чему можно производить изделия с различными характеристиками - от сравнительно легких панелей до материала, сопоставимого по плотности с твердыми и даже некоторыми экзотическими породами древесины. 

Обработка - после прессования материал обрабатывается практически так же, как обычная древесина. Его можно пилить, сверлить, фрезеровать, шлифовать, покрывать маслами, лакировать, окрашивать.  Это особенно важно для мебельной промышленности, поскольку предприятия могут использовать уже существующее деревообрабатывающее оборудование без полной перестройки производства. 

Почему для создания «древесины будущего» конопля подходит лучше других растений

Техническая конопля обладает сразу несколькими уникальными качествами. Она отличается:

• быстрым ростом; 

• высоким содержанием прочных целлюлозных волокон; 

• хорошей урожайностью; 

• сравнительно низкой потребностью в пестицидах; 

• способностью эффективно поглощать углекислый газ. 

Во время роста гектар посевов способен связывать значительные объемы атмосферного CO₂, который затем остается заключенным внутри готового материала на протяжении всего срока службы изделия. 

Необходимо отметить, что для строительства мостов, многоэтажных домов или изготовления несущих балок древесина пока остается незаменимой. Однако во многих других областях “Strumber” способен стать реальной альтернативой. 

Сегодня разработчики рассматривают применение материала для производства мебели, столешниц, дверей, лестниц, стеновых панелей, напольных покрытий, интерьерных перегородок, акустических конструкций, элементов общественных пространств. 

Почему это важно для «зеленой экономики»

Истинная ценность технологии заключается не только в новом материале. Она демонстрирует совершенно иной подход к организации производства. В традиционной линейной модели сначала добывается сырье, затем производится изделие, после использования оно становится отходом. В циркулярной модели происходит обратное. Каждый следующий продукт создается из уже существующих ресурсов. Например, в данном случае стебли конопли становятся мебелью.

После окончания срока службы материал может быть переработан или, в зависимости от конкретной модификации и условий, направлен на промышленное компостирование, возвращая органическое вещество в биологический цикл. Именно такой подход считается одной из ключевых основ экономики замкнутого цикла.

“Strumber” - часть мировой тенденции

Важно понимать, что “Strumber” появился не случайно. Во всем мире активно развиваются исследования материалов на основе конопляной биомассы. Сегодня ученые работают над: 

• трехслойными панелями из костры и волокон конопли; 

• строительными композитами; 

• биополимерными материалами; 

• микоцелиевыми композитами; 

• наноцеллюлозой из конопляных волокон; 

• новыми биоразлагаемыми конструкционными материалами. 

Это означает, что “Strumber” является частью гораздо более масштабного технологического перехода, в котором сельское хозяйство становится поставщиком не только пищи и текстиля, но и инженерных материалов. 

Комментарий специалистов Ассоциации “Украинская техническая конопля”

Для Украины подобные технологии представляют особенный интерес. Страна обладает значительным потенциалом выращивания технической конопли, а также большими объемами сельскохозяйственных растительных остатков. Если производство подобных материалов будет освоено отечественной промышленностью, они способны создать новые цепочки добавленной стоимости:

• выращивание технической конопли; 

• первичная переработка стеблей; 

• производство биокомпозитных плит; 

• изготовление мебели; 

• выпуск строительных и отделочных материалов; 

• экспорт продукции с высокой добавленной стоимостью. 

Это позволит использовать значительно большую часть выращенного растения, снизить зависимость от древесного сырья и сформировать новые высокотехнологичные направления переработки аграрной биомассы.

Strumber - это не просто необычная мебельная плита из конопли. Это пример того, как современные технологии позволяют переосмыслить само понятие конструкционного материала. Вместо многолетнего ожидания роста дерева используется урожай однолетних растений, а вместо вырубки лесов - переработка сельскохозяйственных остатков. При этом материал сохраняет многие привычные свойства древесины, совместим с существующими технологиями деревообработки и отличается низким содержанием синтетических связующих. 

Конечно, подобные конопляные биокомпозиты пока не способны полностью заменить древесину во всех областях применения. Однако они уже демонстрируют, что будущее материаловедения будет связано не столько с поиском новых природных ресурсов, как с более эффективным использованием ежегодно возобновляемой биомассы. Если исследования и промышленное внедрение продолжатся нынешними темпами, такие материалы могут стать одним из ключевых элементов «зеленой экономики», где сельское хозяйство, промышленность и климатическая политика будут работать как единая система, превращая углерод, накопленный растениями, в долговечные изделия с высокой добавленной стоимостью.

< Предыдущая статья     Следующая статья >