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Hanf als Inkubator einer Kreislaufwirtschaft

Erforschung von Hanfsystemen am MonViso Institute, einem praxisnahen Berglabor für systemisches regeneratives Design.


Hanf ist eine zyklische Pflanze und jeder Teil davon ist von gesellschaftlicher, ökologischer oder industrieller Bedeutung, sei es direkt oder indirekt. Dieser systemische Wert kann dafür genutzt werden, um zur Etablierung einer zyklischen, biologischeren Wirtschaft beizutragen und den Wandel weg von unserer derzeitigen linearen, rohölbasierten Wirtschaft zu schaffen. Der Übergang ist von entscheidender Bedeutung für die Schaffung einer regenerativen, widerstandsfähigen Gesellschaft, die sich aktueller ökologischer und sozialer Probleme annimmt und diese bewältigt. Die Suche nach Lösungen für derart komplexe Probleme sowie deren Umsetzung erfordert systemische Designtechniken und -methoden, die auf Wissenschaft, Technologie, Kreativität und Beteiligung setzen. Klingt kompliziert? Ist es auch.

Um diesen systemischen Wandel voranzutreiben, müssen wir noch mehr in die Entwicklung gemeinsamer Visionen, einem kontextuellen Verständnis und motivierender Erfahrungen investieren, aufklären und Zusammenarbeit fördern. Im Grunde genommen, muss dieser komplexe Sachverhalt vereinfacht und zugänglich gemacht werden, damit er an Bedeutung gewinnt und greifbar und anwendbar wird. Das MonViso Institut im italienischen Piemont ist als experimentelles Labor konzipiert worden, in dem Menschen diese Komplexität im wirklichen Leben erleben können. Ein solches Beispiel ist die Wiederbelebung von Hanf als vergessene Pflanze mit dem Potenzial, dass Hanf zur Inkubation einer nachhaltigeren, zyklischen Bioökonomie leisten kann. Die Geschichte und das Potenzial der Hanfpflanze müssen in zeitgemäße systemische Lösungen verwandelt werden. Genau das ist eine der Aufgaben des MonViso Instituts [1].

The MonViso Institute is located in Valle Po, Piedmont, Italy

Ein experimentelles systemisches Designzentrum mit Fokus auf alpin-urbaner Hanfzirkularität

In einigen abgelegenen, verlassenen oder Vernachlässigten Bergregionen kehrt langsam wieder leben ein und Menschen flüchten aktuell aus den Städten wieder zurück in die Berge. Das Ergebnis dieses Phänomens, das auch als „alpiner Urbanismus“ bezeichnet wird, sind vermehrte Aktivität und Innovationen in diesen Regionen. Damit das klappt, müssen dort allerdings Arbeitsplätze geschaffen werden. Entscheidend für die Wiederbelebung von Bergregionen ist die Entwicklung eines sicheren Wirtschaftsmodells, das lokale wirtschaftliche Einnahmen sowie einen Kreislauf von Ressourcen, Dienstleistungen und Einwohnern ermöglicht. Es stellt sich zum Beispiel die Frage, warum Milchbetriebe derart stark subventioniert werden.

Stattdessen sollte man alternative, nachhaltigere Nutzungsmöglichkeiten des Landes erarbeiten. Traditionell verwendeter Industriehanf ist eine solche Alternative und wird als Rohstoff für Lebensmittel (proteinreiche Öle und Mehle), für Fasern (Kleidung, Verbundwerkstoffe im Maschinenbau), biobasierte Kunststoffe, Baumaterialien (Isolierungen, Ziegel, Platten), medizinische Anwendungen und Kosmetika oder den Tourismus immer wichtiger. Solche Ressourcen und Anwendungsgebiete schaffen eine Verbindung zwischen landwirtschaftlichem Wachstum, Landschaftsnutzung, Tourismus und Leben in Bergregionen; außerdem besitzen Märkten für Verarbeitungs-, Produktions- und Verbrauchsgüter in und um städtische Gebiete ein enormes wirtschaftliches, ökologisches und soziales Potenzial.

Hanf als zyklische Pflanze einer Kreislaufwirtschaft

Was versteht man unter „Zirkularität“? Die Natur funktioniert als Kreislauf. In der Natur gibt es keinen Abfall. Nur der Mensch hinterlässt Abfälle oder Produkte, die niemand nutzen kann und die sogar zerstörerisch sind, wenn ihre Anzahl die Grenzen des Planeten überschreitet – ein Beispiel dafür ist das Treibhausgas Kohlendioxid. Wir müssen unsere Wirtschaft auf eine zyklische Art und Weise umgestalten, bei der atmosphärischer Kohlenstoff reduziert, gespeichert und dann recycelt wird – so wie es Pflanzen machen. Ein möglicher Weg hin zu einem zirkulären Lebensstil ist die Nutzung des Potenzials der Hanfpflanze, verschiedene kohlenstoffintensive, lineare industrielle Prozesse und Produkte zu ersetzen.

Als schnell wachsende Pflanze entzieht Hanf der Atmosphäre im Vergleich zu einem natürlichen Wald hohe Mengen an Kohlendioxid. Im Durchschnitt beträgt die Kohlenstoffbindung von Hanf etwa 0,67 t CO2/Hektar/Jahr (Pervaiz und Sain 2003). Wird diese Biomasse in einheitliches Material umgewandelt, kann der Kohlenstoff darin für die gesamte Lebensdauer gespeichert werden. Durch den Ersatz kohlenstoffintensiver Materialien und Produkte, könnte sich daraus genauso gut eine positive CO2-Bilanz ergeben. Zu den kohlenstoffintensiven industriellen Prozessen und Produkten zählen insbesondere der Bausektor, die Verbundwerkstoffindustrie sowie die elektrische und thermische Energieerzeugung. Außerdem sind der Lebensmittelsektor, der Gesundheitssektor, Tourismus und die Textilindustrie für den systemischen Wandel interessant.

Die notwendige wirtschaftliche, soziale und allgemeine systemische Innovation beschleunigt das Wachstum der Nachfrage nach industrieller Hanfnutzung in städtischen Märkten, was den Marktpreis für Hanf ansteigen lässt. Das führt dazu, dass die landwirtschaftliche Nutzung vor allem in Gebieten mit niedrigerer Fruchtbarkeit oder extrem steilen Gebieten wie in oberen Bergtälern angekurbelt wird.

Die Agrarsubventionen des Bundes für Milch, Zuckermais und Weizen könnten zum Teil gesenkt werden, um eine bessere Verbindung zwischen den Wirtschaftssektoren zu schaffen und den Wirtschaftskreislauf zu verbessern – zum Beispiel in Bezug auf Hanf und andere Sektoren (z.B. Tourismus, Bildung, Bauwesen und Agroforstwirtschaft) sowie die Erhöhung der lokalen Beschäftigung. Die ökologischen Folgen davon sind lokale Bodenverbesserungen, verbesserte Wasserregime und eine verstärkte Kohlenstoffbindung im Sinne der Reduzierung des CO2-Ausstoßes eines Landes.

Erfahrungen mit Hanfsystemen am MonViso Institute

Am MVI erforschen wir einige der zyklischen Potenziale von Hanf und arbeiten an der Anwendung im Bereich Bildung und Kapazitätsaufbau/. Im Jahr 2017 führte die Mitbegründerin des MVI, Melanie Rottmann, Industriehanf auf dem MVI-Campus ein, der 1500 m über dem Meeresspiegel liegt. Seitdem haben wir drei Zyklen des Hanfanbaus und dessen Nutzung begleitet.

Der Hanfanbau in den Bergen ist keine triviale Aufgabe

Unser kleines Hanffeld mit einer Größe von ca. 1500m² liegt auf 1500m über dem Meeresspiegel an einem abgelegenen Südhang. Die Bodenqualität ist durch jahrzehntelange Bearbeitung von Kühen mit entsprechender Düngung im Sommer besonders reich an Stickstoff, wobei der obere Bodenhorizont mit etwa 15 cm allerdings recht dünn ist. Der jährliche Niederschlag beträgt etwa 700–1000mm, die durchschnittliche Jahrestemperatur etwa +7°C. Im ersten Jahr mussten wir mit einer Bodenfräse die dicke Grasschicht umgraben, um die Samen überhaupt einpflanzen zu können. Die Pflanzen erreichten ziemlich schnell eine Höhe von bis zu 3 Metern, wenn auch nicht wirklich in dem Teil des Feldes, wo wir unbewusst die obere Bodenschicht für die Landschaftsgestaltung eines anderen Standortes des MVI-Campus abgetragen haben. In diesem Teil, wachsen die Pflanzen auch im dritten Jahr, in dem wir am Wiederaufbau der Humusschicht des Oberbodens arbeiten, nur sehr spärlich oder gar nicht.

Wir waren wirklich erstaunt, wie schwierig es ist, Hanf auf diesem schlechten Boden anzubauen. Wir testeten zwei Hanfsorten (Carmagnola und Fedora), ohne dabei irgendwelche Unterschiede in Bezug auf den Wachstumserfolg in diesem Bereich des Bodens festgestellt zu haben. Im zweiten und dritten Jahr kam es kurz nach der Aussaat immer wieder zu extremen Hagelschauern (Ende Mai-Anfang Juni) und erneut im Juli, wodurch eine großer Teil der jungen Setzlinge beschädigt wurde. Es hat sich gezeigt, dass der Anbau von Hanf unter diesen Klima- und Bodenbedingungen gar nicht so einfach ist. Hinzu kommen immer heftigere Wetterextreme mit steigenden Temperaturen und Hagelstürmen im Sommer.

Fasern – Innovationspotenzial bei Verbundwerkstoffen

Ausgehend von unserer erfolgreichen ersten Wachstumssaison haben wir die von Hand extrahierten Fasern zur Herstellung von zyklischen Skiern verwendet. Basierend auf den Erfahrungen im ökologischen Skidesign mit dem „Grown Outdoor Creativity Lab“ und im Rahmen eines systemischen Designlabor-Lehrgangs mit Masterstudenten der Ingenieurwissenschaften an der ETH Zürich haben wir einen Freeride-Ski aus Paulownia-Holz und Hanf-Komposit gebaut, der zum Teil mit biobasiertem Epoxidharz laminiert wurde. Neben dem Hanffeld testen wir außerdem den Anbau von Paulownia-Bäumen („Aluminium aus Holz“) unter alpinen Bedingungen.

Auf der ISPO 2018 in München gewannen diese Skier zwei Designpreise. Basierend auf der Ökobilanz haben die hochleistungsfähigen Skier eine um etwa 50% reduzierte Umweltbelastung [2]. Es handelt sich dabei um eine erfolgreiche systemische Innovation, die beweist, das Hanf das Potenzial für einen leichten, hochtechnologischen und klimaneutralen sowie positiven Verbundwerkstoff besitzt, der nicht erneuerbare Materialien ersetzen kann.

Schäben und Fasern – Hanf als Baustoff und Isolationsmaterial

Das erste Haus, das wir auf dem MVI-Campus umgebaut haben, ist ein Duplex-Wohnhaus. Es handelt sich dabei um ein Passivhaus aus Holz, das 200% des verbrauchten Stroms produziert und mit zyklischen Designlösungen ausgestattet ist. Dabei haben wir getestet, ob sich Hanffasern und Schäben als Verstärkung im Fundament aus Beton bewähren und ersetzten Stahl durch erneuerbare Ressourcen, die sogar Kohlenstoff speichern können. Außerdem setzten wir  anstelle von herkömmlichem Portlandzement auf Romanzement aus Grenoble, um den CO2-Fußabdruck um 40% zu senken. Trotz der Verwendung von 10–30mm langen Fasern ließen sie sich fast nicht mit dem Zement vermischen.

Mit den Schäben klappte das ganz gut, wobei der Beton an den weichen Stellen den Druck nicht standhalten konnte. Die Flexibilität wurde erhöht, die Kompression nahm ab. Denoch haben wir die Dicke leicht erhöht und eine reine Zement-/Sand-Wasserplatte eingesetzt, die ohne Verstärkung die niedrigste graue Energie besitzt, die eine Bohle aus Beton haben kann. Die Umweltbilanz könnte noch verbessert werden, indem ein Großteil der unbenutzten Materialien durch recycelten Beton ersetzt wird.

Als zusätzliche Wärme- und Schalldämmung haben wir den Hohlraum zwischen den Holzwänden der beiden Duplexhälften mit Schäben gefüllt. Die Holzböden wurden mit Schäben und den restlichen Fasern isoliert, die wir im Fundament nicht verwenden konnten. Hanffleecestreifen dienten als schallentkoppelnde Schicht zwischen den tragenden Bodensparren und den Parkettböden in beiden Hausebenen. Der Raum zwischen den Holzfensterrahmen und den Holzwänden wurde mit Hanffasern aufgefüllt.

Als eines der weiteren wiederaufgebauten Gebäude ist die „Taverne“ ein besonders gutes Beispiel für Hanf als Baustoff. Darunter der Hanfziegelstein des Erfinders und Pioniers Werner Schönthaler.
Wir haben einen Holzofen gebaut, um Pizza und Brot zu backen. Isoliert wurde er mit einer insgesamt 20cm dicken Schicht Hanfbeton, einer Mischung aus Grenoble-Zement und Hanfschäben.

Blüten, Blätter und Samen – Hanf als Nahrungsmittel 

Wir bieten Hanfsamen als eiweißreiche Snacks an und kochen Tee aus den getrockneten Blättern und Blüten. Aus einem Teil der geernteten Blüten  extrahieren wir CBD. Außerdem mischen wir Hanfmehl aus den Samen mit Kastanienmehl, um im Holzofen daraus Piza und Brot zu backen.

Gemeinsames Lernen und teilen von Erfahrungen

Das MVI-Hanffeld ist ein wichtiges Kommunikationsmittel. Während der Anbausaison kommen Wanderer und Autos vorbei, um das große Erklärungsschild am Zaun des Campus zu lesen, worauf die rechtlichen und zyklischen Aspekte von industriellem Hanf in Englisch und Italienisch erklärt werden. Das Ganze wurde mit einem Laser in schönes Kastanienholz eingraviert. Ältere Einheimische aus dem Ort kommen total glücklich auf uns zu und erinnern sich daran, dass Hanf ein wichtiger Teil ihrer Kindheit hier in den Bergen war. Anbau und Nutzung von Hanf spielten in der Geschichte von Ostana und dem Piemont eine wichtige Rolle . Das Ostana-Museum erklärt die historische Verwendung von Hanf, und ein neuer Tourismuspfad namens „Open Book“ verbindet das Museum mit unserem Hanffeld (mittels QR-Code).

Das Hanffeld wurde als Hanflabyrinth mit einer Sitzecke in der Mitte angelegt, ideal für Besucher und Kursteilnehmer, um in die Faszination dieser alten Kulturpflanze einzutauchen. Wir hoffen allerdings auf eine bessere Anbausaison, um dieses Angebot, einschließlich eines kleinen Hanfprodukt-Pop-up-Shops, auch voll ausschöpfen zu können.

Workshops und Aussaat von Hanfsamen

Für aktuelle und zukünftige MVI-Kursangebote in Permakultur, systemischer Technik und Design, Skibau, Zirlularität und anderer Themenfelder sind das Hanffeld und die vielen Anwendungsmöglichkeiten auf dem Campus von hohem Bildungswert, um Zirkularität zu lehren und zu verstehen. So trafen sich zum Beispiel „Outdoor Futures“, ein neuer Think and Do Tank für Nachhaltigkeit der European Outdoor Group (EOG), im MVI und beteiligten sich an einem Nachmitteg an der Aussat von Hanfsamen – das Ganze war von sozialer Bedeutung, leistete einen Beitrag im lokalen Austausch und diente teilweise zum Ausgleich ihrer CO2-Reiseemissionen. Die nächste und vierte Ausgabe der MonViso Regenerative Design Talks beschäftigt sich mit dem Potenzial von Hanf als Baumaterial.

Laufende und geplante Forschungsschwerpunkte

Hanf ist eine Pflanze, die sich sehr gut für die Demonstration von Zirkularität sowie die Etablierung eines Wirtschaftskreislaufs eignet. Die Literatur beschäftigt sich mit den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Pflanze und die aktuelle Dynamik bringt neue wissenschaftliche Erkenntnisse, Illustrationen und marktfähige Produkte hervor, während es trotzdem noch viele Hürden zu nehmen gilt. Um beispielsweise zyklische Hanfsysteme anzutreiben und zu veredeln, fehlt eine skalierbare Versorgung mit qualitätskontrollierten Hanffasern für den Textil- und Bekleidungsbereich. Ebenso gibt es keine Maschinen für deren Verarbeitung. 

Die Verbundwerkstoffindustrie konzentriert sich nach wie vor weitgehend auf Glas- und Kohlefasern, wobei einige Entwicklungen bei Flachsverbundwerkstoffen – sowohl Flachs als auch Hanf – ein vielversprechendes Potenzial zur Substitution von Glas und teilweise Kohlenstoff haben. Die Landwirtschaft in den Bergregionen der Alpen ist weitgehend von Subventionen für Milchvieh abhängig, was zu höheren Methanemissionen, Stickstoffanstau und Erosion führt. Hanf könnte auch hier eine systemische Innovation darstellen, die „extreme“ Berghänge für den Hanfanbau lohnenswert macht und gleichzeitig öffentliche Subventionen zur Förderung regionaler Lieferketten fördert. Dennoch fehlen uns Daten über das insgesamt skalierbare Wachstum, das Marktpotenzial von Hanf sowie über Zirkulationseffekte zwischen städtischen Märkten, alpinen Einnahmen und Raumentwicklung. 

Es gibt zum Beispiel keine räumliche Modellierungsdaten für Hanf als wichtige Nutzpflanze; wir wissen nicht genug über die lokale und touristische Akzeptanz von Hanf als Teil der Landschaft. Der systemische relationale Wert einer hanfgesteuerten zyklischen Bio-Wirtschaft ist noch nicht entwickelt und quantifiziert, weder auf lokaler, regionaler und globaler Ebene, noch zwischen den Bergregionen als traditionelle Anbaugebiete und städtischen Gebieten als neue High-Tech-Märkte. 

Weitere Untersuchungen beschäftigen sich mit der Entwicklung konkreter Ressourcen- und Finanzfußabdrücke für Entwicklungsszenarien sowie der Unterstützung aus der Politik für den Übergang von der traditionellen Nutzung, der rechtlichen Aufgabe und dem Zukunftspotenzial für die Inkubation einer stärker vernetzten, zyklischen und biologischen Wirtschaft auf Hanfbasis. Das Innovationspotenzial dieser Forschung führt zur Verbesserung des wirtschaftlichen und sozialen Wohlstandes, insbesondere in oft vernachlässigten und abgelegenen Berggemeinden und Tälern sowie zur ökologisch verbesserten Landschaftspflege und leistet einen wichtigen Beitrag zur allgemeinen Verringerung des CO2-Fußabdrucks ganzer Volkswirtschaften.

Quellen

[1] Luthe, T. et al. Systemic design of sustainability transitions: The MonViso Institute Real-World Mountain Laboratory. In review.

[2] Luthe, T. et al. Regenerative design of hemp composites: engineering for circularity in mountain economies. In review.

Pervaiz M. and M. M. Sain. 2003. Carbon storage potential in natural fiber composites. Resources, Conservation and Recycling 39(4):325-340. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(02)00173-8.

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