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Warum Hanf das Potenzial hat, den Einsatz von Kunststoffen zu revolutionieren

Zugegeben, bei diesem Produkt würde man normalerweise nicht an den Einsatz von Nutzhanf denken: Ein Kunststoffkoffer. Dabei ist es nur eines von vielen Produkten, das die schwedische Firma Trifilon mithilfe eines hochtechnologischen Bioverbundwerkstoffes herstellt, wobei Hanffasern als Verstärkungsmittel dienen. Die vielfältigen und umfangreichen Einsatzmöglichkeiten der entwickelten Technologie verhalfen dem Start-Up bei den vom Nova Institut veranstalteten 16. European Industrial Hemp Association Awards zum Gewinn der Auszeichnung für die Hanf-Produktinnovation des Jahres 2018. In Zukunft könnten aus Hanffasern Klimaanlagen, Staubsauger, Beleuchtungskörper, Fahrzeuge, Spielzeug, Lappen, Eimer, Kleiderbügel, Strandkörbe und vieles mehr entstehen.


Neue Anforderungen an Materialien

Um zu verstehen, warum man Hanf überhaupt für den Einsatz in Kunststoffprodukten in Betracht ziehen sollte, muss man ein Problem vieler Hersteller beachten, das bei der Produktion manchmal auftritt. Angenommen, man plant das Design und den Verkauf von Kunststoffkoffern und entschiedet sich dafür, zwei Modelle zu testen: Ein Koffer hat eine dünne Kunststoffhülle. Die Hülle des zweiten Koffers ist wesentlich dicker. Für den Test gibt man in jedes Gepäckstück ein Baiser und bittet einen Reisenden, es unversehrt zu seiner Großmutter zu bringen. Im ersten Modell geht das Gebäck kaputt, weil die dünne Schale während der Reise zu leicht nachgibt. Modell zwei, die dicke Version, schützt das Baiser. Am Ziel angekommen hat der Reisenden jedoch nicht mehr genügend Kraft, um seine Großmutter mit einer festen Umarmung zu begrüßen. Der Koffer ist schlichtweg zu schwer.

Das ideale Kofferdesign hätte das Gewicht des Dünnschalenmodells und ist so robust wie das Modell mit der dicken Hülle. Wie löst man dieses Problem?

Das Problem vereinfacht komplexe Kompromisse, mit denen Materialingenieure bei der Produktentwicklung konfrontiert sind. Es gibt mehrere Gründe, warum der Einsatz von Hanf diese Misere vereinfacht. Zum einen gibt es viele unterschiedliche Arten von Kunststoffen mit vielfältigeren Materialeigenschaften als „leicht“ oder „hart“. Ein weiterer Grund ist, dass eine sehr wichtige Variable bisher außer acht gelassen wurde – die Kosten. Durch logisches Denken versteht man allerdings, warum es Sinn macht, die Eigenschaften des Ausgangsmaterials mithilfe eines weiteren Inhaltsstoffes zu verändern. Durch die Verstärkung von Kunststoff können die Vorteile des Materials beibehalten werden – er kann leicht in bestimmte Formen gegossen werden und ist zum Beispiel relativ günstig und langlebig. Der zur Verstärkung hinzugefügte Stoff  kann jedoch die Materialeigenschaften eines bestimmten Produkts verändern. In unserem Beispiel mit einer verstärkten dünnen Kunststoffschale wäre der Koffer stabil, aber dennoch leicht. Das bedeutet, Großmutter bekommt das Baiser und eine Umarmung.

Die Verstärkung von Materialien ist nichts Neues. Es gibt zwei bekannte Arten von Verstärkungstechnologien, von denen man schon einmal etwas gehört haben könnte. Bei „Fiberglas“ und „Kohlefaser“ werden Glas- und Kohlefasern für die Produktion von robusten aber dennoch leichten Gegenständen mit Polymeren vermischt. Aus Fiberglas entstehen beispielsweise Kanus und kommunale Abfalltonnen. Kohlefasern, die noch stärker und leichter sind, werden in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie eingesetzt. Oder für teure Kanus verwendet.

Hersteller geben ihr Bestes, um optimale Möglichkeiten für Mischung und Verwendung von Materialien unter bestimmten Bedingungen zu finden. Welche Eigenschaften sollte ein Produkt haben, damit Kunden es kaufen wollen? Wie hoch dürfen die Produktionskosten sein? Wie einfach lassen sich die Materialien beschaffen? Wie viel darf das Produkt kosten? Wie sollte das Produkt aussehen?

Es gibt eine weitere Bedingung, die immer wichtiger wird und Unternehmen wie Trifilon, dessen Geschäft „grünere Kunststoffe“ sind, eine Existenzberechtigung gibt. Diese Bedingung ist Nachhaltigkeit. Welche Auswirkungen haben die Inhaltsstoffe eines Produkts auf den Planeten? Wo kommen sie her? Wie viel Energie wurde in die Herstellung gesteckt? Sind sie bei der Anwendung giftig? Ist die Entsorgung womöglich umweltschädlich? Aus Gründen, die man als Leser dieses Magazins vielleicht schon kennt, gibt es Produktionsbedingungen – Nachhaltigkeit -, die Hanf zu einem interessanten Material machen, das es unbedingt zu berücksichtigen gilt.

Pflanzen mit Potenzial und Problemen

Im Jahr 2006 versuchten zwei Forscher der Universität Linköping in Schweden, eine Frage zu beantworten: Wie gelingt die Herstellung eines robusten und leichten Materials, wie Kohlefaser, das aber einfacher hergestellt und recycelt werden kann? Obwohl wir angedeutet haben, dass Kohlefaser außergewöhnliche mechanische Eigenschaften aufweist, ist die Produktion noch sehr energieaufwendig und das Material lässt sich nur schwer wiederverwenden.

Die Forscher fanden eine Antwort in Hanffasern, die zu den stärksten Pflanzenmaterialien gehören, die wir kennen. Hanfpflanzen werden hoch und dünn (im Gegensatz zum breiten Wachstum von Bäumen) und sind reich an Bastfasern, die der Länge nach äußerst robust, aber dennoch flexibel sind. Sie sorgen zum Beispiel dafür, dass die dünnen Stängel bei starkem Wind nicht abbrechen. Da Hanffasern dünn und dennoch stabil sind, eignen sie sich ideal für die Verstärkung von Polymeren.

Wenn man ein paar Hanffasern einfach in einen Behälter mit geschmolzenem Kunststoff streuen könnte, dann könnte man denken, dass die Entdeckung der Forscher nicht sonderlich bahnbrechend ist. Natürlich ist es nicht so einfach. Betrachtet man Glas- und Karbonfasern, handelt es sich dabei um künstliche Produkte, bei denen Variablen und Inputs gesteuert werden können. Die Verbindung von Fasern aus einem lebenden Organismus mit Polymeren, um daraus etwas herzustellen, birgt allerdings eine Reihe chemischer und logistischer Herausforderungen. Variablen wie Zeitpunkt und Ort der Ernte, Dauer und Art der Verarbeitung sowie Lagerung beeinflussen die kleinen Fasern, aus denen später ein Kunststoffkoffer entstehen soll. Und dennoch sollte jeder Koffer dieselben Eigenschaften haben und gleich aussehen.

„Bioverbundwerkstoffe“ kombinieren etwas Biologisches – wie Sägemehl – mit etwas Künstlichem – wie Kunststoffen, die man schmelzen und in Form bringen kann. Die Technologie zur Kombination von Pflanzenstoffen und Kunststoffen gibt es bereits seit Jahrzehnten. Normalerweise werden Pflanzen für die Produktion verwendet, weil sich dadurch Produktionskosten senken lassen. Ein Beispiel dafür ist Terrassenmaterial aus Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (WPCs). In Bezug auf die Eigenschaften muss ein Bodenbelag einfach nur ein bestimmtes Gewicht tragen, damit man darauf stehen bzw. gehen kann. Sägemehl oder Holzfasern würden diese Eigenschaften nicht unbedingt verbessern. Wenn ein Sägewerk viel überschüssiges Sägemehl hat, macht es jedoch Sinn, einen neuen gewinnbringenden Zweck dafür ihn zu finden, anstatt es einfach zu entsorgen.

Die Technologie hinter dem Biokomposit von Trifilon steht für etwas anderes und Neuartiges. Man beachte, dass die Forscher Hanf nur zur Lösung eines Anwendungsproblems betrachtet haben, um die Produktion gleichzeitig nachhaltiger zu machen und die Eigenschaften des Endmaterials für eine bestimmte Anwendung zu verbessern. Dafür muss man die Variablen kennen, die der lebende Organismus Cannabis Sativa für die Produktion von Fasern benötigt. Außerdem muss man wissen, wie man die Fasern am besten auf ihre Bindung mit den Kunststoffmolekülen vorbereitet. 

In Forschungslabors kann vieles umgesetzt werden, was in der freien Wirtschaft nicht möglich ist. Die Mitbegründer von Trifilon, Martin Lidstrand und Jeremiah Dutton, erkannten jedoch das Potenzial für die Entwicklung von Herstellungsverfahren für konstante Hochleistungs-Verbundwerkstoffe. Durch systematisches Ausprobieren fanden sie einen Weg für die Beschaffung, und Behandlung von Hanfpflanzen sowie für die Vorbereitung zur Weiterverarbeitung. Dieses Wissen ist in Sachen Produktion etwas völlig Neues, weil Polymere dadurch verstärkt und die Nachhaltigkeit verbessert wird.

Trifilons Interesse an Hanf entstand also nicht aus Liebe zu Cannabis Sativa und auch nicht aus reiner Profitgier (Trifilon besitzt keine Hanfplantage). Unter speziellen Gesichtspunkten ist Hanf schlichtweg die Lösung für ein materielles Problem.

Von Autos zu Koffern

Da die Technologie ursprünglich als Alternative zu Kohlefasern gedacht war, begannen die Mitbegründer Automobilunternehmen als mögliche Interessenten zu suchen. Als Lidstrand und Dutton sich allerdings mit Menschen aus dem Kunststoffgewerbe trafen – Produktdesignern, Werkstofftechnikern, Marketing Unternehmen und Spritzgußherstellern – erkannten sie, dass ihre Technologie auch weit außerhalb der Automobilindustrie Anwendung finden kann. So erkannten sie, dass viele europäische Verbraucher (vor allem in Skandinavien) bei allen möglichen Produkten nach „ökologischen“ Alternativen suchen. Dabei aber in Sachen Leistung keine Abstriche machen wollen. Ein Hochleistungs-Bioverbundwerkstoff schien daher für viele Anwendungsgebiete eine gute Lösung zu sein.

Die Mitbegründer von Trifilon stießen aber auch auf etwas Unerwartetes. Sie hörten, dass viele Menschen in Unternehmen, die reine Kunststoffe verwenden, umweltfreundlichere Produkte entwickeln wollen. Und das nicht nur oberflächlich, sondern auf tiefgreifende und dauerhafte Art und Weise, die sich zum Beispiel in einer Reduzierung des CO2-Fußabdrucks niederschlägt. Die Bioverbundwerkstoffe von Trifilon sind nicht nur interessant, weil Kunststoffe dadurch auf umweltfreundlichere Weise verstärkt werden oder Glas- und Kohlefaserkunststoffe ersetzt werden können. Sie sind auch eine Alternative zu reinen Kunststoffen.

Die Partner sammelten Investitionsgelder und eröffneten 2018 ein kommerzielles Werk in Nyköping. Der erste Kunde, EPIC Travelgear, produzierte den weltweit ersten Koffer aus Hanffaser-Biokomposit.

Hanf, Kunststoffe und die Zukunft

Den eigentlichen Vorteil haben wir noch gar nicht erwähnt. Heutzutage stehen Kunststoffe im Mittelpunkt der Umweltdebatte. Und es stimmt, dass die Art und Weise, wie wir Kunststoffe herstellen, verwenden und entsorgen, ineffizient, nicht nachhaltig, manchmal giftig und möglicherweise leichtsinnig ist, weil wir nicht wissen, welche Auswirkungen sie auf zukünftige Generationen haben werden. Es handelt sich dabei um eine komplexe und andauernde Debatte, die an anderer Stelle nachgelesen werden kann und sollte. Es gibt aber ein Hauptproblem: Die meisten (nicht alle) Kunststoffe werden durch chemische Prozesse hergestellt, die mit der Produktion fossiler Brennstoffe verbunden sind. Computer, Spielzeuge, Shampooflaschen und Toaster haben ihre Produktionswurzeln in der Gewinnung fossiler Brennstoffe. Also fragen sich manche Menschen, warum wir nicht an einer Welt ohne Kunststoffe arbeiten?

Es ist schwierig, sich unsere heutige Welt ohne Autos, Kaffeemaschinen, Mobiltelefone, Wasserleitungen und Babyhochstühle vorzustellen und das sind nur ein paar Beispiele. Die meisten Lebensstile der westlichen Welt erfordern derzeit, dass Hersteller Produkte entwickeln, die Probleme für Menschen lösen. Kunststoffe sind langlebig, formbar und günstig. Sie lösen viele Probleme von Herstellern, die Probleme für Menschen lösen. Also wird es manche Werkstoffe in diesem vielfältigen Universum von Materialien wahrscheinlich auch in Zukunft noch geben.

Es gibt jedoch Bemühungen, die Dinge zu verbessern. Bei der Verwendung von Agrarfasern, wie zum Beispiel Hanf, in einem Material-Inhaltsstoffgemisch sind keine chemischen Prozesse nötig (wie zum Beispiel bei der Herstellung von Glasfasern). Darüber hinaus senkt der Einsatz von Hanf den CO2-Fußabdruck des hergestellten Produkts. Das liegt hauptsächlich an der Sequestrierung, weil Hanfpflanzen in ihren Pflanzenzellen während des Wachstums Kohlenstoff speichern. Und weil Hanf so schnell wächst, ist er ziemlich gut im Speichern von Kohlenstoff. Hanffelder sind zwar nicht besser als Wälder, aber weitaus nützlicher als gepflasterte Flächen für Glasfaserfabriken.

Hanfpflanzen sind widerstandsfähig und vielseitig, was bedeutet, dass sie im Umkreis der Produktionsstätten angebaut werden können. Außerdem konkurrieren sie nicht mit Nahrungspflanzen. Tatsächlich können einige Sorten sowohl Fasern als auch Samen produzieren, die für die Produktion von Nahrungsmitteln, Kosmetika und Ölen verwendet werden können. Während sich also die materiellen Probleme, die Trifilon zum Einsatz von Hanf geführt haben, in 20 Jahren ändern könnten, muss man diese Art der Agrarindustrie dennoch unterstützen.

Und wie kommen wir ins gelobte Land? Wie produzieren wir einen Koffer, der zu 100% aus nachwachsenden Rohstoffen besteht, 100% leistungsstark ist und zu 100% wiederverwendet oder effizient entsorgt werden kann? Hanf ist vielleicht nicht die Lösung aller Probleme, aber zumindest ein guter Anfang.

Unser Unternehmen hat herausgefunden, wie man mit Fasern arbeitet. Und das eröffnet neue Wege im Bezug auf die Hanfindustrie und Produktion im Allgemeinen. Wir führen Gespräche mit großen, erstklassigen Marken. Es handelt sich dabei nicht um Hanftechnologie für einen kleinen Laden an der Ecke. Wir arbeiten an etwas viel Größerem.

Martin Lidstrand, Geschäftsführer von Trifilon

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