Промышленная конопля

<час />

Фон

Конопля - это особая разновидность растений Cannabis sativa L. который вырастает до высоты от 4-15 футов (1,2-4,5 м) и до 0,75 дюйма (2 см) в диаметре. Растение состоит из внутреннего слоя, называемого сердцевиной, окруженного древесными сердцевинными волокнами, которые часто называют препятствиями. Лубяные волокна образуют внешний слой. Первичное лубяное волокно прикреплено к сердцевинному волокну пектином - клеем. Первичные волокна используются для производства текстильных изделий, веревок и тонкой бумаги. Древесное сердцевинное волокно используется для изготовления подстилки для животных, садовой мульчи, топлива и различных строительных материалов.

Из-за схожей формы листьев коноплю часто путают с марихуаной, другим растением каннабиса. Основное различие заключается в их содержании тетрагидроканнабинола (THC), ингредиента, который дает кайф при курении. Марихуана может содержать до 20% ТГК по сравнению с менее 1% для промышленной конопли. Несмотря на это различие, некоторые страны не хотят легализовать выращивание конопли (особенно США), поскольку есть опасения, что это затруднит контроль за использованием препарата. У большинства сортов конопли также есть полый стебель с очень высоким содержанием клетчатки (35%), в отличие от сортов марихуаны, у которых обычно твердый стебель с низким содержанием клетчатки (15%).

Канада - одна из стран, в которой конопля легализована, хотя и с некоторыми ограничениями. Максимально допустимая концентрация ТГК составляет 0,3%, и все фермеры, выращивающие коноплю, должны пройти проверку на наличие судимости, а также получить лицензию от Министерства здравоохранения Канады. Несмотря на эти ограничения, производство конопли увеличилось втрое всего за год:с 6 175 акров (61,75 га), собранных в 1998 году, до почти 20 000 акров (200 га) в 1999 году. Более 95% площадей, выращенных в 1999 году в Канаде, предназначались для зерно конопли.

Фермеры, выращивающие коноплю, утверждают, что это прекрасная севооборотная культура, которой можно заменить практически любой урожай. Он растет без применения пестицидов и хорошо аэрирует почву. По одной оценке, в расчете на акр конопля приносит фермерам больший доход (250–300 долларов), чем кукуруза или соевые бобы (100–200 долларов). Для выращивания полного урожая конопли требуется всего 90 дней, что дает в четыре раза больше бумаги на акр по сравнению с аналогичным 20-летним периодом с деревьями красного дерева на северо-западе США. Однако есть и другие разновидности деревьев, которые дают в два-три раза больше урожая, чем конопля.

Сторонники конопли утверждают, что ее можно использовать в 25 000 различных продуктов, от одежды до продуктов питания и туалетных принадлежностей. До девятнадцатого века конопля использовалась для изготовления 90% парусных парусных судов, такелажа и сетей (и, таким образом, она была необходимой культурой в американских колониях). Сегодня конопляное волокно используется в качестве замены стекловолокну в автомобильных компонентах и ​​превращается в ткань для оформления окон, штор для душа и обивки. Китай является крупнейшим в мире производителем ткани из конопли, тогда как Индия производит больше всего конопли в целом.

Другие продукты, изготовленные из волокна конопли, включают:изоляцию, ДСП, ДВП, веревку, шпагат, пряжу, газетную бумагу, картон, бумагу, подстилку для конюшен и компост. Было обнаружено, что подстилка из конопли превосходит солому и другие материалы для конюшен в уменьшении запаха аммиака. Семена конопли используются для производства метанола и топочного масла, салатного масла, фармацевтических препаратов, мыла, краски и чернил.

В настоящее время 32 страны, включая Канаду, Великобританию, Францию ​​и Китай, позволяют фермерам выращивать промышленную коноплю. Текущий рынок сбыта и экспорта конопли в Северной Америке оценивается в 50-100 миллионов долларов в год. Импорт промышленных тканей из конопли в Соединенные Штаты составил 2,9 миллиона долларов в 1997 году. Объем импорта подскочил примерно до 40 миллионов долларов с учетом других товаров, таких как бумага, шампунь и масло. Использование конопли в текстиле составляет 5% всей продукции из конопли, производимой в Канаде.

История

Конопля была первым растением, которое начали выращивать в домашних условиях около 8000 г. до н. Э. в Месопотамии (современная Турция). Конопля выращивалась для производства клетчатки и продуктов питания. Зарегистрировано, что его собирали в Центральной Азии около 6500 <малых> до н. Э. Несколько веков спустя в Китае начали выращивать коноплю как культурную культуру, а затем использовали ее в медицине. К 2700 <малому> году до н. Э. , Ближний Восток, Африка и большая часть Азии использовали коноплю для изготовления тканей, веревок, лекарств и продуктов питания. Конопля была завезена в Европу 400 лет спустя. Самый старый из сохранившихся листов бумаги - 100% пергамент из китайской конопли - датирован 770 годом нашей эры.

С 1000 <малого> до н. Э. до девятнадцатого века конопля была самой крупной сельскохозяйственной культурой в мире, где она также использовалась для производства бумаги и лампового масла. В этот период было выпущено несколько известных книг, в том числе Библия и Алиса в стране чудес . были напечатаны на бумаге из конопли, а несколько известных художников рисовали на холсте из конопли. Первый урожай в Северной Америке был посажен французским ботаником в Новой Шотландии в 1606 году. Томас Джефферсон составил Декларацию независимости Соединенных Штатов на бумаге из конопли и выращивал коноплю самостоятельно. Двумя веками позже Соединенные Штаты и Канада прекратили выращивание каннабиса в 1937 году, приняв Закон о налоге на марихуану (который вводил налог в размере одного доллара за унцию для всех производителей конопли), который позже был отменен во время Второй мировой войны.

Мировое производство конопли снижается с 1960-х годов с более чем 300 000 коротких тонн (272 160 тонн) волокна и жгута конопли в 1961 году до 69 000 коротких тонн (62 597 тонн) в 1997 году. На долю Китая приходится 36% этого производства и 73% всего объема производства. производство зерна. Это снизилось с 80 000 до 37 000 коротких тонн (с 72 576 до 33 566 т) за тот же период. Примерно в 1994 году было 23 бумажных фабрики, использующих конопляное волокно, с оценкой мирового производства 12 000 коротких тонн (10 886 т) в год. Большинство этих фабрик располагалось в Китае и Индии и производило бумагу для печати и письма. Другие производили специальную бумагу, в том числе сигаретную. Средний целлюлозно-бумажный комбинат из конопли производит около 5000 коротких тонн (4536 т) в год, по сравнению с целлюлозными заводами по производству 250 000 коротких тонн (226 800 т) в год.

Однако за последнее десятилетие количество компаний, торгующих и производящих продукты из конопли, резко увеличилось. Рынок Северной Америки все еще находится в зачаточном состоянии, поскольку Канада только что легализовала производство и продажу конопли в 1998 году. Тесты по выращиванию конопли в Соединенных Штатах начались годом позже, хотя коммерческое выращивание конопли по-прежнему является незаконным.

Сырье

При переработке волокна используется мало химикатов, если они вообще используются. Однако волокно может быть смешано с другими материалами, такими как синтетические волокна или смолы в качестве связующих, в зависимости от производимого конечного продукта. Для изготовления бумаги вода и химические вещества (гидроксид натрия или соединения серы) смешиваются с волокнами, чтобы удалить природные компоненты клея.

Производственный процесс

Выращивание и сбор урожая

Конопля - однолетнее растение, которое вырастает из семян. Он растет на различных почвах, но лучше всего растет на земле, которая дает высокие урожаи кукурузы. Почва должна быть хорошо дренированной, богатой азотом и некислой. Конопля предпочитает мягкий климат, влажную атмосферу и количество осадков не менее 25-30 дюймов (64-76 см) в год. Температура почвы должна достигать минимум 42-46 ° F (5,5-7,7 ° C), прежде чем семена можно будет посадить.

• 1 Урожай готов к сбору высококачественного волокна, когда растения начинают сбрасывать пыльцу, в середине августа для Северной Америки. Сбор семян происходит через четыре-шесть недель. Волокнистая конопля обычно готова к уборке через 70-90 дней после посева. Применяется специальный станок с рядами независимых зубьев и измельчитель. Для заготовки конопли для текстиля потребуется специализированное режущее оборудование. Комбайны используются для уборки урожая Пример волокон конопли и конопли. зерна, которые модифицированы, чтобы избежать зацепления деталей машин с лубяными волокнами.
• 2 После срезания стеблей дают возможность замачиваться (удаление пектина [связующего вещества] естественным воздействием окружающей среды) в поле в течение четырех-шести недель - в зависимости от погоды - для разрыхления волокон. Пока стебли лежат в поле, большая часть питательных веществ, извлекаемых растением, возвращается в почву по мере разложения листьев. Стебли несколько раз переворачивают с помощью специальной машины для равномерного вымачивания, а затем прессуют в тюки с помощью имеющейся сеноуборочной техники. Тюки хранят в сухих местах, включая сараи, сараи или другие крытые хранилища. Влажность стеблей конопли не должна превышать 15%. При посадке на волокно урожайность колеблется от 2-6 коротких тонн (1,8-5,4 т) сухих стеблей с акра или от 3-5 коротких тонн (2,7-4,5 т) стеблей конопли в тюках с акра в Канаде.

Переработка зерна

• 3 Семена конопли необходимо тщательно очистить и высушить перед хранением. Экстракция масла обычно происходит с использованием механического вытеснительного пресса в атмосфере азота, также известного как механическое холодное прессование. Защита от кислорода, света и тепла имеет решающее значение для получения вкусного масла с приемлемым сроком хранения. Также появляются методы экстракции растворителем для удаления масла, поскольку они позволяют достичь более высоких выходов. В таких методах в качестве растворителя используют гексан, жидкую двуокись углерода или этанол. Производителям косметики могут потребоваться этапы очистки и дезодорации.
• 4 Может потребоваться этап шелушения, на котором с помощью измельчителя удаляется хрустящая корка семян. Для надлежащей очистки семян от остатков корпуса могут потребоваться модификации существующего оборудования.

Обработка волокна

• 5 Чтобы отделить древесную сердцевину от лубяного волокна, используется последовательность валков (отбойных молотков) или молотковая мельница. Затем лубяное волокно очищается и кардуется до желаемого содержания сердцевины и тонкости, иногда с последующей резкой по размеру и тюкованием. После очистки и кардочесания часто требуются второстепенные действия. К ним относятся матирование для производства нетканых матов и нетканых материалов, варка целлюлозы (разрушение пучков волокон химическими и физическими методами для производства волокон для изготовления бумаги) и паровой взрыв, химическое удаление природных связующих для производства ткацкого волокна. . Полные технологические линии для волокна конопли имеют производительность от 2 до 8 коротких тонн в час (1,8-7,2 т / час).

Упаковка

• 6 Первичное волокно спрессовано в сильно сжатый тюк, аналогичный другим волокнам, таким как хлопок, шерсть и полиэстер. Другие продукты, например подстилки для лошадей, упаковываются в прессованные тюки.

Изготовление бумаги

• 7 Лубяные волокна обычно используются в бумаге, которую помещают в сферический резервуар, называемый варочным котлом, с водой и химикатами. Эту смесь нагревают до восьми часов при повышенной температуре и давлении до тех пор, пока все волокна не отделятся друг от друга. Промывка избытком воды удаляет химические вещества и извлеченные связующие компоненты (пектин). Затем чистые волокна подают в машину, называемую взбивателем Холландера, которая состоит из большой ванны, оснащенной колесом, вращающимся вокруг горизонтальной оси. Эта стадия взбивания, которая длится до 12 часов, разрезает волокна на желаемую длину и обеспечивает необходимую шероховатость поверхности для надлежащего склеивания. На этом этапе иногда добавляют отбеливающие вещества или в отдельные резервуары с волокнами. Затем отбеленную целлюлозу перекачивают в бумагоделательную машину или прессуют до сухости, подходящей для транспортировки на бумажную фабрику в другом месте.

Контроль качества

Волокна конопли проверяются на прочность на разрыв, тонкость (диаметр волокна), и цвет записывается. Содержание влаги регистрируется на каждом этапе выращивания и производства. Содержание ТГК в растении также постоянно проверяется, чтобы убедиться, что уровень не превышает отметки 0,3%. Все еще проводятся исследования воздействия конопли на промышленность. Установленные стандарты постоянно меняются и меняются.

Побочные продукты / отходы

Неиспользованная собранная конопля сжигается. Во время обработки волокна сердцевина волокна сохраняется и обычно используется для изготовления бумаги, подстилки для лошадей или строительных материалов. Большинство производителей конопли перерабатывают сердцевинное волокно, удаляя пыль, затем прессуя и упаковывая. Из пыли можно прессовать гранулы, используемые в качестве топлива. Грязь и мелкие стружки сердцевины также используются в качестве почвенной добавки с высоким содержанием питательных веществ.

Будущее

Там, где это разрешено, промышленность конопли растет со скоростью 20% в год. Другие возможные варианты использования находятся в стадии разработки. Например, мука из конопли продемонстрировала, что ее можно использовать в качестве пищевого ингредиента для аквакультурных хозяйств, особенно для пресноводных рыб и креветок. Даже пиво из конопли вышло на канадский рынок, хотя ожидается, что оно останется небольшой частью продаж пива. Также исследуются композиционные материалы для строительной индустрии.

Использование конопли в качестве источника пищи может стать самым большим применением, поскольку семена конопли имеют большую питательную ценность. Семена содержат незаменимые жирные кислоты, белок, кальций, железо, цинк и витамины B, C и E. Из семян конопли можно делать масло или муку, а также их можно есть целиком, так как они по вкусу похожи на кедровые орехи или семена подсолнечника. .

Перспективы конопли в Соединенных Штатах неясны, поскольку ее выращивание по-прежнему незаконно. В 1998 году 10 штатов приняли закон, разрешающий выращивать коноплю в исследовательских целях - Арканзас, Калифорния, Гавайи, Иллинойс, Миннесота, Монтана, Нью-Мексико, Северная Дакота и Вирджиния, - и ряд других штатов рассматривают его. Однако федеральный закон по-прежнему запрещает выращивание промышленной конопли. Агентству по борьбе с наркотиками придется передумать, прежде чем в Соединенных Штатах появится какой-либо рынок. Как только это произойдет, конопля может стать урожаем на миллиард долларов при наличии достаточных инвестиций и интереса, конкурентоспособных цен и возможности производства высококачественной продукции. Технологию переработки также необходимо модернизировать для получения продуктов с более высокой добавленной стоимостью.