Индустриальная конопля: применение, производство и перспективы

Ботаника и отличие от марихуаны

Индустриальная конопля — отдельный сорт *Cannabis sativa L.*, обычно достигающий 1,2–4,5 м (4–15 футов) в высоту и до 2 см (0,75 дюйма) в диаметре. Стебель состоит из внутренней сердцевины, древесного сердечкового волокна (хурд) и внешнего слоя бастовых волокон. Бастовые волокна ценятся для текстиля, канатов и тонкой бумаги, а сердечковые — для подстилки животных, мульчи, топлива и строительных материалов.

Поскольку конопля имеет форму листа, похожую на марихуану, её часто путают с ней. Ключевое различие — тетрагидроканнабинол (ТГК): в промышленной конопле менее 1% ТГК, тогда как в марихуане до 20%. Многие страны, включая США, исторически осторожны к легализации выращивания конопли из-за опасений размывания границы между промышленным и психоактивным каннабисом.

Канада легализовала коноплю под строгими регуляциями. Фермеры должны пройти проверку судимостей и получить лицензию от Health Canada, а максимальная концентрация ТГК ограничена 0,3%. Несмотря на контроль, канадское производство конопли утроилось за год, с 6175 акров (250 га) в 1998 до почти 20 000 акров (809 га) в 1999, с более 95% площади под зерно конопли.

Пропоненты подчёркивают агрономические преимущества: универсальная 문화 смены, не требующая пестицидов, улучшающая аэрацию почвы и дающая доход $250–300 за акр — примерно в 1,5–2 раза выше кукурузы или сои. Конопля созревает за ~90 дней, давая в 4 раза больше бумаги на акр, чем секвойи за 20 лет, хотя некоторые породы деревьев превосходят её в 2–3 раза.

Заявительно конопля может дать 25 000 различных продуктов — от одежды и еды до туалетных принадлежностей. Исторически конопля доминировала в парусном и ригельном деле XIX века и остаётся основным текстильным волокном. Сегодня Китай лидирует в производстве конопляной ткани, а Индия — крупнейший общий производитель конопли.

Другие дериваты: утеплители, ДСП, ДВП, веревки, шпагат, пряжа, газетная бумага, картон, конская подстилка, компост. Конопляная подстилка показывает лучшее снижение аммиачного запаха, чем солома. Семена конопли перерабатывают в метанол, отопительное масло, салатное масло, фармацевтику, мыло, краску, чернила.

В настоящее время 32 страны — включая Канаду, Великобританию, Францию и Китай — разрешают промышленное выращивание конопли. В Северной Америке внутренний рынок оценивается в $50–100 млн в год, импорт тканей из конопли в США составил $2,9 млн в 1997 и расширился до $40 млн с учётом шире продуктов. Текстиль из конопли составляет 5% канадского выхода.

История

Конопля — первое растение, одомашненное для волокна и пищи, с доказательствами культивирования от 8000 г. до н.э. в Месопотамии (современная Турция). Распростилась в Центральную Азию к 6500 г. до н.э., затем в Китай, где обрела медицинское применение. К 2700 г. до н.э. конопля была неотъемлема для ткани, веревок, медицины и пищи на Ближнем Востоке, в Африке и по большей части Азии. Европа получила коноплю примерно на 400 лет позже. Старейшая сохранившаяся бумага — 100% китайский конопляной пергамент — датируется 770 г. н.э.

С 1000 г. до н.э. по XIX век конопля доминировала в мировом земледелии, поставляя бумагу и ламповое масло. Иконические тексты вроде Библии и «Алисы в Стране чудес» печатались на конопляной бумаге; известные художники писали на конопляном холсте. В Северной Америке первая конопляная культура появилась в Новой Шотландии в 1606 году, а Томас Джефферсон написал Декларацию независимости на конопляной бумаге.

В 1937 году США и Канада остановили выращивание каннабиса под Законом о налоге на марихуану, налагая доллар за унцию налога на производителей конопли — ограничение снято во Вторую мировую для поддержки военной нужды.

Глобальное производство конопли снизилось с 300 000 шорт-тонн (272 160 т) в 1961 до 69 000 шорт-тонн (62 597 т) в 1997. Китай остаётся крупнейшим производителем, давая 36% глобального волокна и 73% зерна. В начале 1990-х 23 бумажных завода — преимущественно в Китае и Индии — перерабатывали 12 000 шорт-тонн (10 886 т) конопляной целлюлозы в год, производя специальные бумаги вроде сигаретной.

В последние годы число компаний, производящих конопляные продукты, взлетело. Канада легализовала производство и продажу конопли в 1998, в то время как коммерческое выращивание в США остаётся запрещённым, хотя исследовательские испытания начались.

Сырьё

Переработка конопляного волокна требует минимальных химикатов. Волокна могут смешиваться с синтетическими волокнами или смолами в зависимости от конечного применения. Для бумагодела используют воду и химикаты вроде гидроксида натрия или сернистых соединений для удаления натуральных связующих агентов.

Производственный процесс

Культивирование и уборка

Конопля — однолетняя культура, процветающая на почвах, подобных кукурузным: хорошо дренированных, азотных, некислых. Оптимальные условия: мягкий климат, высокая влажность, 64–76 см (25–30 дюймов) осадков в год. Температура почвы выше 5,5–7,7 °C (42–46 °F) требуется перед посевом.

• 1. Качество волокна пикует при начале опыления, обычно середина августа в Северной Америке. Уборка семян через 4–6 недель. Волокна готовы к уборке 70–90 дней после посева. Специализированная техника — рядовой рубки или модифицированный комбайн — обеспечивает эффективную экстракцию волокон.
• 2. После скашивания стебли проходят мокривание — естественный процесс разрушения пектина, ослабляющий волокна. Мокривание длится 4–6 недель, за время которого питательные вещества возвращаются в почву при разложении листьев. Стебли периодически переворачивают и прессуют стандартным сенокосным оборудованием. Хранятся прессованные стволы при влажности ниже 15%. Урожайность 1,8–5,4 т сухих стеблей на акр, или 2,7–4,5 т прессованных стеблей на акр в Канаде.

Переработка зерна

• 3. Семена конопли должны быть очищены и сушены перед хранением. Экстракция масла обычно использует механический пресс-экструдер под азотной атмосферой — холодное прессование — для сохранения вкуса и срока хранения. Новые растворительные методы (гексан, жидкий CO₂, этанол) дают более высокий выход, но требуют тщательной рафинировки и дезодорации для косметического использования.
• 4. Этап очистки от оболочки удаляет кожуру семени через дробящие машины, с последующей очисткой от остатков оболочки.

Переработка волокна

• 5. Древесное сердечко отделяют от бастовых волокон с помощью валков или молотковой мельницы. Очищенные и расчесанные бастовые волокна сортируют и прессуют в баллы. Вторичные операции: матирование для нетканых материалов, целлюлозное плавление для бумаги, паровой взрыв для удаления связующих, дающий ткацкие волокна. Полные линии переработки дают 1,8–7,2 т/ч.

Упаковка

• 6. Первичные волокна прессуют в баллы, аналогично хлопку, шерсти или полиэстеру. Продукты вроде конской подстилки также упаковывают в прессованные баллы.

Бумагодельство

• 7. Бастовые волокна загружают в дигестер — сферический бак с водой и химикатами — и нагревают до 8 часов при высокой температуре и давлении для разделения волокон. Полученную целлюлозу моют для удаления химикатов и пектина. Голландский бетер дополнительно рафинирует волокна, резая их до нужной длины и шероховатости поверхности. Опционально белиют. Целлюлозу затем сушат или транспортируют на бумажный комбинат.

Контроль качества

Конопляные волокна проходят строгое тестирование на разрывную прочность, тонкость и цвет. Влажность мониторят на протяжении культивирования и переработки. Уровни ТГК непрерывно измеряют для соблюдения максимума 0,3%. Стандарты эволюционируют по мере продвижения исследований.

Побочные продукты и отходы

Остаточная конопля обычно сжигают, а сердечковые волокна перерабатывают в бумагу, конскую подстилку или строительные материалы. Сердечковая пыль прессуют в пеллеты для топлива, а мелкие чипсы служат высокопитательным почвенным улучшителем.

Будущее

Там, где это легально, конопляная отрасль растёт на 20% в год. Новые применения включают конопляную муку для аквакультуры, конопляное пиво в Канаде и композитные строительные материалы. Семена конопли, богатые незаменимыми жирными кислотами, белком, кальцием, железом, цинком и витаминами B, C, E, несут обещание пищевой плотности. США остаются неопределёнными: пока 10 штатов приняли законы об исследовательском выращивании в 1998, федеральные ограничения сохраняются. Регуляторный сдвиг со стороны DEA мог бы раскрыть миллиарднодолларовую культуру, при условии инвестиций, конкурентного ценообразования, высококачественных продуктов и модернизации перерабатывающих технологий.