Die Hanfindustrie hat sich in den vergangenen Jahren aufgrund neuer politischer Rahmenbedingungen und innovativer Produktfelder zu einem stark wachsenden Wirtschaftsbereich entwickelt. Hanfprodukte werden in der Lebensmittel-, Pharma-, Automobil-, Bau-, Textil und Papierindustrie eingesetzt. Das stärkste Wachstum der Hanfindustrie findet in der Produktion von Lebensmittel- und Lebensmittelzusätzen aus Hanfsamen, Hanf- und CBD-Ölen statt. Als Nebenprodukte fallen in diesen Wirtschaftsbereichen Extraktionsreste an, für die es derzeit nur bedingt Verwertungsmöglichkeiten gibt. In der industriellen Hanffaserproduktion werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern gewonnen, die z.B. im Fahrzeugleichtbau zur Herstellung von Fahrzeugarmaturen und Verkleidungen eingesetzt werden. Hanffasern sind darüber hinaus ein etabliertes ökologisches Dämmstoffmaterial. Hanfdämmstoffe zeichnen sich durch eine bessere CO2 Bilanz gegenüber konventionellen Dämmstoffmaterialien wie Mineralwolle oder Styropor aus und bieten die Möglichkeit CO2 über mehrere Jahrzehnte im Dämmstoff zu fixieren. Im Dämmstoffherstellungsverfahren fallen neben dem Hauptprodukt Hanffasern im etwa gleichen Umfang zellulosehaltige Reststoffe an, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden. Im Hinblick auf eine zunehmende regenerative Energieversorgung sowie knapper werdender Ressourcen bzw. der kritischen Diskussion um den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung kommt der Erschließung biogener Rest- und Abfallstoffe für die Erzeugung effizienter, speicherbarer, flexibler und dezentraler Bioenergieträger zunehmende Bedeutung zu. Im Vorhaben HanfNRG sollen energetischen Nutzungsoptionen von Reststoffen der Hanfverarbeitung untersucht werden zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept einer Hanffaserfabrik.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung materialspezifischer Technologien zur Herstellung kreislauffähiger Kleiderbügel auf Naturfaserbasis in wirtschaftlicher Verwertung von Pflanzenresten und -abfällen aus der Landwirtschaft sowie der Sekundärnutzung von Altpapier und Zellstoff ohne Zusatz von fossilen Polymeren. CellForm bezeichnet die zellulosebasierte Materialgruppe die dabei untersucht und plastisch zu Bügeln geformt wird. Im Projekt werden Materialdesigns (Rezepturen, Strukturen, Modellierung, Eigenschaften) und dazu passend effiziente Verarbeitungs- und Produktionsprozesse entwickelt und evaluiert sowie Demonstrationsobjekte erzeugt, die für Tests in relevanter Einsatzumgebung verwendet werden (Validierung). Anhand experimenteller Materialproben und variantenreicher Produktprototypen werden die Anwendbarkeit und die Einsetzbarkeit sowie die Marktfähigkeit der Lösungen einem versierten Test- und Evaluationsszenario unterzogen und kundenzentrierte Verbesserungspotenziale in einem iterativen Entwicklungsprozess optimiert. Durch die frühzeitige Marktkommunikation und Evaluation der Projektfortschritte mit potenziellen Kunden (CoCreative Kundenfeedbacks, Einsatztests, Concept Studies Messe Euroshop im Februar 2023), wird projektbegleitend dafür gesorgt zielgerichtete Forschung & Entwicklung zu betreiben. Die Naturfasern (beispielsweise Pflanzenreste z.B.Hopfen, Altpapier, Zellstoff) werden dabei aufbereitet (Mahlung) und weiterverarbeitet (Nassstoff/ Faserkuchen) und zu Bauteilen vergautscht/gepresst und getrocknet. Dabei müssen keine konstenintensiven Heißpressanlagen eingesetzt werden. Die von der TU Dresden patentierte Vakuumpresstrocknung dient im Projekt als Verdichtungs- und Trocknungsprozess. Durch den Vergleich der Material- und Energieaufwendungen in Herstellungs-, Nutzungs- und Nachnutzungsphase wird eine Vergleichbarkeit der Umweltwirkung neu entwickelter gegenüber herkömmlicher Produkte erzielt.
Zielsetzung:
Lehm gehört zu den ältesten Baustoffen und erfährt im Kontext nachhaltiger Bauweisen eine zunehmende Relevanz. Seine lokale Verfügbarkeit, vollständige Recyclingfähigkeit und die damit verbundene Reduktion von Transportemissionen verbessern die ökologische Bilanz signifikant. Neben seiner Umweltverträglichkeit bietet Lehm bauphysikalische Vorteile wie Feuchtigkeitsregulierung, gesundes Raumklima und hohe Wärmespeicherkapazität. Die traditionelle, arbeitsintensive Verarbeitung begrenzt jedoch die Wirtschaftlichkeit.
Das Hauptziel des Projekts besteht darin, Lehm für das Gießverfahren im industriellen Maßstab nutzbar zu machen. Es wird ein gießfähiger Lehm entwickelt, der in bestehenden Betonfertigteilwerken verarbeitet werden kann, ohne dass neue Maschinen oder Anlagen benötigt werden. Auf diese Weise können ausgewählte Betonfertigteile, deren Herstellung mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist, durch Lehm substituiert werden. Eine Übertragbarkeit der Technologie auf Fertigteilwerke ist somit gewährleistet. Ein wichtiges Ziel ist es, die natürliche Recyclingfähigkeit des Lehms zu bewahren. Gleichzeitig wird angestrebt, die Lehmrezeptur so zu entwickeln, dass die produzierten Lehmbauteile Dauerhaftigkeitskriterien erfüllen, die eine langfristigen Einsatz im Außenbaubereich ermöglichen. Damit wird die Substituierbarkeit von heute gängigen Betonbauteilen im Außenbereich maßgeblich gesteigert. Neben diesem Effekt, trägt das Projekt zur Entlastung der Umwelt bei, indem es auf natürliche und regionale Rohstoffe setzt. Die Produktions- und Ausschalzeiten im Fertigteilwerk werden auf maximal zwei Tage begrenzt, um wirtschaftlich produzieren zu können. Die Trocknung wird energieeffizient erfolgen, um die Notwendigkeit von weiteren Maschinen/Anlagen zu umgehen. Die Innovationshöhe liegt im Zusammenspiel aus der Gießfähigkeit des Lehms, ohne zu viel Wasser einzusetzen, gleichzeitig die Trocknungszeiten kurz zu halten, und die Dauerhaftigkeit im Außenbereich zu gewährleisten. Die Kombination dieser Eigenschaften bei Lehmbauteilen ist bislang einzigartig.
Als Lösungsansatz wird die Verwendung natürlicher und regional verfügbarer Zuschlagstoffe sowie von Naturfasern mit Oberflächenbeschichtungen verfolgt. Diese Materialien sollen die Dauerhaftigkeit des Lehms verbessern, das Gießverhalten während der Herstellung optimieren und gleichzeitig eine gezielte Regulierung der Feuchtigkeit im Werkstoff ermöglichen.