Hemp2comp
Hennep leidt de weg naar een circulaire toekomst
WP4 - Halffabricaat
In dit werkpakket wordt er gewerkt vanaf het geoogste product (afkomstig van de proefvelden) tot halffabricaten die verder gebruikt zullen worden in de ontwikkeling van de composietmaterialen. De geoogste hennep wordt verwerkt om zowel lange als korte vezels op te zuiveren. Op de lange vezels zullen kwalitatieve analyses uitgevoerd worden om verschillen tussen rassen en teelttechnische parameters in kaart te brengen. Deze info zal gebruikt worden om vervolgens de veldproeven in WP3 aan te passen. Uit de gezuiverde vezels worden vervolgens verschillende types halffabricaten geproduceerd.
Vezelverwerking en -analyse
De hennep geoogst in 2024 werd gezwingeld bij Verhalle in februari 2025. Hierbij werden alle rassen afzonderlijk door de zwingellijn verwerkt. KU Leuven nam voldoende stalen van elk ras om de vezelanalyse uit te voeren. De korte vezels werden niet per ras apart bewaard, maar wel als grote batch gestockeerd. Omdat de hennep in 2024 opgerold werd wanneer deze nog niet voldoende geroot had (maar noodzakelijk vanwege aankomende natte periode), was het verkregen gezwingelde materiaal te groen van kleur, waardoor verdere verwerking via hekelen niet mogelijk was.
Naast de 6 rassen uit de proef werd ook het ras dat buiten proef aanlag in 2024 meegenomen in de analyse. Ter vergelijking werden ook twee commercieel beschikbare natuurlijke vezels meegenomen, eentje van hennep, de ander van vlas. Deze stalen waren wel gehekeld, waardoor een hogere fijnheid van vezel verkregen werd dan de gezwingelde hennep uit proef. Om de analyse uit te voeren werd de impregnated fiber bundle test (IFBT) uitgevoerd, waarmee vezelbundels eerst geïmpregneerd worden met een hars om composiet samples te maken. Hierop worden dan testen uitgevoerd, waarna de eigenschappen teruggerekend worden naar de vezel. Van elk ras werden 6 IFBT samples gemaakt. De stijfheid van de rassen lag gemiddeld rond 55 GPa, wat overeen komt met de literatuur, en ook in de buurt van vlas. De gemeten sterktewaarden met gemiddeld 420 MPa lagen eerder dicht bij de ondergrens van wat gekend is uit de literatuur. Indien de hennep beter had kunnen roten en de vezels gehekeld konden worden zou de vezelsterkte wellicht ook hoger zijn, conform de verwachtingen. Tussen de rassen is er geen significant verschil gevonden in deze parameters, behalve voor de tweede stijfheidsinterval tussen 0,3 en 0,5% rek. Gezien deze resultaten kan geconcludeerd worden dat alle rassen geschikt zijn voor composietdoeleinden. De rassenkeuze kan dus beter gemaakt worden in kader van landbouw-, verwerking, en economische parameters.
Bi, Bialobrzeskie; Ca, Carmagnola; Fe, Félina 32; Fi, Fibranova; Fu, Futura 75; Na, Nashinoïde 15; No16, Mona 16
Bijkomend werd er toch ook een single fiber tensile test uitgevoerd als bijkomende analysetechniek, waarbij er rechtstreeks op vezelniveau geanalyseerd werd. Deze test werd uitgevoerd op Félina 32 en Carmagnola als rassen en vergeleken met de twee commerciaal beschikbare vezels. Van deze laatste worden hogere mechanische eigenschappen verwacht, aangezien deze goed geroot hadden en verder verwerkt werden via hekelen. De treksterkte voor beide rassen bedroeg met 442 en 204 MPa beduidend minder dan uit de literatuur verwacht wordt (600 MPa). De stijfheid, gaande van 14 tot 44 GPa was ook duidelijk lager.
Verwaarden van scheven als zijstroom
Omdat in dit project vooral gewerkt wordt met de vezel, blijft er een belangrijk en volumineus restproduct over, namelijk de scheven. Compas Agro legt in het project proeven aan om het gebruik van scheven als bodembedekker te valideren in verschillende teelten. Een goede afdekking kan ontwikkeling van mos en onkruid voorkomen en ook zorgen voor minder vochtverlies uit de bodem. Fractiegrootte, droge stof gehalte, afbraaksnelheid en C/N ratio zijn belangrijke parameters om zulke materialen op te scoren.
Er werden proeven aangelegd met verschillende diktes van de afdeklaag: 10 mm, 20 mm, 50 mm en 10 mm met barklijmstof. De gewasstand, onkruidvorming en mosvorming werden steeds gemeten. In 2024 lagen er proeven aan in de blauwe bessenteelt, alsook in Cornus sanguinea, Prunis spinosa en Sambucus nigra (3 potplanten). Eerste resultaten toonden aan dat 10 mm onvoldoende remming van onkruiden en mos gaf. Bij 50 mm dikte echter trad een ander probleem op van stikstof onttrekking, waardoor de vaste planten minder stikstof voorhanden hadden. De dikte van 20 mm leek een goede tussenmaat te zijn, waarbij voldoende onkruidremming optrad, zonder stikstof te immobiliseren. In 2025 lag er opnieuw een proef aan in blauwe bessenteelt. Dezelfde diktes werden opnieuw beproefd. De beste onderdrukking werd opnieuw verkregen bij de grootste dikte, maar ook de 20 mm scoorde goed.
Harssystemen
Sirris heeft met verschillende harsleveranciers contacten gelegd om zo een lijst op te stellen van commerciële biobased harssystemen. Ook binnen het project zijn er enkele partners die zelf een bio hars in huis hebben.
Avantium produceert humines die gebruikt kunnen worden voor de ontwikkeling van halffabricaten. Humines zijn een co-product bij de katalytische dehydratie van plantaardige suikers tot een alcohol, om vervolgens voorlopers voor de FDCA-productie te produceren. Avantium onderzoekt het vernettingsproces van humines in functie van temperatuur. Het effect van katalysatoren werd ook bestudeerd om de verknoping te versnellen binnen temperatuurbereik dat aanvaardbaar is voor natuurvezels. Paratolueensulfonzur en 5M zwavelzuur werden geïdentificeerd als beste katalysatoren bij 140 °C. De geproduceerde humines werden onderworpen aan verknopingstesten met verschillende temperatuur en katalysator. Het percentage methyllevulinaat kan variëren tussen productiebatches, en dit blijkt ook invloed te hebben op de verknoping.
Productie van halffabricaten
NPSP heeft testen uitgevoerd met hennep materiaal en hoe deze te verwerken in het BMC-proces. Hiervoor werden in eerste instantie commerciële materialen gebruikt. De hennepscheven als vulmateriaal geven een lage dichtheid. Wanneer er 8 mm gemalen hennepvezel wordt toegevoegd klontert het deeg samen. Testen rond opschaling van de productie van deeg zijn ook al uitgevoerd.
Plantics heeft testen uitgevoerd met het maken van pre-pregs en nonwoven hennepmatten. Verschillende hars-vezelverhoudingen werden getest, gaande van 30 tot 50% vezel. Een hoger harspercentage zorgt voor sterker composiet dat minder water opnam en hoge dichtheid had. Maar een te hoog harspercentage zorgt ervoor dat tijdens het uitharden het hars uit de pre-pregs loopt. Verder werden pre-pregs gemaakt met verschillende diktes van matten, gaande van 300 tot 2500 g/m²? Dunnere matten waren makkelijker plooibaar en ook goed om te overlappen. Voor dikkere composietmaterialen hebben dikkere matten voorkeur omdat er minder matten op maat geknipt moeten worden om in een mal te leggen. Het wenselijke waterpercentage in de matten bedraagt ongeveer 5%. Waterstabiliteit werd ook onderzocht door geperste samples bloot te stellen aan waterbelasting en vervolgens wateropname en zwelling te meten. Door extra behandeling van de matten werden goede resultaten bekomen, maar de buigsterkte was wel minder goed.
Avantium heeft een halffabricaat gemaakt door hennepvezels te bevochtigen met humines, waarna dit op hoge temperatuur en druk geperst wordt. Een hoge verknopingsgraad leidt tot water-onoplosbare polymeren, maar een lagere graad kan leiden tot wateroplosbare polymeren die uitmigreren of uitlogen.