CC BY
170
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2017. Вып. 91._
the covering materials. On the other hand some varieties increase their yield decisively. With an appropriate covering material and poly tunnel solution the latter can provide huge advantage for the farmer on the market.
Based on the data obtained Photochemical reflectance index is a good indicator to find optimal light conditions for the plants and the spectroscopy in general proved to be a good solution to find potential cover materials.
The biological indicators such as growth, flowering, yield (quantity and quality) are also registered and are still under monitoring. Although the first synthesis show close correlation with the registered physical parameters the continuation, further measurements and analysis are necessary to describe all correlation and identify the best production practice.
REFERENCES
[1] K. Szalay, F. Denes, A. Szakacs, R. Nagy, T. Katko, R. Rak, A. Bablena, L.Kovacs, J. Deakvari, Z. Gulyas, Preliminary study of various Sun protection solutions in experimental raspberry plantation. International Conference on Agricultural Engineering. CIGR - AgEng 2016. Aarhus, Denmark 26 - 29 June 2016.
[2] Lagymanyosi A. and Szabo I., Calibration procedure for digital imaging, Synergy and Technical Development, Godollo, Hungary, 30. Synergy2009 CD-ROM Proceedings, 2009.
[3] Williams P.C., Manley M., Fox, G. esGeladi, P., Indirect detection of Fusariumverticillioides in maize (Zea maize L.) kernels by NIR hyperspectral imaging. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 18, 2010.,pp. 49-58.
[4] Virag I. and Szoke Cs., Filed and laboratory examinations of corn plants by means of hyperspectral imaging. 10 th Alps-Adria Scientific Workshop. Novenytermeles, 2011.,69-72 pp.
УДК 631.9
РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУКЦИИ ИНДУСТРИАЛЬНОЙ КОНОПЛИ
С. ИВАНОВ С, д-р техн. наук; А. АДАМОВИЧС, д-р с-х. наук; А. РУЦИНЫН, д-р техн. наук Латвийский сельскохозяйственный университет, Елгава, Латвия
В последние 20 лет в мире наблюдается устойчивая тенденция увеличения спектра продукции, производимой из индустриальной конопли. В Европейском союзе разрешено возделывание около 50 сортов ненаркотической индустриальной конопли с содержанием тетрагидроканабиола менее 0,2%. Урожайность биологической массы (сухого вещества) конопли в Латвии достигает 22 т/га. При этом для классического использования для получения волокна сейчас используется менее 1/3 площадей посевов конопли.
Важное место занимает костра конопли, которая является очень ценным экологичным компонентом для производства строительных материалов. Дома, построенные на основе костры конопли (наполнитель и теплоизолятор) и извести (связующего) получили практическое распространение в Латвии и их строительством занимается 2 компании. Имеются разработки изоляционных и строительных плит с использованием костры или измельченных стеблей.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства_
Урожайность семян конопли составляет 8-15 ц/га. Семена конопли являются источником уникального по свойствам масла, цена которого примерно в 10 раз выше растительного масла из рапса или подсолнечника. Измельченные семена также используются для изготовления деликатесной пасты (для бутербродов и т.п.). Соцветия конопли используются для изготовления эфирных масел и получения сырья, являющегося основой для изготовления косметических средств и т.п.
Ключевые слова: индустриальная конопля; урожайность; возобновляемое сырье; коэффициент теплопроводности.
IMPROVING THE POSSIBILITIES FOR USING INDUSTRIAL HEMP PRODUCTS
S. IVANOVS, Dr.sc.ing.; A. ADAMOVICS, Dr.agr.; A. RUCI^S, Dr.sc.ing. Latvia University of Agriculture
Over the last 20 years, there has been a steady trend in the world to increase the range of products produced from industrial hemp. In the European Union, cultivation of about 50 varieties of non-narcotic industrial hemp with a tetrahydrocannabiol content of less than 0.2% is allowed. The yield of biological mass (the dry matter) of hemp in Latvia reaches 22 t/ha. However for the classical application to produce fibre, less than 1/3 of the hemp seeding area is currently used. Hemp sheave occupies an important place in hemp cultivation since it is a very valuable ecological component for the production of building materials. The houses built on the basis of the hemp sheave, used as a filler and thermal insulator, and lime as a binder have found practical application in Latvia, and 2 companies are engaged in their construction. Insulating and building plates using hemp sheave or shredded stalks have been developed. The yield of hemp seeds is 8-15 cent/ha. Hemp seeds are a source of a unique by its properties oil, the price of which is about 6-8 times higher than that of the vegetable oil from canola (rapeseed) or sunflowers. Crushed seeds are used also to produce delicacy pasta (spread) for sandwiches, etc. The blossoms of hemp are used for making volatile oils and the production of raw materials, which serve as the basis for making cosmetics, and so on.
Keywords: industrial hemp; crop yield; renewable raw material; thermal conductivity coefficient.
ВВЕДЕНИЕ
Конопля (Cannabissativci) является одной из древнейших сельскохозяйственных
первые описана в китайском источнике Шэньнун около 2800 года до н.э. Растение издавна выращивалось людьми для получения волокон, семян и масел, а также в медицинских целях. Особенно большое промышленное значение эта культура имела с 15 по начало 20 века, когда из волокна конопли делали нитки, из которых потом изготавливали паруса, отличавшиеся высокой прочностью, легкостью и надежностью, а
конопля в развитии книгопечатания (начиная с первой бумаги, изобретенной в Китае из конопли, и вплоть до конца 19 века все основные виды бумаги изготавливались на основе конопли). Конопляная целлюлоза до сих пор является важнейшим компонентом при изготовлении бумажных денежных знаков и т.п. Несмотря на уменьшение спроса в первые десятилетия существования СССР конопля еще являлась одной из основных сельскохозяйственных культур. Такой её статус был подтверждён помещением листьев конопли вместе с колосьями пшеницы и соцветиями подсолнечника в центр снопа внутри главного фонтана страны — Дружба народов на ВДНХ.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ПАЭП. 2017. Вып. 91._^_
В разряд «проблемной» культуры конопля была отнесена в 30-60 годы 20 века, когда в ряде стран имело место резкое падение моральных устоев общества и стало наблюдаться массовое распространение наркомании (т.к. из соцветий некоторых подвидов этой культуры можно изготавливать наркотики). Однако, по мнению многих специалистов на первый запрет на выращивание конопли в США в 1937 голу fMarihiiana'/ ах А с/у о че н ь большое влияние сыграла конкуренция между соперничающими финансовыми группами. В 1961 году Единая Конвенция ООН включает CanncibisB список растений, которые имеют наркотические вещества (каннабиноиды). Согласно данной Конвенции страны-участники должны четко контролировать выращивание таких культур на своих террит В
большинстве стран рекреационные наркотики, изготовленные из конопли, в настоящее время запрещены. Но как часто бывает: запрет возделывания конопли в США и Европе наркоманию не устранил, и даже наоборот, этот человеческий порок стал развиваться намного более быстрыми темпами и превратился в один из крупнейших финансовых источников терроризма и нелегального оборота финансов. К сожалению, запрет, основанный на подозрении в способствовании развитию наркомании, остановил и разумное использование для нужд человечества всех полезных свойств этой уникальной культуры. Вместе с тем конопля является одной из самых универсальных культур земледелия, по биологическому составу это растение является рекордсменом и включает около 400 уникальных органических соединений. Говоря о сырье для производства наркотиков следует иметь в виду, что их в основном получают из особого подвида индийской конопли (Cannabisindica), содержащей по сравнению с обычной коноплей (Cannabissativa) в 20 раз больше психотропных веществ. Этот теплолюбивый подвид конопли в открытом грунте растет только южнее 45 параллели и имеет заметные отличия по внешнемувиду. На фоне распространения человеческих пороков, убеждать в нецелесообразности огульных малопродуктивных запретов было весьма сложно, но к концу 20 века ученые-селекционеры эту проблему практически сняли путем создания сортов конопли с содержанием тетрагидроканаоиолаГ///0 менее 0,2%, что, даже при современных технологиях переработки, делает выработку наркотиков из нее практически невозможной и бессмысленной экономически. Такую коноплю с содержанием тетрагидроканабиола (ТНС)менее 0,2% в Европе принято называть индустриальной. При соответствующей системе контроля возделывание ее разрешено в большинстве стран ЕС (в том числе и Латвии), хотя в мире есть еще страны, где этот запрет не снят. Сейчас в Европе имеется более 50 сортов конопли, разрешенной к массовому использованию. И хотя возобновление производства этой культуры идет довольно медленно (отчасти сказывается отставание в технологии уборки), ученые и практики видят в развитии коноплеводства большие перспективы. Промышленная конопля является ценным возобновляемым сырьем для продукции многих отраслей народного хозяйства.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Относительно стандартных подходов и специальных методик проведены исследования по определению потенциальной урожайности индустриальной конопли, включая общую биологическую массу, сухое вещество, волокно, костру и др.[1]. В данной работе представлены результаты исследований сортов «Тигра» и «Эпсилон 68». Погодно-климатические условия в 2015 году подробно отражены в других работах и в целом близки к
среднестатистическим в Латвии за последние 15 лет [2]. К моменту уборки высота стеблестоя конопли составляла в среднем 2,6-3,0 м (рис.1).
Рис. 1. Группа исследователей на фоне плантации конопли перед уборкой в начале сентября РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В Латвии возделывание индустриальной конопли впервые начато в 2009 году, когда была организована Латвийская ассоциация индустриальной конопли. Проведены опыты по определению влияния сортов, норм высева, доз удобрений на урожайность биологического сырья. Урожайность индустриальной конопли сортов «Тигра» и «Эпсилон 68», полученная в опытах в 2015 году, представлена на рис.2.
Урожайность конопли, т/га
80
69,2
70 63,9
60
50
40
30
20
10
0
Зеленая масса
23,6 22,8
9,51 8,98
Сухое вещество Волокно
■ Сорт: Тигра ■ Сорт: Эпсилон 68
10,24 9,07
Костра
Рис. 2. Урожайность индустриальной конопли
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2017. Вып. 91._
Как видно, при возделывании сортов индустриальной конопли «Тигра» и «Эпсилон
т/га[3]. В Латвии после полевой вылежки в тресту конопляное волокно получают на оборудовании бывших льнозаводов. Неплохие экономические результаты (не менее 100-120 Евро/т) дает реализация костры, являющейся побочной продукцией выработки волокна.
В Латвии планировалось строительство специального завода по переработке стеблей конопли, однако пока оно откладывается по причине недостаточной концентрации площадей вблизи планируемого центра переработки. Для рентабельной работы современного завода с капиталовложениями около 5 млн. евро и прибыльного выращивания, с использованием современных технологий уборки, нужно не менее 1200 га посевов на удалении не более 25 км. Несмотря на то, что производство новых видов продукции на базе конопли находится в начальной стадии развития, в Латвии собственного качественного сырья в ряде случаев не хватает и его приходится импортировать из Франции, Нидерландов и других стран.
На части посевных площадей конопля возделывается только для получения семян. Для этого используют специальные низкорослые сорта конопли «Финола» (финской селекции) и «Пурини» (местный), которые в отличие от обычных сортов, обеспечивают примерно в 2 раза более высокую урожайность семян. Стеблевая часть этих сортов малопригодна для получения волокна и пока на практике используется только в качестве сидератов, топлива или сырья для получения теплоизоляционных материалов. Урожайность семян в опытах с сортом «Пурини» составила 14,7 цент/га. Семена используются для получения ценного конопляного масла. В семенах конопли содержится 30-39 % масла. Большое содержание ненасыщенных жирных кислот Omega - 6 (56 %) и Omega - 3 (19 %), в идеальном для организма человека соотношении 3:1 выгодно отличают масло из семян конопли среди других видов растительного масла. Цена его реализации в 5-8 раз выше, чем подсолнечного или рапсового масла. Масло конопли используется как самостоятельный целебный продукт питания или в виде пищевой натуральной добавки, как консервант для пищевых продуктов и также является сырьем для изготовления маргарина, детского и антиаллергенного мыла, медицинских препаратов и др. В середине прошлого века масло классически использовали для изготовления лаков, красок, олифы, линолеума, однако сейчас из-за высокой цены для этих целей оно используется весьма ограничено.
Одним из видов использования измельченных семян конопли в Латвии является изготовление из них в смеси со сливочным маслом деликатесной пасты для бутербродов (несколько напоминающая по ценности бутерброды с черной икрой).
В процессе получения масла из семян выделяется еще жмых-ценный продукт для приготовления комбикорма для животных, в состав которого входят более 30 % сырого протеина, 30 % белков, 25 % клетчатки, 3% жиров и других элементов.
В процессе переработки стеблей конопли получается волокно и побочное сырье-костра. Если раньше эта часть урожая использовалась в основном как топливо и в лучшем случае как теплоизолятор в строительстве, то сейчас из костры конопли изготавливают мебельные и строительные плиты, утеплители, сорбенты, наполнители композиционных материалов различного назначения и др.
Биологические свойства конопли максимально эффективно можно использовать для звуко- паро- и теплоизоляционных материалов. Очень важно для людей, страдающих аллергией, то, что строительные материалы и конструкции из конопли создают благоприятный микроклимат в помещении, подавляют болезнетворные микроорганизмы,
грибки и бактерии, и в целом благотворно воздействуют на организм человека. По сравнению со льняной конопляная костра имеет более крупную фракцию, поэтому она подвергается специальной механической обработке, сепарации и очистке (для использования в строительстве размеры ее частиц не должны превышать в длину 40 мм и толщину 5 мм и не содержать остатков путаницы волокна).
В Латвии имеется 2 типа коммерческих предприятий, которые для индивидуального домостроения используют конопляную костру для изготовления стен, штукатурки и даже межэтажных перекрытий. Первый вид - это цельнолитые стены из специального состава на базе костры и цемента, в которых даже в отделке используются только пропускающие воздух компоненты из конопли, обеспечивающие как высокую экологичность, так и теплоизоляцию. На рис.3 показан дом, построенный из вышеуказанного бетона на основе конопли. Безусловно, такие дома не относятся к жилью эконом класса, но, тем не менее, стоимость квадратного метра в них лишь на 30-40% превышает аналоги на базе распространенных практически воздухонепроницаемых и синтетических материалов с известными недостатками.
Рис.3. Строительство индивидуального дома на основе использования конопляного бетона
для изготовления стен (Латвия)
К сожалению, пока только часть общества с более высокими доходами может позволить себе не только экологичные одежду и предметы быта, но и жилье, однако эта тенденция уже четко обозначилась и имеет перспективы. В Латвии и Литве в основном по такой технологии строятся в основном только одноэтажные коттеджи, но в Швейцарии имеются и 3 этажные дома такого типа (рис.4).
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. НАЭП. 2017. Вып. 91.
Рис.4. Дом на основе использования конопляного бетона для изготовления стен (Швейцария)
Вторым видом промышленного производства строительных материалов на базе костры конопли является изготовление строительных блоков (без использования цемента в качестве связующего). Производство строительных блоков с применением конопляной костры целесообразно рассматривать вместе с базовым производством волокна. Комплексный подход в производстве продукции из конопли поможет повысить экономическую эффективность ведения этого иновативного бизнеса.
В Научном институте сельскохозяйственной техники Латвийского сельскохозяйственного университета разработана технология изготовления строительно-изоляционных плит из измельченной стеблевой массы (без разделения на волокно и костру). Коэффициент теплопроводности таких плит толщиной 50 мм и плотностью 200 кг/м3 составил 0,057 Вт/(м К) [4].
Определенной востребованностью у местных строителей пользуется тепло- и шумоизоляционная вата, изготовленная на 85-87% из стеблевой массы конопли (производства Германии). Коэффициент ее теплопроводности составляет 0,040 Вт/(м К), т.е. она не уступает по данному параметру классической минеральной вате.
В странах Западной Европы в условиях поставленной цели на расширение использования возобновляемого сырья [5] для топлива и изготовления промышленных изделий одним из перспективных направлений использования костры (или стеблевой массы) конопли остается и получение из нее альтернативного биотоплива. Наши опыты показывают, что с 1 тонны стеблевой массы конопли можно получить до 290 м3 метана (или 6500-7500 м3/га), а теплотворная способность сухой стеблевой массы конопли в виде брикетов или гранул составляет от 16,3 Мг 17,45 МДж/кг[6, 7]. В наших широтах даже по сравнению с лесом конопля примерно в 4 раза быстрее фотосинтезирует биологическую массу. Особенно выгодно использование конопли для изготовления спрессованных топливных гранул из отходов производства коноплеперерабатывающих предприятий.
В современных автомобилях бизнес класса примерно 5-10 кг конопляного волокна, используемого для армирования пластмасс, сидений и теплоизоляции. Сейчас эту нишу поставок сырья в основном занимают немецкие и голландские поставщики.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства_
Стебли конопли являются отличным сырьем для производства целлюлозы и бумаги. В этом направлении больших успехов достигли в Канаде. Стебли конопли содержат примерно 30 % волокна, из которого изготавливают длинноволокнистую целлюлозу с выходом ее до 80 %. Целлюлоза из волокна конопли используется как сырье для производства специальной высококачественной бумаги (бумага для банкнот, ценные бумаги, ультратонкая бумага, высоко го пористая бумага для сигарет).Из соломы конопли без удаления костры можно получить хемотермомеханичную целлюлозу с выходом 70 %, бумага из которой используется для печати, нотирования, упаковки и т.п.
ВЫВОДЫ
условиях Латвии имеют урожайность биологической массы не менее 50-70 т/га, обеспечивающей получение после переработки 9- 9.5 т/га волокна и 9,0-10,2 т/га костры. 2. Использование костры конопли в качестве компонента для строительных материалов имеет ряд достоинств, обусловленных высокими экологичностью и теплоизоляционными свойствами. Успешное ведение бизнеса строительных материалов на такой базе является подтверждением перспективности направления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Directive 2009/28/EC oftheEuropeanParliamentandofltheCouncilof 23 April 2009 onthepromotionoftheuseofenergyfromrenewablesourcesandamendingandsubsequentlyrepealingDire ctives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Availableat: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0028:EN:N0T.
2. Adamovics, A., Ivanovs, S., Stramkale, V.Investigationsabouttheimpactofnormsofthefertilisersandcultivarsuponthecropcapacitybiomassofin dustrialhemp. In: AgronomyResecirch, Vol. 14(3), 2016. pp.641-649.
3. Ivanovs, S., Adamovics, A., Rucins, A. Investigationofthetechnologicalspringharvesting variants oftheindustrialhempstalkmass. In: AgronomyResecirch\3( 1), 2015. pp.73-82.
4. Kakitis, A., Smits, M., Belicka, I. 2009. Suitabilityofcropvarietiesforenergyproduction. In: Engineeringforraraldevelopment", Proc. 8th Int. Con/., Jelgava,Vol. 8, Latvia, 28-29 May, 2009, pp. 188-193.
5. Lekavicius, V., Shipkovs, P., Ivanovs, S., Rucins, A. Thermo-insulationpropertiesofhemp-basedproducts. LatvianJournalofPhysicsandTechnicalSciences, Vol. 52(1), 2015. pp.38-51.
6. IvanovsS., RucinsA., ValainisO.etal.. Researchoftechnological process ofhempslabproduction.In:"Engineering for Rural Development"- Vol.13, Proc.14.th Int.Conf.20-22.May 2015, Jelgava, pp. 154-162.
7. AdamovicsA., IvanovsS., DubrovskisV. Productivityofindustrialhempandutilizationthereofforbiogasproduction.In: Book of full papers of International Scientific Conference 36 CIOSTA&CIGR Section 5 Conference "Environmentally friendly agriculture and forestry for future generations". Saint Petersburg, 2015. pp. 14-19.
