Forædling af danskdyrkede fibre

Der er gang i udviklingsarbejdet med forædling af danskdyrkede hamp til tekstilfibre.

Screen Shot 2016-03-23 at 09.25.29

Rachel Kollerup og Bodil Pallesen har skrevet en fin artikel til Effektivitet, om det projekt, jeg er involveret i og som jeg tidligere har præsenteret: Fremtidens bæredygtige tekstiler er lavet af hamp.

For nylig er udgivet en rapport, over projektet “Lokal hampeproduktion“, gennemført af Danish Fashion Institute, Teknologisk Institut og VIA Design. Lokal hampeproduktion til tekstil anvendelse

Dejligt med opmærksomhed for dette spændende arbejde!

 

Enzym-behandling af hampefibre

47263799
At jeg er begejstret for hamp (og andre bastfibre) til tekstiler, skal ikke være nogen hemmelighed, og kan ses af tidligere indlæg:
Jeg er aktuelt involveret i et fantastiske spændende projekt ved Agrotech i Skejby, sammen med bl.a. Seniorkonsulent Bodil Pallensen og designer Rachel Kollerup, hvor vi bl.a. undersøger potentialet for at dyrke hamp til tekstilfibre i Danmark, og fx arbejder med enzymatisk rødning af dansk-dyrket hamp;

Vi går igang med at enzym-bearbejde grov-skættede hampestængler/fibre inden for de næste uger, og vil herefter evaluere om enzym-processeringen gør at fibrene bliver finere og blødere, end uden enzym-rødning. Videnskabelig litteratur indikerer at der er virkelig gode perspektiver i at benytte enzymer i forædling af tekstiler generelt og bastfibre specifikt. Mængderne af fibre vi arbejder med er foreløbig ganske små, ca 30 g, hvilket svarer til en “god tot” eller en “go’ håndfuld”. Målet er at kunne bearbejde fibrene på miljømæssig forsvarlig måde, så de opnår egenskaber der minder mest muligt om bomuldsfibre (såkaldt; “cottonizing”). 

Hamp

Hamp er en ældgammel landbrugsafgrøde, der kan anvendes til en lang række formål, her iblandt beklædning.

Fra Landbrugsinfo :

Interessen for hamp- og hørdyrkning er stor mange steder i Europa. Det skyldes ikke mindst, at hamp har et stort udbyttepotentiale, og at både hamp og hør har mange anvendelsesmuligheder, som der er et stigende marked for i Europa, det være sig både som fiber og som modne frø. Ikke mindst hampefrø har et højt indhold af højværdiproteiner og -olier, som gør frøene interessante til såvel fodermiddel som human ernæring.

Stængler fra såvel hamp og hør kan udnyttes til mange forskellige produkter, så som isoleringsmaterialer, lydisolering, geotekstiler i form af vækstmåtter og ukrudtsdække, til kompositter i bilindustrien m.v. Endelig bliver hamp og hør også anvendt til tekstiler.

Biproduktet ved forarbejdning af hør- og hampestænglen til fibre er de træholdige skærver fra det inderste af stænglen, som er velegnede til hestestrøelse og som bioenergi m.m.

I 2012 bragte videnskab.dk en artikel “Forskere: ‘Mere hamp på danske marker‘”, hvor det hedder at “ifølge forskerne giver det skandinaviske klima gode muligheder for at dyrke hampplanter“. I artiklen udtaler professor Irina Angelidaki fra DTU sig også, nemlig at hun er med til “at undersøge en række anvendelsesmuligheder for hampplanter, og det ser rigtig lovende ud“.

Ved Agrotech, landbrugets GST-institut i Skejby, har seniorkonsulent Bodil E. Pallensen i det meste af en menneskealder interesseret sig dyrkning og afsætning af plantestængler, fx industrihamp til anvendelse som isoleringsmaterial. Hampstængler vil også kunne benyttes til tekstilfiber-produktion, men “Det kræver at der er et effektivt høstkoncept, en forarbejdningsvirksomhed, og et marked for en ny afgrøde”. 

Agrotech har udgivet en folder om dyrkning og anvendelse af hamp; “Industrihamp – SKABER VÆRDITILVÆKST OG ET BEDRE MILJØ!” Her i hedder det vdr hamp til “tekstilindustrien leveres stænglerne i deres fulde længde i pressede baller“, og at “Der er i Danmark kun een godkendt forarbejder af hamp, som kan skætte hamp til blår (fibre) og skæver. Der er desuden en række af virksomheder i Europa, som kan aftage hampefibre“.  I brochuren oplistes også at:

AgroTech kan indgå som samarbejdspartner, når det drejer sig om:

  • Værditilvækst fra mark til markedet – det vil sige hele produktionskæden.
  • Rådgivning om dyrkningssystemer.
  • Optimering af råvarekvalitet.
  • Produktudvikling af nye plantefiberprodukter og -teknikker.
  • CO2-regnskab for nye produkter.
  • Samarbejde mellem industri og øvrige interessenter i hele produktionslinien.
  • Styring af projekter, projektledelse.
  • Rådgivning inden for industrihamp og andre alternative afgrøder. 

Det kunne det være særdeles interessant at være involveret i at undersøge om der er basis for lokal, kommerciel produktion af hamp til tekstilproduktion.

Beklædning af hamp kan fx skaffes gennem tyske HempAge – Dressed by nature. Dyrkning og forarbejdning foregår dog i kina, som det beskrives i folderen med “Hemp info“.

Den traditionelle forædlingsproces af hampplanter til tekstil-fibre er beskrevet af tyske HempAge (oversat til dansk): Planterne er sået , høstet, rødnet og tørret på den traditionelle måde der ikke har ændret sig i tusinder af år. Udblødning er gjort for at opløse de bindemidler , der binder bastfiber under barken til den træagtige indre kerne. For at gøre dette, bliver de høstede stilke lagt i blød i små bassiner, der er fyldt med vand fra floder eller åer. Stænglerne “røder” indtil bindingen mellem fiber og træagtige kerne er brudt ned. Efter rødning bliver den færdig hamp lagt ud eller bundtet til tørring ved siden af bassinerne. De rødede og tørrede hampstilke kan herefter opbevares for at blive strippet senere, når de arbejdskraftintensive høstsæsonen er slut. Denne peeling adskiller fiberholdigt bast fra resten af ​​den træagtige kerne, som samles og bruges som et vedvarende (og CO2- neutral) energikilde i de kolde vintermåneder. Endelig bundtes bast fibrene til baller og sælges til spinderi.

Selv har funderer lidt over hvor stor metan-udledning er ved rødningsprocessen, og jeg har fundet noget videnskabelig litteratur om dette. I artikel “The environmental impacts of the production of hemp and flax textile yarn” sammenlignes et reference scenarie med traditionel varm vandrødning af hamp med (1) bio-udblødning , dvs “grøn” skætning af hamp, efterfulgt af vandrødning , (2) babyhemp, baseret på udblødning på stativer, af præ-modne hamp (3) dug udblødning af hør.
Det konkulderes at ingen af ​​de alternative scenarier var entydigt bedre end reference-scenariet.
Vedrørende selve forædlingen af hamp-fibrer, kunne det være også være interessant at undersøge om der er basis for kommerciel produktion af enzymer til at forestå rødningsprocessen, således at den mikrobiologiske anaerobe proces kunne optimeres til en enzymatisk proces. En sådan enzymatisk proces, såvel som resten af forarbejdnings-maskineri og udstyr, er beskrevet i et konference bidrag ved “International Conference on Flax and Other Bast Plants ” i 2008: “Enzymatic Bioprocessing – New Tool of Extensive Natural Fibre Source Utilization“.
Andet processeringsudstyr, til moderne forarbejdning af plantestængelfibre, fra canadiske CRAiLAR Technologies, er beskrevet i dette wikipedia-indlæg
I et helt nyt nyhedsindlæg fra the Guardian beskrives hvorledes et firma “Hemptown” har arbejdet med at gøre hamp-fibrene blødere ved at bearbejde pektin-indholdet i stænglerne:
Thanks to green chemistry and enzyme science, we worked out that naturally occurring enzymes can be used to rinse the raw fibre and remove all the pectins,” says Nalbach. “What you come out with is a soft, fine fibre of flax or hemp that can be blended with cotton but is far more sustainable than 100% cotton or polyester.
Så… der er rigtig mange initiativer i gære, i forhold til at udnytte hamp som afgrøde, og måske endda på bæredygtig måde til lokal tekstilproduktion…? Personligt kan jeg kun hilse det velkomment, og hjælpe det så godt som muligt på vej!

Danske råvarer til lokal og bæredygtig tekstilproduktion

Hvilke råvarer har vi i Danmark, der kunne være råmateriale for tekstil produktion. -Efter en brainstorming med mig selv, er jeg kommet frem til følgende. Nogle af dem er MEGET på ide/konceptstadie, andre er mere modne til at kunne fungere som råvare, såfremt afsætning kan sikres. Rækkefølgen er ikke på nogen måde hierakisk!  Jeg modtager meget gerne input.  Jeg arbejder på at adresse dem enkeltvis, med blogindlæg.

Keratin (hår, fjer, uld)

Nælder, Hør, Hamp

Bomuld (fra tøj – renewcell)

Bioplast-afgrøder / PLA afgrøder

Alger: Regenererede protein- eller cellulose fibre

Lupin: Proteinbaseret regenereret fiber

Keratin

Keratin er et protein, der findes i fx hår, uld, negle, klove og hove ved patterdyr, i negle, skæl og kløer ved reptiler og i fjer og kløer ved fugle. Gennem mere end et århundrede er der rundt omkring i verden pågået arbejde med at kunne udnytte dette materiale, og i disse år intensiveres dette forskningsområde igen, i lyset af den fremtidige globale ressource-mangel. Min interesse, i relation til denne blog, går på om keratin kan genanvendes som protein-baseret regenererede (tekstil)fibre, og om faciliteter til disse processer kan etableres bæredygtigt i Danmark.

Som nation har vi jo ganske omfattende fjerkræ-produktion, hvor keratin fra fjer dog allerede udnyttes til minkfoder og fjermel (personlig kommunikation), ligesom andre kilder til keratin kan undersøges.

Her følger en liste over videnskabelige værker, med danske referater, der omhandler udnyttelse af keratin, og metoder til fysisk og kemisk bearbejdning af keratin.

Controlled De-Cross-Linking and Disentanglement of Feather Keratin for Fiber Preparation via a Novel Process

En helt ny publikation (2014) fra universiteter i henholdsvis usa og kina. Referatet af artiklen (oversat til dansk):
Rene proteinfibre blev fremstillet fra kyllingefjer via en potentielt grøn proces. I de sidste årtier er der blevet gjort en indsats for at producere keratin-baserede industrielle produkter, især fibre. Imidlertid kunne fremgangsmåder til fremstilling af keratinfibre direkte fra kyllingefjer ikke gentages. I denne forskning blev protein fibre fra kylling fjer udvundet ved hjælp af kemikalier, der enten stammer fra vedvarende ressourcer eller potentielt kan genanvendes. Rygbenet på keratinmolekylet blev bevaret efter spaltning af disulfidbindinger ved hjælp cystein. Natriumdodecylsulfat ( SDS) blev anvendt til at opløse keratin forud for spinding. Stigende SDS koncentration bevirkede øget struktur af keratin, hvilket resulterede i først øget, derefter faldende viskositet af opløsningen, hvilket tyder på kontinuerlig molekyleudretningen af keratin molekyler og øgning i inter-og intramolekylære elektriske frastødning . Diametre på de opnåede fibre, så små som 20 um, udviste god “drawability” af keratin løsning. Ændring i krystallinitets indeks blev fundet at være i overensstemmelse med “tensile” egenskaber af keratin fibrene. Sammenfattende blev regenererede fibre succesfuldt fremstilles som lineær keratin, med bevarede molekylær rygrad, der kunne være udredes og orienteres på en kontrolleret måde.
sc-2013-00461d_0010

En publikation fra 2010, fra et amerikansk universitet, et institut for regenerativ medicin, hvor fokus er på anvendelse af keratiner til biokompatible materialer indenfor sundhedsvæsenet. Referatet af artiklen er:

Udviklingen indenfor ekstraktion, oprensning og karakterisering af keratinproteiner fra hår og uld i det forløbne århundrede har ført til etablering af ​​en keratin-baserede biomaterialer platform. Som mange naturligt afledte biomolekyler har keratiner også iboende biologisk egenskaber og biokompatibilitet. Desuden er ekstraherede keratiner i stand til at danne selvsamlede strukturer, der regulerer cellulær genkendelse og adfærd. Disse egenskaber har ført til udviklingen af ​​keratin biomaterialer med applikationer i sårheling, drug delivery, tissue engineering, traumer og medicinsk udstyr. Denne artikel diskuterer historien for keratin forskning og udviklingen af keratin biomaterialer til biomedicinske anvendelser.’

Optimizing Extraction of Keratin from Chicken Feather by Using Sodium Sulfide

En helt ny metodisk artikel, fra Malaysisk universitet, der beskriver en optimeret metode til ekstraktion af keratin fra fjer.
Oversat til dansk fra artiklens referat:
Kyllingefjer er et affalds biprodukt fra fjerkræindustrien i Malaysia . 90% af fjer strukturen udgøres af keratin, som er et vigtigt produkt til kosmetiske og farmaceutiske industri. Formålet med denne undersøgelse er at optimere udvindingen af ​​keratin fra kylling fjer ved hjælp af sodiumsulphide gennem statistisk eksperimenterende design. Undersøgte parametrene i udvindinger, er pH, temperatur, koncentration af kemisk reduktionsmiddel, masse-forholdet mellem ​kyllingefjer og Natriumsulfid samt inkubationstid. Total mængde protein ekstraheret blev bestemt spektrofotometrisk ved 280nm.
Gennem optimering af udvindingen , kunne procentdel af udvundet protein øges fra 84,5 % til 96%. Betingelserne for den optimerede udvindingsprocessen er 80.9oC , inkubationstid 9,5 timer , natriumsulfid koncentration 0.92M og forholdet mellem massen af ​​kyllingefjer til massen ofsodium sulfid er 0,05

Keratin-based antimicrobial textiles, films, and nanofibers
En helt ny (2014) metode-publikation fra amerikanske forskningslaboratorier, hvor muligheden for at gøre keratin-materialer antibakterialt beskrives. Oversat til dansk fra artiklens referat:

Kombinationen af ​​tiltalende strukturelle egenskaber , biokompatibilitet , og tilgængeligheden af vedvarende og billige råvarer , gør keratin -baserede materialer attraktivt for en lang række anvendelser. I denne artikel, beskrives antimikrobiel funktionalisering af keratin -baserede materialer , herunder uld tekstil og regenereret cellulose / keratin komposit film og nanofibre . Funktionalisering af disse materialer blev opnået ved brug en let klorerende reaktion, der omdanner nitrogen -bærende dele af keratin til halamine forbindelser. Halamine-reageret uld tekstil udviste hurtig og potent antibakteriel aktivitet over for flere arter af bakterier og inducerede op til 5,3 log ( dvs. 99,9995 % ) reduktion af kolonidannende enheder af Bacillus thuringiensis sporer inden for 10 min . Keratin-indeholdende kompositter blev fremstillet ved spin-coating og koaksial electrospinning af ekstraheret / oxideret alfa-keratin og celluloseacetat (CA) opløst i myresyre , efterfulgt af CA deacetylering . Regenereret cellulose / keratin materialer, klorereder til at koble halamines var også effektivt dræber Escherichia coli og Staphylococcus aureus bakterier . Electrospundne kerne /  skal nanofibre med maksimeret keratin-Cl areal viste højere aktivitet mod S. aureus end film sammensat af de samme materialer . De halamine -baserede antimikrobielle funktionaliseringsmetoder der er demonstreret i forhold til keratin-baserede materialer i denne artikel, forventes at kunne oversættes til andre proteinbaserede biopolymerer af interesse for biomateriale samfundet.

Wool and Keratin from Wool for Bio-Based Value-Added Products

Præsentation af nogle forskningsprojekter, der forløber i perioden 2010-2015 ved det amerikanske United states department of agriculture, Agricultural Research service. Oversat projektformål:

Udvikle kommercielt levedygtige processer baseret på kemisk eller enzymatisk tværbinding der øger markedsværdien af ​​uld. 1A: Udvikle systemer til funktionel ændring af uld. 1B: Udvikle keratin modifikation-systemer. Udvikle udvinding og derivatiseringsmetoder processer til produktion af kommercielt levedygtige produkter fra keratin. 2A: Uddrag og karakterisere keratin fra uld. 2B: Form strukturelle keratin materialer til produktudvikling.

En ph.d. afhandling fra 2008, der adresserer anvendelse af fjer til luftfiltreringsfiltre. Det beskrives hvorledes fjer kan bearbejdes fysisk og kemisk, bl.a. solubilisering af fjerkeratin og efterfølgende regenerering vha såkaldt dryjet wetspinning metode. Kun de første 40 sider er frit tilgængelig på nettet, men hele afhandlingen kan bestilles.

Jeg arbejder på at få afprøvet den kemiske metode til opløsning af keratin i et kemisk laboratorie, samt at få spundet protein-baserede keratin tekstil fibre og at få evalueret bæredygtigheden af af udvinde keratin i Danmark, og er meget etablere gerne samarbejde med interesserede.