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Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Landwirtschaftliche Fakultät Lehr- und Forschungsschwerpunkt „Umweltverträgliche und Standortgerechte Landwirtschaft“
Forschungsbericht Nr. 112
Faserqualität einheimischer Faserpflanzen (Hanf)
- Bewertung von Rohstoff und Endprodukt -
Herbert von Francken-Welz
Jens Léon
Institut für Pflanzenbau
Herausgeber: Lehr- und Forschungsschwerpunkt „Umweltverträgliche und Standort-
gerechte Landwirtschaft“, Landwirtschaftliche Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Endenicher Allee 15, 53115 Bonn Tel.: 0228 – 73 2297; Fax.: 0228 – 73 1776 www.usl.uni-bonn.de Untersuchungen im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen Bonn, Oktober 2003 ISSN 1610-2460
Projektleitung: Prof. Dr. Jens Leon Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. agr. Herbert von Francken-Welz
Institut für Pflanzenbau, Abt. Spezieller Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Katzenburgweg 5 53115 Bonn Tel.: 0228 - 73 2878
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Gliederung 1. Einleitung 4 1.1 Wissensstand 4 1.2 Zielsetzung 7 2. Material und Methoden 9 2.1 Felderhebung und Ertragsfeststellung 10 2.2 Ermittlung der Faserqualität 11 2.3 Weiterverarbeitung 12 2.4 Statistische Auswertung 13 3. Ergebnisse 15 3.1 Einfluss des Standorte 15 3.2 Einfluss von Standort und Saatstärke 17 3.3 Einfluss von Standort und N-Düngung 19 3.4 Mechanische Untersuchung der Faserbündel nach dem Aufschluss Nafitec 22 3.5 Ermittlung der mechanischen Kennwerte der geprüften Probekörper 23 3.6 Korrelationen zwischen mechanischen Eigenschaften der Faserbündel und der
Probekörper 24 4. Diskussion 26 5. Zusammenfassung 30 6. Schlussfolgerungen für die Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis 31 7. Literaturverzeichnis 32 8. Anhang 35 9. Konsequenzen für eventuelle weitere Forschungsaktivitäten 37 10. Liste über Präsentationen, Vorführungen und Demonstrationen 37 11. Kurzfassung 38
4
1. Einleitung
Der Bau einer neuartigen Faserentholzungsanlage und die Entwicklung hochwertiger
Faserverbundwerkstoffe mit Naturfasern durch die Firma Nafitec in Bielefeld ist die
Grundlage für eine Naturfaserproduktion in NRW. Voraussetzung für eine einheimische
Produktion hochwertiger Industriefasern ist die Entwicklung von standortgerechten und
umweltverträglichen Anbauverfahren. Im Hinblick auf die zu erwartende Senkung der
Flächenbeihilfe auf Getreideniveau ist der Faserpflanzenanbau so zu gestalten, dass das
Leistungs- und Qualitätspotential der Pflanzen optimal ausgeschöpft ist und dabei die Kosten
so gering wie möglich gehalten werden.
1.1 Wissensstand
Der Anbau von Faserpflanzen als nachwachsende Rohstoffe zur Erzeugung von
Faserverbundwerkstoffen ist unter verschiedenen Aspekten positiv zu beurteilen.
Der Einsatz von heute gebräuchlichen synthetischen Fasern wie Glas- oder Asbestfasern zur
Verstärkung von Kunststoffen führt zu Problemen hinsichtlich der Gesundheitsgefährdung
und bei der Wiederverwertung und der Entsorgung. Eine Substitution der Glas- und
Asbestfasern durch Naturfasern würde zu einer erheblichen Umweltentlastung beitragen.
Naturfasern weisen aufgrund ihrer Eigenschaften, insbesondere ihrer Faserlänge, eine
geringere Gesundheitsgefährdung auf und bieten Vorteile bei der Recyklierung und
Entsorgung. Darüber hinaus sind Naturfasern durch ihre geringe Dichte und günstige
mechanische Eigenschaften gekennzeichnet.
Die Industrie hat die Vorteile der Naturfasern erkannt und es sind bereits eine Vielzahl
innovativer Faserprodukte entwickelt worden (KLEBER et al., 1998; KÖHLER et al., 1998;
HAGEDORN, 1999). Der Naturfasereinsatz in der deutschen Automobilindustrie z.B. ist seit
1996 bis heute von 4000 t auf 13000 t angestiegen (KARUS, 1999). Aufgrund der
zunehmenden Nachfrage sind in den letzten Jahren einige Naturfaserschwingen gebaut
5
worden und der großflächige Anbau nimmt jährlich zu. Der Hanfanbau, der in der BRD seit
1996 wieder erlaubt ist, lag 1999 bereits bei 4000 ha, wobei ca. 200 ha erstmals in NRW im
Vertragsanbau für die Fa. Möllerplast angebaut wurden (NOVA,1999a, 1999b). Im Anbaujahr
2001/02 lag der Hanfanbau in NRW bei 153 ha (NOVA, 2002).
Eine gezielte Substitution von synthetischen Fasern (Jahresverbrauch Glasfaser: 300.000 t)
durch bioabbaubare Naturfasern würde der einheimischen Landwirtschaft sowohl
ökonomische als auch ökologische Vorteile bieten. Die Erschließung von neuen
Erwerbsquellen führt zur Verminderung der Überschussproduktion und der damit
verbundenen Subventionen. Darüber hinaus würden die begrenzten Rohstoffressourcen
geschont. Aus ökologischer Sicht bedeutet der Anbau von Faserpflanzen für die Landschaft
und die Landwirtschaft eine Erhöhung der Biodiversität bzw. eine Erweiterung der heute
üblicherweise engen Fruchtfolgen. Zudem könnte der Anbau von Naturfaserpflanzen zu einer
Verminderung von Düngemittel- und Pflanzenschutzmittelaufwand und somit zur
Umweltentlastung beitragen.
Eine nachhaltige, weitgehend subventionsfreie Wettbewerbsfähigkeit des Naturfaseranbaus
kann jedoch nur unter der Prämisse der Produktion von qualitativ hochwertigem, homogenen
Fasermaterial, das unter optimierten Anbaubedingungen kostengünstig und umweltverträglich
erzeugt wird, realisiert werden.
Als einheimische Faserpflanzen, deren Produktion vor Ort eine Verminderung von
Transportwegen und damit eine Kostenreduzierung bedeuten würde, kommen Hanf
(Cannabis sativa L.) und Lein (Linum usitatissimum L.). Der Anbau dieser Pflanzen zur
Produktion textiler Fasern hat im 19. Jahrhundert große Bedeutung besessen und ist erst durch
die Mechanisierung der Baumwollernte und die Entwicklung von Chemiefasern
kontinuierlich zurückgegangen.
Nachdem sich heute neue Märkte für die Naturfasern eröffnen, wurde zunächst bei Faserlein
das Ertrags- und Qualitätspotential des vorhandenen genetischen Materials untersucht und der
Qualitätsvergleich zur Glasfaser zeigt die Chancen des Faserleins auf, im nicht textilen
Bereich eine gewisse Marktbedeutung zu erlangen. Vor allem die geringe Dichte der
6
Naturfasern ist für die Produktion von Leichtbauwerkstoffen von Bedeutung. Mit
Faserleinfasern hergestellte Bauteile erreichten die gleiche Festigkeit wie glasfaserverstärkte
Teile bei einer gleichzeitigen Gewichtsreduzierung um 30 % (HAEPP, 1996).
Der Anbau verschiedener Naturfaserpflanzen könnte die Angebotspalette an einheimischen
Fasern ergänzen. Es wird jedoch über unterschiedliche Ansprüche der Arten an die
Wachstumsfaktoren Klima und Boden berichtet (KAHNT und EUSTERSCHULTE, 1996).
Das Ertragspotential an Gesamttrockenmasse schwankt bei Faserlein zwischen 7-15 t/ha
(RENNEBAUM et al., 1998), bei Hanf zwischen 9-12 t/ha (LBP, 1996; HÖPPNER und
MENGE-HARTMANN, 1994; 1999; MÜNZER, 1999). Lein erreicht höhere Faseranteile als
Hanf. Im Faserertrag wurden mit 44,8 dt/ha bei Hanf die höchsten Werte gefunden (VON
BUTTLAR et al., 1997). Allerdings wurden die Arten nicht unter vergleichbaren
Bedingungen getestet.
Entscheidend für die Bewertung der Eignung der verschiedenen Naturfasern für den
industriellen Einsatz ist die Höhe und Homogenität in den Qualitätseigenschaften. So ist die
Qualität der Naturfasern für eine Verstärkung von Faserverbundwerkstoffen umso besser, je
höher die Faserfestigkeit und je geringer die Wasserdampfaufnahme ist (KEIJZER und
METZ, 1994; MIECK, 1994). Für neu entwickelte Erntemethoden ohne die
witterungsabhängige Röste sind die Trockensubstanz des Strohs bei der Ernte und die
Entholzungseigenschaften, die bisher noch nicht untersucht wurden, von Bedeutung. Im
Vergleich der mechanischen Fasereigenschaften wurden in Untersuchungen von SATLOW et
al. (1994) bei Hanf höhere Faserfestigkeiten als bei Lein gemessen. Dagegen berichten andere
Autoren von gleichen (FÖLSTER, 1995) oder niedrigeren Zugfestigkeiten (ROBSEN, 1994;
GÖBEL, 1994).
Der Einfluss von Genotyp und Umwelt auf die Faserqualität und deren Homogenität ist für
Hanf und Lein kaum erforscht. Differenzen in der Faserfestigkeit waren in Untersuchungen
der LBP (1996) durch Sorten und Anbauorte zu erklären. Bei Lein steigt die Lignifizierung
und damit die Langfaserqualität mit zunehmender Abreife der Fasern (SHARMA, 1986). Bei
Hanf konnte keine Beeinflussung des Ligningehaltes durch Anbauvariationen oder
Erntetermine festgestellt werden (HÖPPNER und MENGE-HARTMANN, 1999). In Bezug
7
auf die Entholzungsmethode berichtet GÖBEL (1994) über höhere Reißfestigkeiten von grün
entholztem im Vergleich zu geröstetem Faserlein. Auch HAGEDORN (1999) bewertet die
Nutzung von ungerösteten Grünfasern positiv, weil sich dadurch Qualitätsschwankungen
durch unterschiedliche Röstgrade weitgehend vermeiden lassen. Die Fasern mit besserer
Ausgangsqualität führen im verpressten Verbund zu einer höheren Biegefestigkeit und einem
höheren Biege-E-Modul (LÜTZENDORF et al., 1999).
Bezüglich der Anbauverfahren von Faserpflanzen ist aus ökologischer Sicht vor allem der
gegenüber anderen Marktfrüchten deutlich verminderte N-Bedarf der Faserpflanzen positiv zu
bewerten. Standfeste Leinsorten erreichen den höchsten Ertrag bei Saatstärken von 2000
keimfähige Samen/m2 ohne N-Düngung (ROWLAND, 1980). Bei Hanf wurden maximale
Erträge bei Saatstärken von 150-250 keimfähige Samen /m2 und 60 kg N/ha erzielt
(HÖPPNER und MENGE-HARTMANN, 1994; BLOCK, 1998; MÜNZER, 1999). Auf
sandigen Böden wurden allerdings auch höhere N-Gaben bis 160 kg/ha ertragswirksam
(MASTEL et al., 1998). Zusätzlich zum geringen N-Bedarf ist der Anbau von Hanf durch den
fehlenden Pflanzenschutzmittelbedarf als sehr umweltverträglich zu bezeichnen.
1.2 Zielsetzung
Zur Optimierung der Rohstoffproduktion ist im einzelnen eine Bewertung von
Standortbedingungen und pflanzenbaulichen Maßnahmen für die Faserqualität von Rohstoff
und Endprodukt vorzunehmen. In einer zusammenfassenden Analyse sind darüber hinaus
Ertragssicherheit und Ertragsleistung in die Beurteilung der Anbauwürdigkeit der
einheimischen Faserpflanzenarten zur Produktion hochwertiger Naturfasern mit
einzubeziehen. Durch die Kooperation von Landwirtschaft (Erzeugergemeinschaft Hanf),
Industrie (Fa. Nafitec) und Wissenschaft (Universität Bonn) ist eine schnelle Umsetzung der
Ergebnisse in die Praxis gewährleistet.
Im einzelnen wurden folgende Fragenkomplexe bearbeitet:
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1. Einfluss des Standorts und anbautechnischer Maßnahmen auf den Ertrag und
ausgewählte Qualitätseigenschaften
Es ist anzunehmen, dass die Ertrags- und Qualitätsbildung stark durch den Anbaustandort
bestimmt wird. Es soll außerdem untersucht werden, wie sich anbautechnische Maßnahmen
auf unterschiedlichen Standorten auf Erträge und Qualitäten auswirken.
2. Einfluss des Standorts auf das Endprodukt Faserverbundwerkstoff
Es soll die Frage geklärt werden, ob der Anbaustandort einen Einfluss auf die Qualität der
Faserverbundwerkstoffe besitzt.
3. Korrelation zwischen der Qualität der Faser als Rohstoff und dem
Faserverbundwerkstoff
Kann man Rückschlüsse von einzelnen Faserqualitätsmerkmalen auf die Qualität der Endprodukte ziehen.
9
2. Material und Methoden
Zur Untersuchung der Variabilität von Hanf wurden die Sorte Fedora 17 mit vier Varianten, 2
Saatstärken und 2 Stickstoffstufen, auf unterschiedlichen Standorten der
„Erzeugergemeinschaft für Faser- und Ölpflanzen zur technischen Verwertung“ in
Ostwestfalen-Lippe (OWL) angebaut. Die Aussaatstärke betrug jeweils 20 und 40 kg/ha (ca.
108 und 216 keimfähige Körner/m²) mit einer Aufdüngung auf je 60 und 120 kg N/ha. Die
Standorte sind durch die in Tab. 2.1 dargestellten Boden- und Klimadaten sowie der
Vorfrüchte charakterisiert.
Tabelle 2.1: Standortbeschreibung der Versuchsflächen in OWL
Die Aussaat erfolgte auf den Standorten von Mitte bis Ende April 2000 (Tab. 2.2) mit den auf
den Betrieben üblichen Sämaschinen in Drillsaat. Die N-Düngung wurde in Form von KAS
ausgebracht.
Für die Untersuchungen der Felderhebungen und Ertragsfeststellung wurden je Parzelle 2 x
1m² abgesteckt, welche von Hand geerntet wurden. Hieran wurde auch die Faserqualität aller
Varianten gemessen. Der Rest der Parzellen wurde maschinell mit der HempCut 3000
geerntet und betriebsüblich weiterbehandelt, d.h. das auf Schwad gelegte Stroh wurde
Höhe ü. NN(m)
Ø Jahres-niederschlag
(mm)Bodenart Ackerzahl
Delbrück 100 750 Sand 20Kalletal 300 850 Lehm 50Steinhagen 137 890 Sand 13Werther 130 890 sandiger Lehm 69
Vorfrucht Zwischen-frucht
Dünger zur Vorfrucht Nmin (kg/ha)
Delbrück Mais - Gülle 20Kalletal - 35Steinhagen Mais - Gülle 9Werther Gerste Senf Gülle 24
Feldgras
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mehrmals zum trocknen gewendet und auf Ballen gepresst. Die Erntetermine der Standorte
sind in Tab 2.2 aufgeführt.
Tabelle 2.2: Aussaat- und Erntetermine der verschiedenen Standorte
In Abb. 2.1 ist die Summe des Niederschlags je Monat im Jahr 2000 der einzelnen Standorte
in OWL dargestellt.
Abb. 2.1: monatlicher Niederschlag der Standorte in OWL
2.1 Felderhebung und Ertragsfeststellung
Während der ganzen Vegetationszeit wurden in den Beständen Zählungen (Keimdichte) und
Messungen ( Höhen- und Dickenwachstum) durchgeführt
Die Aufarbeitung des Probematerials wurde nach der von HEYLAND und KROMER (1995)
beschriebenen Methodik durchgeführt. Die Entholzung wurde wie in Kap. 2.2 beschrieben
verändert.
Niederschläge OWL 2000
020406080
100120140160
Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep
Nie
ders
chla
g in
mm
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
Aussaat H andernte Parzellenernte
Delbrück 22.04. 11.08. 23.08.
K alletal 17.04. 11.08. 14.08.
Steinhagen 29.04. 11.08. 28.08.W erther 19.04. 11.08. 29.08.
11
Es wurde das Frischgewicht der geernteten Handprobe festgestellt, nach Lufttrocknung das
Trockengewicht bei der Ernte festgestellt. Daraus wurde der korrigierte (87 % TM)
Strohertrag (dt/ha) errechnet. Außerdem wurden je 10 Pflanzen pro Parzelle gemessen
(Wuchshöhe, Stängeldurchmesser Mitte), sowie die Stängelanzahl gezählt, um die
Bestandesdichte zu ermitteln.
2.2 Ermittlung der Faserqualität
Die getrockneten Strohproben wurden für die mechanische Entholzung und die Feststellung
des Faseranteils verwendet. Der Faseranteil wurde nach einer mechanischen Entholzung der
ungerösteten Strohprobe auf einer BAHMER-Labor-Flachs-Brecher (BLFB), Typ „Flaksy“
durchgeführt. Es wurden ca. 100 g Stroh entholzt. Da das Hanfstroh zu dick war, wurde es
vorher mittels eines Mähdreschers 1 x (anstelle das erste mal Flaksy) gebrochen und danach
mit der „Flaksy“ entholzt. Nach einer Teilentholzung (3 Walzendurchläufe an der Flaksy)
wurde der Entholzungsgrad, nach der Vollentholzung (10 Walzendurchläufe an der Flaksy)
der Faseranteil und der Restholzanteil ermittelt.
Die mechanischen Eigenschaften wurden mit einer Materialprüfmaschine ZWICK 1445 mit
einer Einspannlänge von 10 mm am Institut für Landtechnik in Bonn nach der von
BECKMANN (1998) beschriebenen Methode festgestellt.
Faserqualitätsmerkmale:
Vegetative Merkmale:
• Faseranteil nach Vollentholzung (%)
• Faserertrag nach Vollentholzung (kg/ha)
Entholzungseigenschaften:
• Entholzungsgrad (%): (= leicht entholzbarer Anteil) Anteil des nach Teilentholzung
(3 Walzendurchläufe) bereits entfernten Holzteils am gesamten Holzverlust nach 10
Walzendurchläufen
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• Restholzanteil (%): (= schwer entholzbarer Anteil) gibt an, welcher Anteil des Gewichtes
nach Teilentholzung noch aus Schäben besteht
Mechanische Stoffeigenschaften:
Probenvorbereitung: 50 Faserbündel / Probe (davon 24 auswertbar), 100 mm Länge
Messungen:
• Bündeldurchmesser (mm): mittels Lasermikrometer zur Berechnung der
Querschnittsfläche
• Feinheit (tex): Gewicht pro 100 mm Länge
Zugprüfung: Einspannlänge: 10 mm; Prüfgeschwindigkeit: 3 mm / Min.; Vorkraft: 0,05 N
• Höchstzugkraft (N) bei max. Kraft: entspricht meist der Reißkraft
• Dehnung (%) bei Höchstzugkraft
Errechnete Merkmale:
• Zugfestigkeit (MPa): Höchstzugkraft bezogen auf die Querschnittsfläche
• Feinheitsbezogene Höchstzugkraft (cN/tex): Höchstzugkraft bezogen auf die Feinheit
E- Modul (MPa): Höchstzugkraft bezogen auf die Dehnung
2.3 Weiterverarbeitung
Das Stroh der unterschiedlichen Standorte wurde vor dem Aufschluss optisch auf den
Röstgrad geschätzt. Hierbei wurden alle drei Chargen als leicht bis mittel geröstet bewertet. In
Tab. 2.3 werden die Einflüsse der Witterung und der mechanischen Belastung auf das Stroh
vor dem Pressen dargestellt.
13
Tab. 2.3: Einflüsse durch Witterung und Wendevorgang auf das Hanfstroh
Charge Delbrück Kalletal Werther
Tage bis zur Bergung 10 6 12
Niederschlagstage - - 6
Anzahl Wendevorgänge 3 2 2
Das Stroh der Parzellen mit der hohen Saatstärke (40 kg/ha) und der hohen N-Düngung (120
kg N/ha) wurden bei der Firma Nafitec mit dem „Impact“- Verfahren aufgeschlossen. Dies
geschieht durch Prall-, Scher- und Biegebeanspruchung. Im Rahmen einer Diplomarbeit bei
Nafitec, welche geschützt als Betriebsgeheimnis bei Nafitec vorliegt, wurden aus jeder
Charge Faserverbund-Probekörper durch Press- bzw. Spritzverfahren aus Hanffasern und
dem Kunststoff Polypropylen (PP) hergestellt. An diesen wurden jeweils folgende
mechanischen Untersuchungen durchgeführt:
Charpy- Schlagzähigkeit (kJ/m²)
Zugfestigkeit (MPa)
E-Modul (MPa)
Biegefestigkeit (MPa)
Biegemodul (MPa)
Bei diesen Untersuchungen konnten nur Chargen der Standorte Delbrück, Kalletal und
Werther untersucht werden. Das Stroh des Standorts Steinhagen konnte nicht trocken
geborgen werden und verschimmelte.
Von allen drei Chargen wurden Buchflächen der gespritzten Zugproben unter dem Raster-
Elektronen-Mikroskop (REM) betrachtet, um die Eigenschaften des Polymer-Faser-
Verbundes vergleichen zu können.
2.4 Statistische Auswertung
Die statistische Auswertung der erhobenen Daten wurden mit dem Programm SAS, Version
8.1, durchgeführt. Die Varianzanalysen erfolgten unter Verwendung der SAS-Prozedur
ANOVA. Falls es nicht ausdrücklich im Ergebnisteil und im Tabellenanhang anders vermerkt
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ist, wurde bei den einzelnen Verrechnungen eine Irrtumswahrscheinlichkeit (p) von α ≤ 0,05
gewählt. Grenzdifferenzen (GD5%) der Mittelwertsvergleiche von Hauptwirkungen werden
für eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % angegeben. Ansonsten bezeichnen die
Signifikanzschwellen folgende
Irrtumswahrscheinlichkeiten:
n.s. = nicht signifikant
α ≤ 0,05 = * (signifikant)
α ≤ 0,01 = ** (hoch signifikant)
α ≤ 0,001= *** (höchst signifikant)
• Mittelwertsvergleiche wurde mit Hilfe des Tukey- Tests durchgeführt
• Korrelationsrechnungen wurden nach Pearson gerechnet
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3. Ergebnisse
In einem einjährigen Versuch wurde in Ostwestfalen-Lippe die Sorte Fedora 17 auf vier
verschiedenen Standorten angebaut, um den Einfluss der verschiedenen Standorte auf Ertrag
und Qualität bei Hanf zu untersuchen. Für den Anbau von Lein waren diese Standorte nicht
geeignet, da auf diesen in den Vorjahren auch Gülle ausgebracht worden ist. Der Lein, der in
diesen Versuchen angebaut wurde ist so stark ins Lager gegangen, dass dieser nicht mehr
geerntet werden konnte.
Zuerst werden die Ergebnisse dargestellt die mit dem Bonner Aufschluss ermittelt worden
sind. Diese wurden über beide Saatstärken und Düngestufen untersucht. Die Untersuchungen
des Aufschlusses Nafitec und der Probekörper stammen alle von Parzellen mit der hohen
Saatstärke (40 kg/ha) und der hohen N-Düngung (120 kg N/ha)
3.1 Einfluss des Standortes
Ertrags- und qualitätsbestimmende Merkmale
Die Bestandesdichte unterscheidet sich nicht signifikant zwischen den Standorten, der
Stängeldurchmesser am Standort Werther ist mit 9 mm jedoch signifikant dicker als bei den
übrigen Standorten mit durchschnittlich 7,5 mm. Die Bestände erreichen auf diesem Standort
auch die größte Wuchshöhe (Tab. 3.x).
Tab. 3.1: Ortsmittelwerte für ertrags- und qualitätsbestimmende Merkmale bei Hanf (Mittel= 2 Saatstärken, 2 N-Stufen, 2 Blöcke)
Ort
Keim
dichte (Pfl/m²)
Bestandesdichte (St/m
²)
Ausdünnung (%
)
Stängeldurchmesser (m
m)
Wuchshöhe (cm
)
Strohertrag (dt/ha)
Faseranteil (%)
Faserertrag (kg/ha)
Entholzungsgrad (%)
Restholzanteil (%
)
Delbrück 121 69,1 34,8 7,62 288 82,7 27,9 2281 87,1 26,2Kalletal 95 63,4 28,9 7,45 264 74,7 31,8 2399 84,1 26,3Steinhagen 97 69,9 24,0 7,65 273 79,3 28,3 2256 85,5 27,7Werther 121 60,1 44,9 9,02 297 98,0 31,5 3116 84,9 25,0
Mittel 108 65,6 33,2 7,93 281 83,7 29,9 2513 85,4 26,3min 95 60,1 24,0 7,45 264 74,7 27,9 2256 84,1 25,0max 121 69,9 44,9 9,02 297 98,0 31,8 3116 87,1 27,7GD5% n.s. n.s. n.s. 0,95 20,0 n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.
16
Die Unterschiede in den Erträgen und im Faseranteil lassen sich nicht signifikant absichern.
Mit 98 dt/ha Stroh- und 3116 kg/ha Faserertrag werden am Standort Werther jedoch
tendenziell die höchsten Erträge festgestellt. Der Faseranteil ist an den Standorten Werther
und Delbrück mit ca. 32 % und in Kalletal und Steinhagen mit ca. 28 % je vergleichbar.
Einfluss des Strohertrags und Faseranteils auf den Faserertrag
0102030405060708090
100
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
Erträ
ge (d
t/ha)
05101520253035404550
Fase
rant
eil (
%)
Strohertrag (dt/ha) Faserertrag (dt/ha) Faseranteil (%)
Abb. 3.2: Ortsmittelwerte für den Strohertrag, Faseranteil und Faserertrag (Mittel= 2 Saatstärken, 2 N-Stufen, 2 Blöcke)
Mechanische Stoffeigenschaften
Die feinsten Fasern mit 4,10 tex sind in Kalletal zu finden, die gröbsten in Werther mit 5,29
tex. Die Höchstzugkraft ist in Werther am höchsten mit 2,90 N und in Kalletal am,
niedrigsten mit 2,32 N. Auf die feinheitsbezogene Höchstzugkraft hat dies jedoch keinen
signifikanten Einfluss. Auch bei der Dehnung und dem E-Modul sind die Werte des
Standortes Werther am höchsten.
17
Tab. 3.2: Ortsmittelwerte für mechanische Stoffeigenschaften bei Hanf sowie deren Standard- abweichungen ( s ) ( Mittel = 2 Saatstärken 2 N-Stufen und 24 Messwiederholungen)
Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Differenzen beim Mittelwertvergleichs an
3.2 Einfluss von Standort und Saatstärke
Ertrags- und qualitätsbestimmende Merkmale
Bestandesdichte
020406080
100
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Pfla
nzen
/m²
Stängeldurchmesser
02468
10
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Dur
chm
esse
r (m
m)
Wuchshöhe
050
100150200250300350
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Wuc
hshö
he (c
m)
Abb. 3.2: Mittelwerte für die Bestandesdichte und Stängeldurchmesser an vier Orten für
2 Saatstärken (Mittel= 2 N-Stufen, 2 Blöcke) p gibt die signifikanten Unterschiede einer Varianzanalyse bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%, 1% und 0,1 % an
Standort
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s
Delbrück 0,093 ab 0,030 5,29 a 2,35 2,65 ab 1,37 2,76 ab 1,04 53,7 a 23,8 445 a 266 15149 ab 8539
Kalletal 0,083 b 0,025 4,10 b 1,98 2,32 b 1,36 2,82 ab 1,05 60,6 a 32,6 454 a 263 14918 ab 7189
Steinhagen 0,094 a 0,032 4,79 ab 2,20 2,52 ab 1,44 2,55 b 1,04 55,7 a 25,3 407 a 222 14133 b 8974
Werther 0,091 ab 0,029 5,29 a 2,88 2,90 a 1,51 2,91 a 0,88 59,0 a 22,2 501 a 311 17360 a 9714
Mittelwert 0,090 4,86 2,60 2,76 57,2 452 15390
GD5% 0,010 0,80 0,51 0,35 n.s. n.s. 3197
feinh. Höchstzugkraft (cN
/tex)
Zugfestigkeit (MPa)
E-Modul (M
Pa)
Bündeldurchm
esser (mm
)
Feinheit (tex)
Höchstzugkraft (N
)
Dehnung (%
)
20 kg Saatgut/ha 40 kg Saatgut/ha
Varianztabelle: Bestandesdichte: Saat p = 0,001
Ort x Saat p = 0,001 Stängeldurchmesser: Saat p = 0,05 Wuchshöhe: Saat p = 0,01
18
Die Bestandesdichten sind bei der niedrigen Saatstärke an jedem Standort am niedrigsten. Sie
unterscheiden sich auch zwischen den Standorten (Abb. 3.2). In Kalletal ist die Pflanzenzahl
bei 20 kg/ha mit 35 Pflanzen/m² am niedrigsten, aber bei 40 kg/ha mit 92 Pflanzen/m² am
höchsten; der Unterschied beträgt 57 Pflanzen. In Steinhagen ist der Unterschied mit 40
Pflanzen auch noch hoch. In Delbrück beträgt der Unterschied zwischen der niedrigen und
hohen Saatstärke 16 Pflanzen/² und in Werther 12 Pflanzen/m². Der Stängeldurchmesser
unterscheidet sich nur zwischen den Saatstärken signifikant. Durch hohe Saatstärken werden
dünnere Stängel erzeugt (Abb. 3.2). Bei der niedrigen Saatstärke wurden größere
Wuchshöhen gemessen als bei der hohen Saatstärke. In Delbrück und Werther wuchsen die
Pflanzen höher als in Kalletal und Steinhagen.
Durch eine Erhöhung der Saatstärke lassen sich die Erträge auf allen Standorten nur
tendenziell erhöhen (Abb. 3.3). Es ist zu erkennen, dass in Werther der Stroh-, als auch der
Faserertrag bei der niedrigeren Saatstärke mit 107,5 dt/ha und 3451 kg/ha am höchsten sind.
In Kalletal und Steinhagen ist der Faserertrag bei der hohen Saatstärke tendenziell höher als
bei der niedrigen Saatstärke. In Delbrück ist kein Ertragsunterschied feststellbar. Der
Faseranteil steigt bei einer Erhöhung der Saatdichte. Der Faseranteil ist in Kalletal und in
Steinhagen bei der hohen Saatstärke höher. In Delbrück und Werther hat die Saatstärke
keinen so großen Einfluss auf den Faseranteil.
Strohertrag
020406080
100120
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Stro
hert
rag
(dt/h
a)
Faseranteil
0
1020
30
40
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Fase
rant
eil (
%)
Faserertrag
0
1000
2000
3000
4000
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Fase
rertr
ag (k
g/ha
)
Abb. 3.3: Mittelwerte für den Strohertrag, Faseranteil und Faserertrag an vier Orten für 2 Saatstärken
(Mittel= 2 N-Stufen, 2 Blöcke). p gibt die signifikanten Unterschiede einer Varianzanalyse bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%, 1% und 0,1 % an.
20 kg Saatgut/ha 40 kg Saatgut/ha
Varianztabelle: Strohertrag: nicht signifikant Faseranteil: Saat p = 0,05 Faserertrag: nicht signifikant
19
Mechanische Stoffeigenschaften
Durch eine Erhöhung der Saatstärke lässt sich die Dehnung signifikant erhöhen (Abb. 3.4).
Wechselwirkungen mit dem Standort konnten nicht gesichert werden. Die übrigen Daten sind
in der Anhangstabelle dargestellt
Dehnung
0,00,51,01,52,02,53,03,5
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
Deh
nung
(%)
20 kg /ha 40 kg/ha
Abb. 3.4: Mittelwerte für die Dehnung an vier Orten für 2 Saatstärken (Mittel= 2 N-Stufen, 24 Messwiederholungen) (Dehnung: p = 0,05)
3.3 Einfluss von Standort und N-Düngung
Ertrags- und qualitätsbestimmende Merkmale
Durch eine Erhöhung der N-Düngung blieben die Pflanzen, bis auf dem Standort Delbrück,
im Wuchs kleiner (Abb. 3.5). Auf die übrigen ertragsbildenden Merkmalen hatte die N-
Düngung keinen signifikanten Einfluss.
Wuchshöhe
050
100150200250300350
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
Wuc
hshö
he (c
m)
60 kg N/ha 120 kg N/ha
Abb. 3.5: Mittelwerte für die Wuchshöhe an vier Orten für 2 N-Stufen (Mittel= 2 Saatstärken,
2 Blöcke) (Wuchshöhe: p = 0,05)
20
Auch bei den Erträgen konnte kein signifikanter Einfluss der N-Düngung festgestellt werden
(Abb. 3.6).
Strohertrag
020406080
100120
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Stro
hertr
ag (d
t/ha)
Faseranteil
0
10
20
30
40
Delbrück Kalletal Stein-hagen
WertherFa
sera
ntei
l (%
)
Faserertrag
0
1000
2000
3000
4000
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Fase
rertr
ag (k
g/ha
)
Abb. 3.6: Mittelwerte für den Strohertrag, Faseranteil und Faserertrag an vier Orten für
2 N-Stufen (Mittel= 2 Saatstärken, 2 Blöcke) p gibt die signifikanten Unterschiede einer Varianzanalyse bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%, 1% und 0,1 % an
Tendenziell sind jedoch die Erträge, bis auf den Standort Delbrück, bei der niedrigen N-Gabe
höher als bei der hohen N-Gabe. In Werther ist der Faserertrag durch den hohen Faseranteil
bei der hohen N-Stufe, bei beiden N-Stufen fast gleich hoch. Auf den übrigen Standorten ist
der Faseranteil bei 60 kg N/ha tendenziell höher.
Mechanische Stoffeigenschaften
Durch eine erhöhte N-Gabe steigt der Bündeldurchmesser auf den Standorten bis auf
Steinhagen. Dort ist der Bündeldurchmesser bei der niedrigen N-Düngung leicht höher. Die
Feinheit der Faserbündel unterscheidet sich in Steinhagen nicht, auf den übrigen Standorten
sind sie bei der hohen N-Düngung gröber. Die Höchstzugkraft ist bei der hohen N-Gabe auf
allen Standorten höher. Die feinheitsbezogene Höchstzugkraft ist in Delbrück und Kalletal
60 kg N/ha 120 kg N/ha Varianztabelle: Strohertrag: nicht signifikant Faseranteil: nicht signifikant Faserertrag: nicht signifikant
21
bei einer Düngung von 60 kg N/ha am höchsten, in Steinhagen ist es umgekehrt und in
Werther unterscheiden sich die Werte kaum voneinander. Die Dehnung ist in Kalletal,
Steinhagen und Werther bei 120 kg N/ha höher, in Delbrück verhält es sich anders herum
(Abb. 3.7).
Durchmesser
0,000,020,040,060,080,100,12
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Dur
chm
esse
r (m
m)
Feinheit
01234567
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Fein
heit
(tex)
Höchstzugkraft
0
1
2
3
4
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Höc
hstz
ugkr
aft (
N)
Dehnung
0
1
2
3
4
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
Deh
nung
(%)
feinheitsbezogene Höchstzugkraft
010203040506070
Delbrück Kalletal Stein-hagen
Werther
fein
h. b
ezog
ene
Höc
hstz
ugkr
aft
(cN
/tex)
Abb. 3.7: Mittelwerte für den Durchmesser, die Feinheit, die Höchstzugkraft, Dehnung und
feinheitsbezogene Höchstzugkraft an vier Orten für 2 N-Stufen (Mittel= 2 Saatstärken, 24 Messwiederholungen)
60 kg N/ha 120 kg N/ha Varianztabelle: Durchmesser: N p = 0,001 Ort x N p = 0,05 Feinheit: N p = 0,001 Ort x N p = 0,001 Höchstzugkraft: N p = 0,001 Dehnung: N p = 0,001 Ort x N p = 0,001 feinheitsbezogene Höchstzugkraft: Ort x N p = 0,001
22
3.4 Mechanische Untersuchung der Faserbündel nach dem Aufschluss Nafitec
Tab. 3.3: Ortsmittelwerte für mechanische Stoffeigenschaften bei Hanf sowie deren Standard- abweichungen ( s ), Aufschluss Nafitec ( Mittel = 24 Messwiederholungen)
Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterscheide beim Mittelwertvergleich an
Die gröbsten Fasern mit 52,2 tex stammen vom Standort Delbrück, die übrigen Standorte
liegen um die 36 tex (Tab. 3.3). Die Faserbündel mit der höchsten Höchstzugkraft (15,5 N)
sind in Delbrück zu finden, die mit der niedrigsten mit 6,81 N in Steinhagen. Dies führt dazu,
dass in Steinhagen auch die feinheitsbezogene Höchstzugkraft am niedrigsten ist. Auch die
Dehnung ist wiederum in Steinhagen am geringsten mit 2,77 % und in Delbrück am höchsten
mit 5,43 %.
Faserqualitäten im Vergleich der Aufschlussanlagen
Ein Vergleich der Faserqualitäten der Faserbündel im Bezug zum Aufschlussverfahren zeigt,
dass hier keine Korrelationen festgestellt werden können. Im Mittel sind die Faserbündel
beim Aufschluss Nafitec größer und damit auch gröber. Die Höchstzugkraft ist hier höher,
ebenso wie die Dehnung. Im Gegenzug haben die Faserbündel beim Aufschluss Bonn eine
höhere feinheitsbezogene Höchstzugkraft, eine höhere Zugfestigkeit, sowie ein höheres E-
Modul (Tab3.4).
Standort
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sDelbrück 0,44 a 0,210 52,2 a 13,20 15,5 a 6,67 5,43 a 2,18 31,2 a 13,2 169 139 3919 2631Kalletal 0,32 b 0,160 36,2 b 14,60 11,1 b 5,65 4,45 ab 1,68 32,3 a 10,1 189 108 5224 2599Steinhagen 0,36 ab 0,130 35,8 b 9,79 6,81 c 2,72 2,77 c 0,77 19,3 b 6,80 151 225 6306 9665Werther 0,40 ab 0,180 36,0 b 9,63 11,2 b 4,43 3,73 bc 1,45 31,6 a 9,74 131 76 4138 2472
Mittelwert 0,38 40,1 11,1 4,09 28,6 160 4897GD5% 0,09 9,43 4,16 1,33 7,68 n.s. n.s.
feinh. Höchstzugkraft (cN
/tex)
Zugfestigkeit (MPa)
E-Modul (M
Pa)
Bündeldurchm
esser (mm
)
Feinheit (tex)
Höchstzugkraft (N
)
Dehnung (%
)
23
Tab. 3.4: Vergleich der Faserqualitäten von Hanf nach unterschiedlichen Aufschlussverfah- ren, sowie deren Standardabweichung ( s ) und Korrelationskoeffizienten ( r ) (Mittel= 4 Standorte (S2/N2), 24 Messwiederholungen)
3.5 Ermittlung der mechanischen Kennwerte der geprüften Probekörper
In Tab. 3.5 sind die Ergebnisse der mit PP verpressten Naturfasermatten aufgelistet. Die
Charpy- Schlagzähigkeit ist beim Probekörper aus Delbrück am höchsten mit 10,7 kJ/m². Die
aus Kalletal ist mit 8 kJ/m² signifikant niedriger. In Kalletal kommt noch hinzu, dass die
Streuung am höchsten ist. Die übrigen Kennwerte unterscheiden sich zwischen den
Standorten nicht signifikant. Auffallend sind aber die jeweiligen Standardabweichungen. Bei
der Zugfestigkeit ist die Streuung der Probe aus Werther mit 2,6 sehr hoch. Dies trifft
ebenfalls für den E-Modul zu mit 236 im Gegensatz zu ca. 89,5 der anderen beiden Standorte.
Bei der Biegefestigkeit und dem Biegemodul haben die Proben aus Werther die geringsten
Streuungen, tendenziell aber auch die niedrigsten Festigkeiten.
Tab. 3.5: Mittel der mechanische Kennwerte Charpy- Schlagzähigkeit (n=10), Zugfestigkeit (n=7), E-Modul (n=7), Biegefestigkeit (n=7) und Biegemodul (n=7), sowie deren Standardabweichungen ( s ) der gepressten Probekörper
Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Differenzen beim Mittelwertvergleich an
Aufschlussverfahren
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sNafitec 0,38 0,17 40,1 15,0 11,15 5,88 4,09 1,86 28,6 11,4 160 147 4897 5322Bonn 0,25 0,08 23,4 6,6 8,24 3,94 3,05 1,17 35,6 15,0 201 145 6745 3912
r = -0,03 0,12 -0,08 -0,06 -0,12 -0,06 -0,04
feinh.Höchstzugkraft
(cN/tex)
Zugfestigkeit (MPa)
E-Modul (M
Pa)
Bündeldurchm
esser (mm
)
Feinheit (tex)
Höchstzugkraft (N
)
Dehnung (%
)
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sDelbrück gepresst 10,7 a 1,3 12,9 1,3 670 89 8,82 2,2 512 204Kalletal gepresst 8,0 b 2,2 9,9 1,2 511 90 8,14 1,9 389 156Werther gepresst 9,0 ab 1,5 12,0 2,6 688 236 7,47 1,1 362 82
Mittel 9,2 11,6 623 8,14 421GD5% 1,89 n.s. n.s. n.s. n.s.
(MPa)(kJ/m²)Biegemodul
(MPa)(MPa)(MPa)Charpy-Schlagzähigkeit Zugfestigkeit E-Modul Biegefestigkeit
24
In Tab. 3.6 sind die Ergebnisse der gespritzten Probekörper aufgelistet. Die Probekörper aus
Werther besitzen bei der Charpy- Schlagzähigkeit, der Zugfestigkeit, dem E-Modul, sowie der
Biegefestigkeit die signifikant höchsten Festigkeiten. Beim Biegemodul besitzt Kalletal die
niedrigste Festigkeit. Auffällig ist, das bei allen Untersuchungen die Probekörper aus
Delbrück die höchsten Streuungen aufweisen.
Tab. 3.6: Mittel der mechanischen Kennwerte Charpy- Schlagzähigkeit (n=10), Zugfestigkeit (n=7), E-Modul (n=7), Biegefestigkeit (n=7) und Biegemodul (n=7), sowie deren Standardabeichungen ( s ) der gespritzten Probekörper
Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Differenzen beim Mittelwertvergleich an
3.6 Korrelationen zwischen mechanischen Eigenschaften der Faserbündel und der
Probekörper
Tab. 3.7: Korrelationskoeffizienten ( r ) zwischen mechanischen Eigenschaften der Faserbündel und der Probekörper
Es wurden nur r signifikant verschieden zu 0 aufgenommen, * p ≤ 0,05
Charpy-
Schlagzähigkeit (kJ/m
²)
Zugfestigkeit (M
Pa)
E-Modul
(MPa)
Biegefestigkeit
(MPa)
Biegem
odul (M
Pa)
Charpy-
Schlagzähigkeit (kJ/m
²)
Zugfestigkeit (M
Pa)
E-Modul
(MPa)
Biegefestigkeit
(MPa)
Biegem
odul (M
Pa)
Bündeldurchmesser (mm) 0,99 *Feinheit (tex)Höchstzugkraft (N)Dehnung (%) 0,99 * - 0,99 *feinh. Höchstzugkraft (cN/tex) - 0,99 *Zugfestigkeit (MPa) - 0,99 *E-Modul (MPa)
gepresst gespritzt
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sDelbrück gespritzt 17,8 b 2,0 45,2 b 2,3 3502 ab 312 56,8 a 1,4 3407 a 332Kalletal gespritzt 19,3 ab 1,5 44,4 b 0,2 3274 b 151 53,9 b 0,4 3010 b 186Werther gespritzt 20,5 a 1,9 49,5 a 0,5 3847 a 132 59,1 c 0,3 3479 a 100
Mittel 19,2 46,4 3541 56,6 3299GD5% 2,01 2,32 361 1,2 310
E-Modul Biegefestigkeit Biegemodul(kJ/m²) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
Charpy-Schlagzähigkeit Zugfestigkeit
25
In Tab. 3.7 sind die Korrelationskoeffizienten zwischen den mechanischen Eigenschaften der
Faserbündel und der daraus hergestellten Probekörper dargestellt. Bei den gepressten
Probekörpern konnte eine sehr starke positive Korrelation zwischen der Zugfestigkeit der
Probekörper und dem Bündeldurchmesser sowie eine stark negative zur der
feinheitsbezogenen Höchstzugkraft festgestellt werden. Die Biegefestigkeit korreliert stark
mit der Dehnung.
Bei den gespritzten Probekörpern bestehen jeweils starke negative Korrelationen zwischen
der Charpy- Schlagzähigkeit und der Dehnung, sowie dem E-Modul der Probekörpers zur
Zugfestigkeit.
26
4. Diskussion
Obwohl die Standorte doch recht verschieden sind, vor allem hinsichtlich des Bodens,
konnten kaum signifikante Unterschiede bei den Ertrags- und qualitätsbestimmenden
Merkmalen ausgemacht werden, Tendenzen sind jedoch erkennbar.
Werther hat von den vier Standorten mit einem sandigem Lehm und einer Ackerzahl von 69
den besten Boden. Dies führt dazu, dass hier tendenziell die höchsten Erträge erzielt werden
konnten. Der hohe Strohertrag (98 dt/ha) wird vor allem sehr dicke Stängeldurchmesser und
hohe Wuchshöhen, welche beide signifikant größer zu den anderen Standorten sind, erreicht.
Da auch der Faseranteil recht hoch ist, können auf diesem Standort die höchsten Fasererträge
erzielt werden. Die Ausdünnung ist in Werther am höchsten und damit die Bestandesdichte
am niedrigsten. Die sandigen Standorte Delbrück und Steinhagen weisen tendenziell die
geringeren Faseranteile auf und damit auch niedrigere Fasererträge. Selbst der relativ hohe
Strohertrag von 82,7 dt/ha in Delbrück kann den Faserertrag nicht anheben. Die Stroherträge
unterscheiden sich selbst auf den Sandstandorten nicht signifikant voneinander. Eine
ausreichende Wasserversorgung ist für die Realisierung eines guten Biomasseertrag von
großer Bedeutung (HÖPPNER und MENGE-HARTMANN, 1994). Im Jahr 2000 ist auf allen
Standorten genügend Niederschlag gefallen, so dass selbst auf den Sandböden mit ihrem
niedrigen Wasserpotential Wasser keinen limitierenden Faktor darstellte. Hier ist es
interessant, wie sich die Erträge auf den einzelnen Standorten in trockenen Jahren darstellen.
Standortunterschiede scheinen jedoch für den Ertrag nicht so bedeutend zu sein wie
Sortenunterschiede (VON BUTTLAR et al., 1997; MASTEL et al., 1998; VETTER und
GRAF, 1999).
Die Faserfestigkeiten sind auf dem Standort Werther immer mit am höchsten. Hier scheint
sich der optimale Boden positiv auszuwirken. Die Nährstoffnachlieferung ist auf sandigen
Tonböden gut und auch das Wasserhaltevermögen ist optimal.
Die Saatstärke hat auf keinem Standort einen signifikanten Einfluss auf den Stroh- und
Faserertrag. Durch die höhere Saatstärke wird der Faseranteil in den Stängeln erhöht. Dies hat
jedoch keinen signifikanten Einfluss auf den Faserertrag. Auch MASTEL et al. (1998) und
MÜNZER (1999) konnten keinen Ertragsanstieg bei weiteren Saatstärkesteigerungen
beobachten. Wie auch schon MEDIAVILLA et al. (1998) beobachteten nimmt der
27
Stängeldurchmesser mit der Saatstärke ab. Dies ist auch bei der Wuchshöhe festzustellen. Auf
allen Standorten konnten bei der hohen Saatstärke eine Erhöhung der Dehnung der
Faserbündel festgestellt werden.
Auch durch die N-Düngung lassen sich die Erträge auf den Standorten 2000 nicht signifikant
erhöhen. Bei RÖHRICHT et al. (1997) war dagegen eine Erhöhung von 60 auf 120 kg N/ha
ertragswirksam. Nach MASTEL et al. (1998) lohnt sich auf Sandstandorten sogar eine N-
Steigerung bis 160 kg/ha. Da im Versuchsjahr genügend Niederschlag auch auf den
Sandstandorten zur Verfügung stand ist anzunehmen, dass genug Stickstoff aus dem Boden
mineralisiert werden konnte und auch zur Verfügung stand. Andererseits war es nicht zu viel
Niederschlag, so dass es nicht zu Auswaschungen gekommen ist. Durch eine erhöhte N-
Düngung werden die Fasern gröber, die Höchstzugkraft und die Dehnung nehmen zu. Nur auf
dem Standort Delbrück verhält es sich bezüglich der Feinheit und der Dehnung andersherum.
Die feinheitsbezogene Höchstzugkraft ist in Delbrück und Kalletal bei wenig N am höchsten,
in Steinhagen bei viel N. In Werther scheint der Stickstoff keinen Einfluss hierauf zu haben.
Nach HÖPPNER und MENGE-HARTMANN (1995) und BÓCSA (1997) verschlechtern sich
die mechanischen Eigenschaften bei höherer N-Düngung.
Faserqualitäten im Vergleich der Aufschlussanlagen
Die oben diskutierten Faserqualitäten über die Orte entstanden im Mittel über die Saatstärken
und N-Stufen von der Handernte. Für den Vergleich mit den Probekörpern wurden noch
einmal die Fasern nach dem Aufschluss Nafitec und dem Aufschluss Bonn der zu
Probekörpern verarbeiteten Strohparzellen (hohe Saatstärke und N-Düngung) untersucht. Es
fällt auf, dass hier die Fasern beider Aufschlüsse sehr dick sind im Gegensatz zu den Werten
über alle Parzellen. Hier sieht man sehr deutlich, welchen Einfluss die Aufarbeitung der
Faserproben besitzt. Sie wurden von 2 verschiedenen Personen durchgeführt und sind nicht
vergleichbar.
Nach dem Aufschluss Nafitec findet man in Delbrück die gröbsten Fasern mit den höchsten
mechanischen Festigkeiten. Die feinsten Fasern mit den geringsten Festigkeiten kommen aus
Steinhagen. In Steinhagen konnte das Stroh nicht trocken gepresst werden. Durch pilzlichen
Befall wurden die Fasern stark angegriffen. Diese Charge wurde auch nicht zu Probekörpern
verarbeitet. Werther und Kalletal unterscheiden sich in den Faserqualitäten nicht voneinander.
28
Ein Vergleich der Aufschlussarten zeigt, dass sich keine Korrelationen herstellen lassen. Zum
einen stammt das Material für den Aufschluss Bonn aus reinem Grünhanf der Handernte. Das
Material des Aufschlusses Nafitec wurde dagegen leicht geröstet und vorher schon
mechanisch beansprucht. Zum anderen werden die Fasern durch die unterschiedlichen
Verfahren anders beansprucht. Man hätte hier das gepresste Material auch mit dem Bonner
Aufschluss untersuchen müssen. Um die Qualität der Fasern auf dem Feld feststellen zu
können, müsste man die selbe Aufschlussmethode wie später im Werk nutzen und mit
Material des selben Röstgrads arbeiten.
Bewertung der mechanischen Messwerte der geprüften Probekörper
Bei den gepressten Probekörpern liegen kaum signifikante Unterschiede beim
Mittelwertsvergleich vor. Dagegen kann man bei der Standardabweichung große
Unterschiede erkennen. Die Standardabweichung ist ein Kennwert über die Güte bzw.
Qualität einer Charge. Große Streuungen lassen sich vor allem auf das inhomogene Gefüge
der gepressten Naturmatten zurückführen. Obwohl die PP- und Naturfasern sorgfältig
gemischt worden sind, kann es innerhalb einer Naturfasermatte noch zu PP- oder
Hanfverdichtungen kommen. Durch den Pressvorgang sind eventuell nicht alle Mattenzonen
gleichmäßig verdichtet worden, wodurch sich stellenweise Lufteinschlüsse gebildet haben.
Bei der Versuchsdurchführung wurden deshalb Probekörper mit sichtbaren Lufteinschlüssen
oder stark welliger Oberfläche aussortiert.
Die Chargen der gespritzten Probekörper unterscheiden sich stärker voneinander. Die
Versuchsreihen der Probekörper aus Delbrück weisen durchweg hohe Standardabweichungen
auf. In der Gesamtbetrachtung befinden sich die ermittelten Messwerte im vorderen Bereich.
Um vergleichsweise hohe Werte zu erhalten, muss die Ankopplung zwischen dem PP und den
Naturfasern gut sein. Die Bruchfläche der Charge aus Werther erscheint unter dem REM glatt
und hat kaum Lufteinschlüsse, die Fasern sind nicht ohne Widerstand aus dem Polymer-
Faser-Verbund herausgerissen worden. Diese Beobachtung und die hohen Messwerte deuten
auf eine gute Ankopplung hin. In der Bewertung zeigt die hohe Standardabweichung dieser
Charge eine ungünstige Streuung, die sich negativ auf die Bauteileigenschaften auswirken
kann. Für die Konstruktion ist es von Vorteil, wenn die Chargen nur in einem engen Bereich
streuen, um möglichst gleiche Bedingungen zu haben.
29
Die Messwerte der Charge aus Kalletal liegen eher im unteren Bereich. Aufnahmen des REM
zeigen, das die Fasern nicht aufgeraut, sondern glatt aus dem Verbund herausgezogen worden
sind. Die Bruchfläche wirkt stärker zerklüftet und es sind mehr Lufteinschlüsse sichtbar. Die
Ankopplung des Polymer-Faser-Verbundes sind hier im Vergleich zu den anderen Chargen
gering. Die Standardabweichungen sind bei dieser Charge jedoch relativ gering. Diese Charge
ist somit eher für den Einsatz bei geringen Bauteilbelastungen zu empfehlen.
Die Probekörper der Charge aus Werther zeichnen sich durch hohe Werte und geringe
Standardabweichungen aus. Die REM- Aufnahmen zeigen, dass die Fasern mit hohem
Widerstand aus dem Polymer-Faser-Verbund herausgerissen worden sind. Die Fasern sind
einerseits stark aufgeraut, andererseits sind sie so fest mit dem Polymer verbunden, dass sie
glatt abreißen. Diese Charge verfügt somit über einen sehr guten Polymer-Faser-Verbund.
Auf dem Standort Werther lag das Stroh 4 bis 6 Tage länger auf dem Feld und hat überdies
noch 6 Tage Regen abbekommen. Dies hat aber anscheinend nicht zu einer stärkeren Röste
geführt. Die Faserfestigkeiten unterscheiden sich kaum von denen in Kalletal. Durch diese
leichte Röste können die Fasern leicht angeraut worden sein, was sich positiv für einen guten
Verbund darstellt, ohne schon etwas von ihrer Festigkeit verloren zu haben. KOHLER et al.
(1997) bewerten eine Röste positiv im Hinblick auf die Faserqualität und die Qualität der
daraus hergestellten Pressplatten und erklärten die besseren Werte durch eine höhere Faser-
Matrix-Haftung der feinen Fasern.
Die hohen Festigkeiten der Fasern aus Delbrück wirken sich positiv auf die mechanische
Festigkeit der Spritzgusskörper. Die Faserqualitäten weisen auf diesem Standort hohe
Standardabweichungen auf, welche auch bei den Probekörpern wiederzufinden ist. Eventuell
liefert der sandige Boden nicht überall genügend Nährstoffe und Wasser, so das die Charge
recht inhomogen wird. Von den geprüften Standorten weist Werther die geringsten
Standardabweichungen bei Faser- und Prüfteilqualitäten auf. Der gute Boden sorgt für eine
gleichmäßige Versorgung der Pflanzen, was der Faserqualität zugute kommt. Da sich die
Faserfestigkeiten von Werther und Kalletal kaum unterscheiden, scheint die leichte Röste
doch einen Vorteil beim Polymer-Faser-Verbund zu besitzen und ist somit für positiv zu
bewerten
30
Korrelationen zwischen mechanischen Eigenschaften der Faserbündel und der
Probekörper
Es konnten ein paar sehr hohe Korrelationen zwischen den mechanischen Eigenschaften der
Faserbündel der Probekörper festgestellt werden. Bei den gepressten Probekörpern führt ein
großer Bündeldurchmesser der Fasern zu hohen Zugfestigkeiten. Dagegen führen hohe
feinheitsbezogene Höchstzugkräfte zu niedrigeren Zugfestigkeiten. Für die Zugfestigkeit der
gepressten Probekörper scheinen also dicke, große Fasern von Vorteil zu sein. Eine hohe
Dehnung der Fasern wirkt sich positiv auf die Biegefestigkeit der Probekörper aus.
Bei den gespritzten Probekörpern wirkt sich eine hohe Dehnung der Faserbündel negativ auf
die Charpy- Schlagzähigkeit aus. Ebenso führt eine hohe Zugfestigkeit der Fasern zu einem
geringeren E-Modul der Spritzkörper.
5. Zusammenfassung
Zur Optimierung der Rohstoffproduktion ist im einzelnen eine Bewertung von
Standortbedingungen und pflanzenbaulichen Maßnahmen für die Faserqualität von Rohstoff
und Endprodukt vorzunehmen. Die Ertragssicherheit und Ertragsleistung ist in die
Beurteilung der Anbauwürdigkeit zur Produktion hochwertiger Naturfasern mit
einzubeziehen.
Daher wurde in Kooperation mit der Erzeugergemeinschaft Hanf, der Firma Nafitec und der Universität Bonn in Ostwestfalen-Lippe 2000 auf vier Standorten Hanf der Sorte Fedora 17 mit 2 Saatstärken und 2 N-Stufen angebaut.
Der Versuch zeigte, dass trotz der unterschiedlichen Böden auf den Standorten keine
signifikanten Ertragsunterschiede ausgemacht werden konnten. Dies ist wahrscheinlich auf
die günstigen Witterungsbedingungen im Jahr 2000 zurückzuführen. Auch unterschiedliche
Saatstärken und Stickstoffgaben führten nicht zu höheren Erträgen.
Es konnten aber Qualitätsunterschiede auf den unterschiedlichen Standorten ausgemacht
werden. Auf dem Sandboden in Delbrück waren die Fasern am gröbsten und die
mechanischen Festigkeiten am höchsten. Allerdings war die Streuung hier auch sehr hoch.
Dieses konnte auch an den Probekörpern festgestellt werden. Obwohl die Faserfestigkeiten in
Werther nicht sehr hoch waren, wiesen die Probekörper hohe mechanische Belastbarkeiten
auf. Dies kann auf eine leichte Röste des Strohs zurückgeführt werden, wodurch die Faser
31
rauer wurde. Die geringen Streuungen der Faserqualitäten auf diesem Standort wurde auch in
den Werkstoffen gefunden. In Kalletal waren sowohl die Faserfestigkeiten relativ gering, als
auch die Festigkeit der Probekörper.
Korrelationen zwischen Faserbündelqualitäten und die der Probekörper konnten
nachgewiesen werden.
6. Schlussfolgerungen für die Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis
Die einjährigen Ergebnisse zeigen, dass auch auf sehr leichten Sandböden gute Erträge erzielt
werden können. Hier ist allerdings zu beachten, dass in diesem Jahr ausreichend
Niederschläge vorhanden waren. Ob dies auch in trockenen Jahren der Fall sein wird ist
fraglich.
Um Kosten zu sparen kann die Aussaatstärke zurückgefahren werden, da durch eine hohe
Saatstärke keine signifikanten Mehrerträge erzielt wurden. Falls die Stängeldicke eine Rolle
spielt, z.B. zum besseren Aufschluss, kann diese durch die Aussaatstärke beeinflusst werden.
Die Stickstoffdüngung kann auch verhalten gegeben werden, da hier ebenfalls keine
Steigerung der Erträge erzielt werden konnten. Dies ist vor allem hinsichtlich des
Umweltschutzes wichtig.
Für eine gleichmäßige Faserqualität scheinen gute Böden geeigneter zu sein. Hier wurden die
geringsten Schwankungen gefunden, sowohl in der Faser als auch im Werkstoff. Obwohl vom
Verarbeiter Grünstroh, d.h. ohne Röste, verlangt wird, scheint eine kurze Röste doch von
Vorteil für die Festigkeiten des Werkstoffes zu sein.
Es hat sich gezeigt, dass für diesen Landstrich Hanf die optimale Faserpflanze ist. Versuche
mit Lein führten zu Totalausfällen. Dies ist auf das hohe N-Nachlieferungsvermögen der mit
Gülle behandelten Böden zurück zuführen.
32
7. Literaturverzeichnis Block, C., 1998: Berichte und Versuchsergebnisse Hanf 1998. LWK Westfalen-Lippe. Bòcsa, I., 1997: Der Hanfanbau: Botanik, Sorten, Anbau und Ernte. Verlag Müller,
Heidelberg Fölster, Th., 1995: Nachwachsende Rohstoffe in technischen Anwendungen am Beispiel
Fasern/Vliese. Textilveredelung 30, Nr. 12. Göbel, J., 1994: Vergleichende Untersuchungen der Eignung verschiedener Naturfasern zur
Verstärkung von Kunststoffen. Diplomarbeit, RWTH-Aachen. Haepp, H.J., 1996: Künftige Bedeutung von Naturfasern im Entwicklungskonzept der
Daimler-Benz AG. Forum - Pflanzenfasern - ein moderner nachwachsender Industrierohstoff. 13.2.1996, Stuttgart. 1-6.
Hagedorn, S., 1999: Hanffasern als Verstärkung für Kunststoffteile- Vom Massenkunststoff
zum Hochleistungswerkstoff, NRW-Hanftag, 21.10.1999 Haus Düsse. Hartwig, A., 1988: Zur Frage des Bezuges zwischen Faserqualität und mikroskopisch
erfaßbaren Merkmalen der Bastfaser in Stengelquerschnitten bei Lein. Diplomarbeit Bonn.
Heyland, K.-U., Kromer, K.-H. , Beckmann, A., Gottschalk, H. und M. Scheer-Triebel, 1995:
Methodenbuch Industriefaser Lein. Arbeiten aus dem Institut für Landtechnik der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität, Nr. 18.
Höppner, F. und U. Menge-Hartmann, 1994: Anbauversuche zur Stickstoffdüngung und
Bestandesdichte von Faserhanf. Landbauforschung Völkenrode 44, 314-324. Höppner, F. und U. Menge-Hartmann, 1995: Einfluß variierter Anbaubedingungen auf die
Faserausbildung zweier Faserhanfsorten. Landbauforschung Völkenrode 45 (4), 168-176
Höppner, F. und U. Menge-Hartmann, 1999: Einfluß der Bestandesführung auf Ertrag und
Qualität von Hanf. 4. Bonner Naturfasertag, 10.8.1999 Bonn. Arbeiten aus dem Institut für Landtechnik der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität, Nr. 28, 6-12.
Kahnt, G. und B. Eusterschulte, 1996: Ackerbauliche und ökologische Aspekte des Anbaus
von Faserpflanzen. Forum - Pflanzenfasern - ein moderner nachwachsender Industrierohstoff. 13.2.1996, Stuttgart. 1-6.
Karus, M., 1999: Hanf – Innovativer Rohstoff und seine Chancen am Markt – Aktueller Stand
und Ausblick. NRW – Hanftag. 21.10.1999, Haus Düsse.
33
Keijzer, P. und P. Metz, 1994: Breeding of flax for fibre production in Western Europe. In: Sharma, H.S.S. und C.F. van Sumere: The Biology and Processing of Flax. M. Publications, Belfast, 33-66.
Kleber, S., W. Hermel und Chr. Schubert, 1998: Keramische Werkstoffe mit biogenen
Strukturen. Werkstoffwoche 98, München, Band 7 – Keramik, 227-232. Kohler, R., M. Wedler und P. Barthold, 1997: Technische Anwendung von Hanffasern –
Vorraussetzungen und Ziele. Tagungsband 2. Biorohstoff Hanf, Symposium Frankfurt, 348-358
Köhler, E., Bergner, A. und S. Odenwald, 1998: Naturfaser-Polypropylen-Hybridvliesstoffe -
Universelle Halbzeuge zur Herstellung von 3D-Leichtbaustrukturen. Tagungsband 5. Internationale Tagung „Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe“, 28.-29.10. 1998 in Chemnitz.
LBP, 1996: Hanf - Ertrag, Faserqualität, Inhaltsstoffe von Öl und Presskuchen. Versuchs-
ergebnisse aus Bayern 1996, Bayerische Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau.
Lützkendorf, R., Mieck, K.-P. und T. Reußmann, 1999: Nesselfaserverbundwerkstoffe für
Fahrzeuginnenteile – Was können sie? Tagungsband 2. Internationales Symposium „Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen“, 1./2.9.1999 Erfurt.
Mastel, K., Stolzenberg, K. und B. Seith, 1998: Untersuchungen zu pflanzenbaulichen,
erntetechnischen und ökonomischen Fragen des Anbaus von Faser- und Körnerhanf. Informationen für die Pflanzenproduktion, LAP Forchheim, Heft 7/1998.
Mediavilla,V., P. Bassetti, M. Konermann und I. Schmid-Slembrouck, 1998: Optimierung der
Stickstoffdüngung und Saatmenge im Hanfanbau. Agrarforschung 5, 5, 241-244 Mieck, K.-P., 1994: Faser-Matrix Haftung von Flachs in Verbundwerkstoffen aus
thermoplastischer Matrix. 5. Reutlinger Flachssymposium: Quo vadis Flachs, 7./8.3.1994.
Münzer, W., 1999: Zusammenfassende Ergebnisse aus Forschungsvorhaben mit
ausgewählten Rohstoffpflanzen. 7. Symposium, Im Kreislauf der Natur – Naturstoffe für die moderne Gesellschaft. Würzburg, 21.-22.6.1999, 95-113.
Nova, 1999a: Statistiken und Grafiken: Anbau einheimischer Nachwachsender Rohstoffe in
Deutschland 1985-1999 in ha. In: MIH- Internetdienstleistungszentrum (www.nova-institut.de/mih).
Nova, 1999b: Statistiken und Grafiken: Faseraufschlussanlagen und Weiterverarbeiter von
Hanf und Flachs in Deutschland. In: MIH- Internetdienstleistungszentrum (www.nova-institut.de/mih).
34
Nova, 2002: Statistiken und Grafiken: Hanfanbau in Deutschland 2000/2001 und 2001/2002 (Tabellen). In: MIH- Internetdienstleistungszentrum (www.nova-institut.de/mih).
Rennebaum, H., Grimm, E. und W. Diepenbrock,, 1998: Qualität von Ölleinfasern. Mitt. Ges.
Pflanzenbauwiss. 11, 73-74. Robson, D., 1994: The potential of biocomposites. Conference proceedings: Non wood fibres
for industry. Pira International/Silsoe Research Institute Joint Conference. 23.3.1994. Rowland, G.G., 1980: An agronomic evaluation of fibre flax in Saskatchewan. Can. J. Plant
Sci., 60, 55-59. Satlow, G., Zaremba, S. und B. Wulfhorst, 1994: Flachs sowie andere Bast- und Hartfasern.
Chemiefasern/Textilindustrie, 44./96. Jahrgang, 11/12.94 Sharma, H.S.S., 1986: Effect of glyphosate treatment on lignification of fibres of some flax
cultivars. Ann. appl. Biol., 108, 114-115. Vetter, A. und T. Graf, 1999: Ausgangssituation, Markt und Innovationspotential pflanzlicher
Inhaltsstoffe für die Landwirtschaft und die Industrie. Tagungsband 2. Int. Symposium: Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Erfurt
Von Buttlar, H.-B., Höppner, F., Menge-Hartmann, U., Scheffer, K. und B. Mispelhorn, 1997:
Europäische Hanfsorten im Standortvergleich zweier deutscher Anbauregionen. Tagungsband Symposium 2. Biorohstoff Hanf, Frankfurt, 27.2.-2.3.1997, 209-219.
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8. Anhang Tab. A1: Mittel der ertrags- und qualitätsbestimmenden Merkmale bei Hanf von vier
Standorten und 2 Saatstärken (Mittel= 2 N-Stufen, 2 Blöcke)
Tab. A2: Mittel der mechanischen Eigenschaften bei Hanf, sowie deren
Standardabweichungen ( s ) von vier Standorten und 2 Saatstärken (Mittel= 2 N-Stufen, 24 Messwiederholungen)
StandortSaatstärke 20 kg / ha 40 kg / ha 20 kg / ha 40 kg / ha 20 kg / ha 40 kg / ha 20 kg / ha 40 kg / ha
Keimdichte (Pflanzen/m²) 77 166 81 109 61 133 80 161Bestandesdichte (Stängel/m²) 61,0 77,3 35,0 91,8 49,8 90,0 54,3 66,0Selbstausdünnung (%) 18,9 50,6 43,8 14,1 17,7 30,3 32,1 57,8
Stängeldurchmesser (mm) 7,83 7,41 8,32 6,57 7,96 7,33 9,69 8,34Wuchshöhe (cm) 297 279 271 258 283 264 307 288
Strohertrag (dt/ha) 84,8 80,5 66,3 83,0 77,8 80,8 107,5 88,5Faseranteil (%) 27,2 28,6 29,6 34,0 26,5 30,1 31,9 31,1Faserertrag (kg/ha) 2307 2254 1975 2823 2069 2443 3451 2781
Entholzungsgrad (%) 86,2 87,9 85,7 82,5 84,0 87,0 84,8 85,1Restholzanteil (%) 27,9 24,5 26,0 26,5 31,0 24,3 25,0 25,0
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
StandortSaatstärke
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sMaterialbewertungBündel-durchmesser (mm) 0,09 0,03 0,1 0,04 0,08 0,02 0,09 0,03 0,09 0,02 0,1 0,04 0,08 0,024 0,1 0,03Feinheit (tex) 4,99 2,08 5,58 2,58 4,24 1,84 3,95 2,13 4,63 2,19 4,95 2,23 4,85 2,01 5,72 3,51
ZugversuchHöchstzugkraft (N) 2,51 1,28 2,79 1,45 2,15 1,31 2,48 1,41 2,41 1,56 2,64 1,32 2,83 0,97 2,96 1,91Dehnung (%) 2,63 0,99 2,89 1,08 2,46 0,89 3,17 1,10 2,40 1,14 2,70 0,93 2,84 0,59 2,99 1,10
Berechnungfeinh. Höchst-zugkraft (cN/tex) 52,8 24,8 54,6 22,9 50,3 20,5 70,9 38,8 55,8 29,0 55,6 21,2 62,4 18,4 55,7 25,3Zugfestigkeit (MPa) 446 297 445 233 423 230 485 292 422 223 391 223 562 294 441 318E-Modul (MPa) 15129 9068 15169 8072 14316 7173 15519 7229 14877 9584 13389 8355 20146 10381 14574 8193
20 kg/ha 40 kg/ha 20 kg/ha 40 kg/ha20 kg/ha 40 kg/ha 20 kg/ha 40 kg/haDelbrück Kalletal Steinhagen Werther
36
Tab. A3: Mittel der ertrags- und qualitätsbestimmenden Merkmale bei Hanf von vier
Standorten und 2 N-Stufen (Mittel= 2 Saatstärken, 2 Blöcke)
Tab. A4: Mittel der mechanischen Eigenschaften bei Hanf, sowie deren
Standardabweichungen ( s ) von vier Standorten und 2 N-Stufen (Mittel= 2 Saatstärken, 24 Messwiederholungen)
StandortN-Düngung 60 kg/ha 120 kg/ha 60 kg/ha 120 kg/ha 60 kg/ha 120 kg/ha 60 kg/ha 120 kg/ha
Keimdichte (Pflanzen/m²) 127 115 94 96 104 90 120 122Bestandesdichte (Stängel/m²) 69,0 69,3 64,5 62,3 67,3 72,5 65,3 55,0Selbstausdünnung (%) 35,7 33,8 26,4 31,5 28,5 19,6 42,8 47,0
Stängeldurchmesser (mm) 7,34 7,90 7,58 7,32 8,10 7,20 8,77 9,26Wuchshöhe (cm) 285 291 270 259 283 264 309 286
Strohertrag (dt/ha) 76,2 89,1 79,8 69,5 86,9 71,8 108,4 87,6Faseranteil (%) 28,6 27,2 32,6 31,0 28,9 27,7 28,1 34,9Faserertrag (kg/ha) 2177 2384 2612 2187 2514 1997 3146 3087
Entholzungsgrad (%) 86,4 87,8 83,9 84,2 87,9 83,1 87,2 82,7Restholzanteil (%) 26,8 25,7 25,7 26,8 23,8 31,5 24,7 25,4
Delbrück Kalletal Steinhagen Werther
StandortSaatstärke
Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert s Mittelwert sMaterialbewertungBündel-durchmesser (mm) 0,08 0,03 0,10 0,03 0,08 0,02 0,09 0,03 0,10 0,04 0,09 0,02 0,08 0,02 0,10 0,03Feinheit (tex) 4,31 1,95 6,27 2,33 3,39 1,77 4,80 1,95 4,75 2,33 4,83 2,09 4,13 1,59 6,44 3,39
ZugversuchHöchstzugkraft (N) 2,55 1,31 2,74 1,43 2,03 1,32 2,60 1,36 2,30 1,55 2,75 1,31 2,37 0,98 3,43 1,76Dehnung (%) 2,97 0,98 2,55 1,06 2,74 1,05 2,89 1,07 2,14 0,90 2,96 1,03 2,56 0,60 3,27 0,97
Berechnungfeinh. Höchst-zugkraft (cN/tex) 62,5 25,9 44,9 17,8 66,1 40,4 55,1 21,3 50,3 26,2 61,1 23,4 59,3 20,7 58,7 23,9Zugfestigkeit (MPa) 507 284 383 233 482 315 425 198 379 255 434 183 480 235 523 373E-Modul (MPa) 16360 8557 13939 8436 16029 7896 13806 6291 13939 10616 14327 7071 17920 7703 16799 11435
60 kg N/ha 120 kg N/ha 60 kg N/ha 120 kg N/ha60 kg N/ha 120 kg N/ha 60 kg N/ha 120 kg N/haDelbrück Kalletal Steinhagen Werther
37
9. Konsequenzen für eventuelle weitere Forschungsaktivitäten
Da diese Ergebnisse nur von einem einjährigen Versuch stammen, ist die Aussagefähigkeit
noch sehr begrenzt. In einer weiterführenden Arbeit wird untersucht, wie sich die Erträge und
Faserqualitäten im mehrjährigen Vergleich entwickeln. Erst danach kann man
allgemeingültigere Aussagen über die einzelnen Standorte treffen.
Es hat sich gezeigt, dass sich die Faserqualitäten im Werkstoff wiederfinden lassen. Dies
wurde bisher nur für eine Saat- und N-Variante geprüft. Hier wäre es noch von Interesse, den
Einfluss der übrigen pflanzenbaulichen Maßnahmen auf die Werkstoffqualität zu prüfen. Dies
kann aber nur geschehen, wenn der Verarbeiter ein wirkliches Interesse zeigt und zur
Zusammenarbeit bereit ist.
Eine weitere Frage ist, wie man Qualitäten schnell bestimmen kann. Für den Landwirten lohnt
sich der Anbau von qualitativ hochwertigen Fasern nur, wenn er auch dafür bezahlt wird.
Dafür muss ein Schnelltest entwickelt werden, der es erlaubt, bei Anlieferung des Strohs
direkt die Qualität zu bestimmen. Für den Aufbereiter bietet es den Vorteil, dass er durch
Mischung verschiedener Partien die Qualität gleichbleibend sichern kann.
10. Liste über Präsentationen, Vorführungen und Demonstrationen
Vortrag:
von Francken-Welz H., M. Scheer-Triebel, J. Léon: Regionale Produktion von Naturfasern (Hanffasern) - Ertrags und Qualitätspotentiale -. NRW- Hanftag , 01.12.00 Kalletal
Öffentlichkeitsarbeit:
Tag der offenen Tür, Versuchsgut Dikopshof, 09.06.02
38
11. Kurzfassung
Regionale Produktion von Naturfasern (Hanffasern) - Ertrags und Qualitätspotentiale
H. von Francken-Welz, J. Léon, Institut für Pflanzenbau, Bonn
Einleitung
Nachdem sich Hanf als Faserpflanze zur technischen Verwertung in Ostwestfalen-Lippe
etabliert hat, war es von Interesse wie der Hanfanbau auf den einzelnen unterschiedlichen
Standorten unter der Prämisse der Produktion von qualitativ hochwertigem, homogenen
Fasermaterial unter optimierten Anbaubedingungen kostengünstig und umweltverträglich
erzeugt werden kann.
Zur Optimierung der Rohstoffproduktion ist im einzelnen eine Bewertung von
Standortbedingungen und pflanzenbaulichen Maßnahmen für die Faserqualität von Rohstoff
und Endprodukt vorzunehmen. Die Ertragssicherheit und Ertragsleistung ist in die
Beurteilung der Anbauwürdigkeit zur Produktion hochwertiger Naturfasern mit
einzubeziehen.
Material und Methoden
Die diesem Projekt zugrunde liegenden Untersuchungsproben entstammen Feldversuchen, die
2000 auf vier verschiedenen Praxisschlägen in Ostwestfalen-Lippe durchgeführt wurden. Die
Standorte unterschieden sich vor allem hinsichtlich des Bodens (Sand, Lehm, sandiger Lehm).
Auf jedem Standort wurden 2 Saatstärken und N-Stufen geprüft. Von der Variante „hohe
Saatstärke und N-Düngung“ wurden Faserverbundwerkstoffe hergestellt und deren
mechanischen Festigkeiten geprüft.
Ergebnisse
Der Versuch zeigte, dass trotz der unterschiedlichen Böden auf den Standorten keine
signifikanten Ertragsunterschiede ausgemacht werden konnten. Dies ist wahrscheinlich auf
die günstigen Witterungsbedingungen im Jahr 2000 zurückzuführen. Auch unterschiedliche
Saatstärken und Stickstoffgaben führten nicht zu höheren Erträgen.
39
Es konnten aber Qualitätsunterschiede auf den unterschiedlichen Standorten ausgemacht
werden. Auf dem Sandboden in Delbrück waren die Fasern am gröbsten und die
mechanischen Festigkeiten am höchsten. Allerdings war die Streuung hier auch sehr hoch.
Dieses konnte auch an den Probekörpern festgestellt werden. Obwohl die Faserfestigkeiten
auf dem sandigen Lehm in Werther nicht sehr hoch waren, wiesen die Probekörper hohe
mechanische Belastbarkeiten auf. Dies kann auf eine leichte Röste des Strohs zurückgeführt
werden, wodurch die Faser rauer wurde. Die geringen Streuungen der Faserqualitäten wurde
auch in den Werkstoffen gefunden. In Kalletal (Lehm) waren sowohl die Faserfestigkeiten
relativ gering, als auch die Festigkeit der Probekörper.
