TECHNOLOGIE ZBIORU KONOPI NASIENNYCH I WŁÓKNISTYCH
dr inż. Ryszard Kaniewski Instytut Włókien Naturalnych,
Pracownia Technologii Zbioru i Oceny Roślin Włóknistych
60-630 Poznań, ul. Wojska Polskiego 71 b
tel. 061-845-58-57,
fax 061-841-78-30,
e-mail: rkaniew@inf.poznan.pl
1. WSTĘP
Przewidywany wzrost powierzchni uprawy konopi na włókno zarówno w kraju jak też w świecie – w najbliższej przyszłości – wymaga opracowania bardziej nowoczesnej i wydajnej metody produkcji materiału siewnego. Zapewnienie bowiem potrzebnej ilości nasion do siewu jest gwarancją zwiększenia powierzchni uprawy konopi dla przemysłu. Dotychczasowe sposoby zbioru konopi nasiennych oparte głównie na pracy manualnej nie będą miały już zastosowania. Najnowszą technologię zbioru konopi prezentuje prototyp samojezdnej kosiarki IWN, w którym zastosowano inne rozwiązania przyrządów do koszenia łodyg i do jednoczesnego odcinania wiech. Wiechy po podsuszeniu można poddać omłotowi w dowolnej młocarni. Stąd wspomniana kosiarka będzie miała zastosowane przede wszystkim do zbioru konopi uprawianych na nasiona z możliwością wykorzystania słomy do produkcji włókna.
2. TECHNOLOGIE ZBIORU KONOPI W WYBRANYCH KRAJACH EUROPY
Wprowadzenie do uprawy przemysłowej konopi jednopiennych w latach sześćdziesiątych, stworzyło nowe możliwości zmechanizowania ich zbioru. Konopie jednopienne bowiem dojrzewają w jednym terminie, stanowią surowiec bardziej jednorodny oraz wyrównany pod względem zawartości i jakości włókna. W odmianach dwupiennych, przy znacznej różnicy w terminach dojrzewania osobników męskich (płaskoni) i żeńskich (głowaczy), mechaniczny zbiór był utrudniony. Konopie wyróżniają się od innych roślin uprawnych dużą wysokością, grubością i twardością łodyg, zawierających włókno oraz relatywnie wysokimi plonami zielonej masy. Dlatego wymagania stawiane maszynom służącym do koszenia, zbioru i transportu są szczególnie wysokie. W minionym półwieczu w krajach Europejskich pojawiło się niewiele prac dotyczących mechanizacji uprawy, a przede wszystkim zbioru konopi. Obecnie można zauważyć w Europie kilka tendencji w rozwiązywaniu tego zagadnienia. Najczęściej wykorzystuje się maszyny seryjnie produkowane w minionych latach w byłym Związku Radzieckim. To są już przestarzałe konstrukcje, wymagające modernizacji, którą dokonuje się na Ukrainie, Węgrzech i w Polsce. Zmiany polegają głównie na wzmocnieniu elementów konstrukcyjnych maszyn oraz wymianie bardzo zawodnych wiązaczy snopów.
W Instytucie Włókien Naturalnych podjęto udaną próbę zastąpienia wiązacza przez zespół pił tarczowych do cięcia łodyg na odcinki. Ten sposób zbioru konopi opisano w pkt. 3 poniżej. Inne rozwiązania polegają na wykorzystaniu niektórych maszyn do zbioru kukurydzy, trzciny cukrowej lub trzciny jeziornej (Holandia, Francja, Dania). Ta metoda zbioru nie rokuje pomyślnego wyniku, ponieważ łodygi rozdrobnione na odcinki długości poniżej 50 cm nie zapewniają możliwości wydobycia całkowitej ilości włókna przydatnego do celów włókienniczych. Natomiast mogą być wykorzystane do pozyskiwania włókna metodą dekortykacji, stosowaną w produkcji celulozy, oczywiście bez możliwości odzyskiwania nasion. Na uwagę zasługuje opracowana w 1998 roku na terenie wschodnich Niemiec przez H.- H. Kranemanna – kosiarka samojezdna do koszenia konopi o dużej wydajności (ponad 2 ha/h). Jej konstrukcja oparta jest na przeciwbieżnej pracy dwóch pionów walców wyposażonych w specjalne ostrza tnące, rozmieszczone na różnych wysokościach i przecinających łodygi na odcinki o nieregularnej długości. Pocięte łodygi wraz z wiechami opadają w nieuporządkowaną warstwę na ziemię. W ten sposób skoszona i pocięta słoma, może być wykorzystana tylko do pozyskiwania włókna dla celów przemysłowych (celuloza, kompozyty). Przy tej technologii zbioru nie ma również możliwości odzyskiwania nasion. Innym rozwiązaniem są prace prowadzone w Wydziale Inżynierii Rolnej na Uniwersytecie Helsińskim, polegające na opracowaniu w 1999 roku nowej konstrukcji kosy do koszenia konopi o długości ponad 1 m, opartej na pile łańcuchowej z odpowiednio większymi ostrzami. Równolegle do wspomnianych rozwiązań prowadzone są próby zastosowania typowej kosy palcowej do koszenia konopi zbieranych – w warunkach fińskich – po zmarznięciu roślin w zimie lub wiosną po ich wyschnięciu.
Wspomniane prace nie są jeszcze zakończone. Wcześniej (1998r.) podjęto próby w Instytucie Włókien Naturalnych w Poznaniu nad użyciem pilarki łańcuchowej Stihla o długości części roboczej 60 cm, z łańcuchem tnącym 3/8”. Pomyślne wyniki koszenia uzyskano przy prędkości liniowej łańcucha 18-30 m/s. Przeprowadzone próby dowiodły, że możliwe jest zastąpienie przy koszeniu roślin włóknistych tradycyjnej kosy palcowej wykonującej ruch posuwisto-zwrotny, urządzeniem o ruchu jednostajnie prostoliniowym części roboczej. Inne próby mechanizacji zbioru konopi przeprowadzone we Francji, Niemczech, Jugosławii polegają na ich wieloetapowym koszeniu. W tej technologii koszenie odbywa się podczas kolejnych przejazdów kosiarek wyposażonych w kosy palcowe umieszczone na różnej wysokości. Odcięte wiechy i odcinki łodyg dość równomiernej długości, swobodnie spadają na ziemię w nieuporządkowaną warstwę. Pozyskiwanie nasion byłoby możliwe przy tej metodzie zbioru, tylko poprzez omłot osobno zbieranych wiech, czego dotychczas nie rozwiązano. Obecnie znane są następujące metody zbioru konopi w poszczególnych krajach Europy Środkowej i Wschodniej, uzależnione od poziomu wyposażenia technicznego w produkcji rolniczej: - koszenie konopi przy użyciu typowych kosiarek palcowych połączone z mechanicznym lub ręcznym wiązaniem łodyg w snopy, - koszenie konopi przy użyciu specjalnych maszyn (prod. ZSRR) wyposażonych w urządzenia do mechanicznego wiązania łodyg w snopy. Łodygi konopne powiązane ręcznie lub maszynowo w snopy, ustawiane są następnie w stożki w celu ich wysuszenia. We wszystkich opisanych wyżej technologiach zbioru konopi uprawianych na nasiona, odziarnianie snopów odbywa się przy użyciu odziarniarek snopowych produkcji byłego Związku Radzieckiego lub innych prostych urządzeń. Po odziarnianiu snopy słomy są transportowane do roszarni i poddane dekortykacji w celu otrzymania włókna. Wymienione poszukiwania rozwiązań wynikają z wieloletniej przerwy w uprawie konopi w Europie. Powstała duża luka technologiczna i niedostateczny postęp w mechanizacji zbioru w odniesieniu do innych roślin uprawnych. Z pobieżnie przedstawionego przeglądu technologii zbioru konopi w wybranych krajach europejskich wynika, że aktualnie nie ma nowoczesnej, w pełni zmechanizowanej i kompleksowej technologii zbioru.
3. TECHNOLOGIA KOSZENIA KONOPI PRZY POMOCY KOSIARKI Z PRZECINACZEM ŁODYG
Istotą nowej technologii, opracowanej w Instytucie Włókien Naturalnych w Poznaniu, jest połączenie koszenia konopi z operacją cięcia łodyg na odcinki o długości 70 cm, połączone z jednoczesnym odcinaniem wiech i gromadzeniem ich na przyczepie zaczepianej za kosiarką. Na podkreślenie zasługuje fakt, że opracowaną dla tego celu kosiarką (fot. 1) prawdopodobnie będzie można zbierać również inne rośliny włókniste jak np.: jutę, kenaf lub sizal. Odcinki łodyg wyścielone w sparalelizowaną warstwę na ziemi (fot. 2) podlegać mogą procesowi roszenia naturalnego lub podsuszania. Dalszy zbiór odbywać się może powszechnie używanymi w rolnictwie prasami wysokiego lub niskiego zgniotu, np. prasami zwijającymi, formującymi bele cylindryczne itp. Zabiegi pielęgnacyjne w czasie wyścielania, tzn. odwracanie i wzruszanie odcinków łodyg, realizować można typowymi maszynami lniarskimi, tj. wzruszaczani lub odwracaczami. Zebrane na przyczepę wiechy, w zależności od terminu ich koszenia, wykorzystuje się do ekstrakcji olejków eterycznych (w fazie kwitnienia) lub w fazie pełnej dojrzałości do pozyskiwania nasion. Omłotu wiech nasiennych po ich wysuszeniu – poza plantacją – można dokonać przy użyciu kombajnów zbożowych lub młocarń cepowych. To pozwala na całkowite wyeliminowanie odziarniarek snopowych, wymagających dużych nakładów pracy ręcznej. Uzyskane wyniki doświadczeń oraz zebrane obserwacje wskazują, że opracowany dla sprawdzenia nowej technologii koszenia model kosiarki jest obarczony dość typowymi na tym etapie konstrukcji drobnymi błędami - głównie zbyt słabymi niektórymi węzłami konstrukcyjnymi. Jednak uzyskana w tych warunkach wydajność kosiarki w czasie zmiany (Wo8 = 0,132 ha/h), świadczy o dużej przydatności przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych. Fot. 1 Model kosiarki z przecinaczem łodyg Fot. 2 Plantacja konopi zbieranych kosiarką z przecinaczem łodyg
4. MOŻLIWOŚCI I SPOSOBY WYKORZYSTANIA WIECH KONOPNYCH
Dotychczas istnieją dwie możliwości wykorzystania wiech konopnych: pierwsza, w której wiechy zbierane w fazie kwitnienia, wykorzystywane są tylko do ekstrakcji olejków eterycznych bez odzyskiwania nasion. Druga możliwość polega na zbieraniu wiech w fazie pełnej dojrzałości nasion z przeznaczeniem nasion na materiał siewny albo dla wykorzystania ich do celów spożywczych lub technicznych. Wiechy pozostałe po omłocie również wykorzystane być mogą do ekstrakcji olejków eterycznych, ale z inną wydajnością i o innej jakości. Masa pojedynczych zielonych wiech konopi np. odmiany Białobrzeskie sianych z gęstością siewu 80 kg/ha i zbieranych w początkowej fazie kwitnienia wynosi od 11,2-19,7 g/szt. Masa ta została określona po przecięciu łodyg w odległości 50 cm od końca wiechy. Dane te pozwalają oszacować wstępnie masę zielonych wiech podczas zbioru na około 15 t/ha, a po wysuszeniu naturalnym masa wiech obniży się do ok. 5 t/ha. Suszenie wiech może odbywać się przy sprzyjającej pogodzie w warunkach naturalnych albo w suszarni podłogowej: zimnym lub ciepłym powietrzem. Po wysuszeniu do wilgotności ok. 13%, wiechy po rozdrobnieniu można poddać ekstrakcji olejków eterycznych. Wydajność olejków eterycznych z plantacji przemysłowych konopi włóknistych sięga 2-3 l/ha. Przy produkcji materiału siewnego, kiedy nasiona w wiechach dojrzeją, trzeba je przed omłotem podsuszyć w warunkach umożliwiających utrzymywanie dobrej siły kiełkowania nasion. Uzyskane nasiona muszą być natychmiast doczyszczane, następnie podsuszane do wilgotności ok. 12%, zaprawione preparatami grzybobójczymi i składowane w przystosowanych do tego celu magazynach. Próbę produkcji eterycznych olejków konopnych podjął Instytut w 2002 roku z polskich odmian: Beniko, Białobrzeskie i Silesia, o niskiej zawartości kanabinoidów, w tym THC (poniżej 0,2% w suchej masie ziela). W skład olejku konopnego wchodzi 58 monoterpenes i 38 sesquiterpenes. Wśród nich należy wymienić: α -Pinen, β -Pinen, Δ 3-Karen, β -Mircen, Limonen, β -Felandren, cis-Ocymen, trans-Ocymen, α -Terpinen, trans-α-Bergamoten, β -Kariofilen, β -Humulen, β -Farnezen, β -Selinen, Selina-3,7(11)-dien i inne. Ze względu na charakterystyczny aromat olejek ten jest wykorzystywany do produkcji różnych artykułów np.: kosmetyków, mydeł, szamponów, kremów, olejków kosmetycznych, perfum, czy też artykułów żywnościowych, np. alkoholowych: piwa, szampana itp. Dodatkowo olejek konopny znajduje zastosowanie również w aromato-terapi oraz jako środek ochrony roślin, gdyż dwa związki zawarte w olejku konopnym: Limonen i β -Pinen swoim zapachem odstraszają owady. Innym ważnym aspektem zastosowania olejku konopnego jest jego działanie antybakteryjne. Zawarte w olejkach konopnych monoterpeny i seskwiterpeny wykazują działanie bakteriostatyczne, porównywalne w szczególności do olejku z tymianku. Działanie to ujawnia się głównie w stosunku do zarazków Gram+ (Staphylococcus i Streptococcus).
5. ZBIÓR KONOPI NASIENNYCH PRZY POMOCY PROTOTYPU KOSIARKI SAMOJEZDNEJ
Uzyskane przy konstruowaniu i badaniach kosiarki z przecinaczem łodyg doświadczenia pozwoliły przystąpić do opracowania prototypu samojezdnej kosiarki z oddzielnym odcinaniem wiech. Prototyp nowej samojezdnej maszyny o projektowanej wydajności ponad 2 ha/h powstał w IWN na sezon zbioru 2003. Prototyp ten pozwolił na rozwiązanie problemu w pełni mechanicznego zbioru konopi uprawianych dwustronnie, tzn. na nasiona siewne i dodatkowo na włókno. Widok maszyny podczas pracy przedstawiono na fot. 3 i 4. Fot. 3 Samojezdna kosiarka do konopi z odcinaczem wiech podczas pracy Fot. 4 Widok samojezdnej kosiarki do konopi z odcinaczem wiech Warto podkreślić, że w aktualnych polskich warunkach średnia wielkość prywatnego gospodarstwa rolnego wynosi poniżej 10 ha (w 2001 roku ok. 7,9 ha), a więc wielkość przyszłych maszyn do zbioru musi uwzględniać przewidywaną przyszłą wielkość plantacji nasiennych oraz umożliwiać zakończenie zbioru w optymalnym terminie agrotechnicznym i w możliwie krótkim czasie. Wielkość maszyn powinna umożliwiać taką organizację pracy, aby zebrane plony można było transportować i poddawać dalszej obróbce w miejscu przeznaczenia z wydajnością tak dobraną, aby praca jednych maszyn zestawu nie hamowała pracy innych maszyn. Sam zbiór pochłania około 70-85 % nakładów robocizny ogółem ponoszonej przy produkcji roślinnej, a więc technologia zbioru musi zapewnić dużą wydajność pracy przy małych nakładach robocizny i małej energochłonności. Wyprodukowany prototyp kosiarki, poddany próbom eksploatacyjnym w dwóch sezonach zbioru wykazał pełną przydatność do założonych celów, tzn. przemysłowego zbioru konopi z oddzielnym zbiorem wiech. Prototyp poddano próbom eksploatacyjnym w 2003 roku na przemysłowej plantacji nasiennej konopi w rejonie Sanoka, tzn. w pobliżu lokalizacji wykonawcy maszyny. Następnie samojezdna kosiarka odbyła ponad 600 km trasę do Zakładu Doświadczalnego Instytutu Włókien Naturalnych w Pętkowie koło Środy Wlkp.. Tam podlegała dalszym badaniom eksploatacyjnym na plantacji przemysłowej konopi w 2004 roku. Osiągane wydajności przekraczały poziom zamierzony, gdyż wydajność efektywna wyniosła 2,4 ha/h, a wydajność w czasie zmiany 1,22 ha/h.
W trakcie pokazowego zbioru konopi w dn. 30.09.2004 zorganizowanego podczas polowej eksploatacji na plantacji przemysłowej maszynę zaprezentowano w obecności Dyrekcji Instytutu Włókien Naturalnych: przedstawicielom Centrum Produkcji Ekologicznej Celuloza Sp. z o.o. z Radomia (potencjalny odbiorca 10 szt. maszyn), przedstawicielom Fabryki Maszyn Rolniczych POLMOT w Opalenicy, indywidualnym plantatorom konopi. Kosiarka, realizująca unikalną w Europie technologię mechanicznego zbioru konopi z osobnym zbiorem wiech została ponadto w celach marketingowych zaprezentowana na konferencjach w: Potsdam i Magdeburg - Niemcy, Murten - Szwajcaria, Kair - Egipt, Bologna - Włochy, Banja Luka - Bośnia i Hercegowina, Port Elisabeth - RPA. Omówione powyżej rozwiązanie jest w trakcie zgłoszenia patentowego w UP RP. 6. WNIOSKI Wprowadzenie w procesie koszenia konopi operacji oddzielnego zbioru wiech: - pozwala na istotne mechanizowanie procesów odzyskiwania nasion, - pozwala na całkowite wyeliminowanie nakładów pracy ręcznej przy zbiorze, - pozwala na zmniejszenie nakładów na transport łodyg i wydobycie włókna, poprzez wyeliminowanie z tych procesów części roślin, w których nie ma włókna, - pozwala otrzymać w procesie ekstrakcji odseparowanych i świeżych lub wysuszonych wiech atrakcyjny olejek eteryczny.
Komentarze