Nachhaltige Gewinnung und Kompostierung von Bananenfasern mit reproduzierbaren Maschinenkonzepten

Bananen sind die am zweithäufigsten produzierte Frucht der Welt und werden in tropischen und subtropischen Regionen zwischen 40°N und 40°S angebaut. In Nepal ist die häufigste Sorte, die für die Sparśa-Produktion verwendet wird, Musa paradisiaca (AAB-Gruppe), lokal bekannt als Malbhog. Eine Bananenpflanze braucht 9-12 Monate bis zur Reife und bildet kontinuierlich Blätter aus ihrem Kern. Diese sich überlappenden Blattscheiden bilden den Pseudostamm, der bis zum Beginn der Blüte wächst. Nach der Fruchtbildung und der Ernte wird der Pseudostamm an der Basis abgeschnitten, da jeder Stamm nur einmal Bananen hervorbringt. Das Abschneiden des Stängels regt auch das Wachstum des nächsten Pseudostamms derselben Pflanze an. Im Laufe ihres Lebenszyklus kann eine Bananenpflanze etwa 25 Pseudostämme hervorbringen, die alle unterschiedlich schnell wachsen und zu verschiedenen Zeiten geerntet werden.

Dieser landwirtschaftliche Zyklus erzeugt große Mengen an Abfall. Jeder geerntete Bananenstrauß entspricht einem Pseudostamm mit einem Gewicht von etwa 30-40 kg. Die Landwirte verbrennen diese Stängel oft oder lassen sie auf dem Feld verrotten. Die Verbrennung erfordert Kerosin oder andere Beschleuniger, da die Stämme sehr feucht sind, was zu Treibhausgasemissionen und dichtem Rauch führt. Die Verrottung der Stängel dauert Monate und nimmt viel Platz auf dem Ackerland ein.

Zu den wichtigsten Bananenanbauregionen Nepals gehören Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali und Nawalparasi. Landesweit umfasst der Bananenanbau rund 21.413 Hektar und erzeugt jährlich etwa 1.284.780 Tonnen landwirtschaftliche Abfälle. Innerhalb dieser Gebiete ragt die Gemeinde Susta in Nawalparasi mit fast 2.200 Hektar Anbaufläche heraus - eine der höchsten Konzentrationen in Nepal - und erzeugt rund 132.000 Tonnen Abfall pro Jahr. Hier hat Sparśa seine Fabrik zur Faserextraktion angesiedelt.

Die Bauerngemeinschaften von Susta werden von der Gemeinschaft geführt und waren offen und enthusiastisch, mit uns zusammenzuarbeiten, was die Partnerschaft sowohl praktisch als auch wirkungsvoll machte. Das Gebiet war strategisch und sozial geeignet: Rohstoffe sind reichlich vorhanden, und die Transportwege sind kurz, so dass die Stämme innerhalb von 72 Stunden verarbeitet werden können, um die Faserqualität zu erhalten. Gleichzeitig steht Susta vor tief verwurzelten sozialen Herausforderungen. Frauen haben außerhalb des Haushalts nur begrenzte Möglichkeiten und sind oft nicht gleichberechtigt und nicht in den Entscheidungsprozessen der Gemeinschaft vertreten. Das Stigma der Menstruation ist nach wie vor stark. Durch die Gründung der Fabrik konnten wir Frauen eine menschenwürdige Beschäftigung bieten, ihre finanzielle Unabhängigkeit fördern und Aufklärungskampagnen über Menstruationsgesundheit und Umweltverträglichkeit durchführen.

Sparśa hat ein Kreislaufwirtschaftsmodell entwickelt, das landwirtschaftliche Abfälle in Möglichkeiten umwandelt. Die Bananenstämme werden nach der Ernte kostenlos von den Landwirten abgeholt, und im Gegenzug liefert die Fabrik organischen Kompost, der aus den Rückständen der Fasergewinnung hergestellt wird. Durch diesen nicht-monetären Austausch werden Abfälle reduziert, die Bodenfruchtbarkeit gefördert und langfristiges Vertrauen zu den Landwirten aufgebaut.

Die Fasern der Bananenpflanze bestehen zu 60-65 % aus Zellulose, mit kleineren Anteilen an Hemizellulose (6-19 %), Lignin (5-10 %), Pektin (3-5 %), Asche (1-3 %) und Extraktstoffen (3-6 %). Sobald ein Pseudostamm die Fabrik erreicht, werden seine Hüllen abgetrennt. Der Reifegrad der Fasern hängt von der Position der Hülle innerhalb des Stängels ab - in den äußeren Schichten entstehen in der Regel steifere Fasern, während die inneren Schichten weichere Fasern ergeben. Daher kann die Extraktion etwas inhomogen ausfallen, wenn die Bediener die Hülsen nicht richtig sortieren und trennen. Im Durchschnitt können 11 verwertbare äußere Blätter pro Pseudostamm extrahiert werden.

In der Faserextraktionsanlage von Sparśa werden die Stämme zu Fasern verarbeitet, die für kompostierbare Menstruationsbinden verwendet werden. Die Stämme müssen innerhalb von 72 Stunden verarbeitet werden, da sie einen Feuchtigkeitsgehalt von 90-92 % aufweisen. Eine verzögerte Verarbeitung löst Zersetzung und Gärung aus, was zu Verfärbung, Geruch und mikrobiellem Befall führt. Die Faserausbeute bleibt gering: Ein 20 kg schwerer Pseudostamm liefert etwa 150 Gramm Trockenfasern und hinterlässt große Mengen an Rückständen, die zu Kompost verarbeitet werden.

Für die Ernte, das Schneiden und den Transport der Stämme von den Feldern zur Fabrik werden saisonal für 3-4 Monate (August-November) zusätzliche Arbeitskräfte beschäftigt. Zu den wichtigsten Betriebskosten gehören die Arbeitskosten und der Traktortransport. Ungefähr 6.772 m² landwirtschaftliche Nutzfläche können jährlich genügend Pseudostämme für eine konstante Faserproduktion liefern.

Nach der Ernte der Bananenfrüchte werfen die Landwirte in der Regel den Pseudostamm - oft auch als Stamm bezeichnet - weg, der in seinen geschichteten Hüllen wertvolle Naturfasern enthält. Bevor jedoch mit der Faserextraktion begonnen werden kann, muss der Pseudostamm der Länge nach geteilt werden, um die einzelnen Hüllen freizulegen. Dieser Schritt ist für eine effiziente Trennung unerlässlich und verringert den Arbeitsaufwand des Bedieners während der Extraktion erheblich.

Ursprünglich verwendete Sparśa einen auf einer Kreissäge basierenden Pseudostammschneider, mit dem die Arbeiter die Stämme in zwei Hälften teilen konnten. Diese frühere Version war zwar funktional, aber die Bediener mussten die schweren Pseudostämme ständig anheben, ausbalancieren und manuell durch die Klinge schieben. Dies machte den Prozess körperlich anstrengend, zeitaufwändig und ermüdend. Außerdem war der Durchsatz begrenzt, da jeweils nur ein Stängel verarbeitet werden konnte und die Ermüdung des Bedieners den Arbeitsablauf schnell verlangsamte. Diese Einschränkungen machten den gesamten Faserproduktionsprozess weniger effizient und erschwerten lange Arbeitszeiten.

Um diese Einschränkungen zu beseitigen, wurde ein neuer und verbesserter Stammschneider entwickelt. Das verbesserte Modell ersetzt das manuelle Schieben durch einen Ketten- und Ritzelvorschubmechanismus, der den Pseudostamm automatisch ergreift und in Richtung der Schneidzone vorschiebt. Anstelle eines Kreissägeblatts verwendet die Maschine zwei senkrecht zueinander angeordnete Schneidblätter, die den Stamm in einem einzigen Durchgang in zwei Hälften teilen. Dieses integrierte System bietet mehrere Vorteile:

• Geringere körperliche Belastung: Die Bediener müssen schwere Stämme nicht mehr manuell schieben.
• Höherer Durchsatz: Die kontinuierliche automatische Zuführung ermöglicht eine schnellere und gleichmäßigere Produktion.
• Verbesserte Sicherheit: Schutzvorrichtungen und ein kontrollierter Zuführungsabstand halten die Bediener von den sich bewegenden Klingen fern.
• Präziseres Schneiden: Der automatische Vorschub sorgt für eine konstante Schnittausrichtung.

Der Prozess funktioniert wie folgt:

1. Auflegen: Der Pseudostamm wird auf die Kettenvorschubplattform gelegt.
2. Einrasten: Die Ketten und Kettenräder greifen den Vorbau sicher und führen ihn vorwärts.
3. Schneiden: Der Stamm durchläuft zwei senkrecht zueinander stehende Messer, die ihn sauber in zwei Hälften teilen.
4. Ausgabe: Die geschnittenen Stücke fallen auf die Auffangseite, wo sie manuell zur Fasergewinnung geschält werden können.

Nach der Teilung schälen die Bediener jede Hüllschicht von Hand ab. Jede Hülle enthält eine faserige Zone und ein weicheres inneres Gewebe. Die Bediener schneiden die nicht faserigen Ränder mit einem Messer ab, um Abschnitte mit wenig oder gar keinen Fasern zu entfernen und sicherzustellen, dass nur faserreiches Material in die Extraktionsmaschine gelangt.

Dieses verbesserte Schneidemesser hat die Materialhandhabung wesentlich vereinfacht, die Ermüdung des Bedieners verringert und eine größere Konsistenz im Extraktionsprozess ermöglicht. Sie macht das Verfahren auch für Arbeiter mit geringerer Körperkraft zugänglich, einschließlich Frauen, die einen wichtigen Teil der Sparśa-Belegschaft ausmachen.

Die Gewinnung von Bananenfasern bietet eine nachhaltige Möglichkeit, landwirtschaftliche Abfälle in ein hochwertiges Naturmaterial zu verwandeln. Nach der Ernte der Früchte ist der Pseudostamm der Banane - der üblicherweise weggeworfen wird - reich an langen, haltbaren Fasern, die sich für biologisch abbaubare Produkte, Textilien, Seile, Papier und Binden eignen.

Um diese Fasern effizient und gleichmäßig zu extrahieren, hat Sparśa eine halbautomatische Bananenfaserextraktionsmaschine entwickelt, die die Leistung und Qualität im Vergleich zum manuellen Schaben deutlich verbessert.

Die Maschine ist ein motorgetriebenes System mit einer rotierenden Trommel, die mit Schabemessern ausgestattet ist und von einem 3-PS-Elektromotor angetrieben wird. Während des Betriebs führt der Bediener die Bananenhüllen manuell zwischen der rotierenden Walze und einer stationären Stützstange hindurch. Während die Hülle durchläuft, schaben die Klingen das fleischige Außenmaterial ab, trennen die sauberen Fasern und geben sie frei. Ein einstellbares Walzendrucksystem ermöglicht es dem Bediener, den Spalt je nach Dicke der Hülle fein einzustellen, was einen reibungsloseren Betrieb und eine höhere Qualität des Produkts gewährleistet.

Ein einfaches Riemen- und Scheibengetriebe überträgt die Energie vom Motor auf die Trommel. Das System wurde absichtlich so konzipiert, dass es wartungsarm ist, in ländlichen Werkstätten leicht repariert werden kann und mit den auf dem lokalen Markt erhältlichen Komponenten vollständig kompatibel ist. Der kompakte, geschweißte Rahmen sorgt für Stabilität, auch bei langen Betriebszyklen.

Unter typischen Bedingungen produziert die Maschine etwa 5 Kilogramm Trockenfasern pro 6-8 Stunden Arbeitstag, je nach Bananensorte, Zustand der Scheide, Schärfe der Klinge und Geschicklichkeit des Bedieners.

Detaillierte Arbeitsschritte:

1. Vorbereitung:
   Die Pseudostämme der Bananen werden gesammelt, geteilt, in Hüllen geschält und auf eine Länge von etwa 1 bis 1,5 Metern gekürzt.
2. Fütterung:
   Jeweils eine Scheide wird in die Maschine eingeführt, wobei der Walzendruck an den Feuchtigkeitsgehalt und die Dicke der Scheide angepasst wird.
3. Entnahme:
   Die rotierende Trommel entfernt das wasserhaltige Gewebe und befreit die eingebetteten Fasern. Der Vorgang wird an beiden Hälften des Mantels wiederholt, um die Ausbeute zu maximieren.
4. Trocknung und Lagerung:
   Die extrahierten Fasern werden in der Sonne oder in einem Solartrockner je nach Wetterlage 1-1,5 Tage lang getrocknet. Nach dem Trocknen werden sie gebündelt und für die nächste Verarbeitungsstufe gelagert.

Die Verarbeitungskette beginnt, nachdem die Pseudostämme der Bananen von den nahe gelegenen Plantagen gesammelt wurden. Jeder Pseudostamm besteht aus sich eng überlappenden Blattscheiden. Zunächst werden die äußeren Hüllen und Blätter entfernt, um die nutzbaren inneren Schichten freizulegen. Mit dem Stammschneider wird der Pseudostamm der Länge nach halbiert, was das Schälen der Blattscheiden erheblich erleichtert und den Extraktionsprozess beschleunigt.

Die abgetrennten Hüllen werden dann in den halbautomatischen Bananenfaserextraktor von Sparśa eingespeist. Jede Hülle enthält mehrere Schichten mit unterschiedlichen Anteilen an Fasermaterial und weichem Innengewebe. Während der Extraktion wird ein Ende der Hülle in die Maschine eingeführt, während der Bediener das andere Ende festhält. Die rotierende Trommel und die Schabemesser brechen das innere Wandmaterial auf und geben die eingebetteten Fasern frei. Die weichere, wasserreiche Innenschicht wird dabei weggeschabt. Der Bediener wiederholt die Extraktion an beiden Enden des Mantels, um die Faserrückgewinnung zu maximieren.

Um die beste Faserqualität zu erzielen, muss die Extraktion innerhalb von 72 Stunden nach der Ernte des Pseudostamms erfolgen. Mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 90-92 % zersetzen sich die Stängel schnell. Eine verzögerte Verarbeitung führt zu Gärung, Verfärbung und unangenehmem Geruch, was die Qualität der Fasern beeinträchtigt.

Die Faserfabrik Sparśa betreibt drei Extraktionsmaschinen, von denen jede etwa 3 kg Trockenfasern pro Tag produziert, so dass sich eine Tagesleistung von insgesamt etwa 9 kg ergibt. Die Bediener werden in der Regel innerhalb einer Woche geschult, und mit zunehmender Erfahrung verbessert sich ihre Effizienz merklich, was zu einer gleichmäßigeren Faserproduktion führt.

Die extrahierten Fasern, die etwa einen Meter lang sind, werden sofort nach der Extraktion getrocknet. Die Trocknung erfolgt entweder in der Sonne oder im eigens dafür vorgesehenen Solartrockner mit einer Fläche von 251,712 Quadratmetern. Die Solartrocknung dauert im Sommer 1-1,5 Tage und im Winter bis zu 3 Tage, je nach Wetterbedingungen. Sobald die Fasern vollständig getrocknet sind, werden sie gebündelt und für den nächsten Schritt gelagert.

Als Nächstes werden die Fasern zu Papier veredelt. Die langen Fasern werden zur leichteren Verarbeitung in kleinere Stücke geschnitten, gewaschen, um Verunreinigungen zu entfernen, und in einen Hollander-Schläger gegeben, wo sie zu einem einheitlichen Brei geschlagen werden.

Da das fertige Papier für Sanitärprodukte verwendet wird, sind Hygiene und mikrobielle Kontrolle von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund kochen wir den Brei nach dem Schlagen, anstatt die Rohfasern vorzukochen. Das Schlagen dauert lange, und wenn die Fasern vorher gekocht würden, würde die längere Verarbeitungszeit das Kontaminationsrisiko erhöhen. Durch das Kochen des Breis nach dem Mahlen minimieren wir das mikrobielle Wachstum und können anschließend direkt zur Blattbildung übergehen, was eine hygienische und gesundheitlich unbedenkliche Papierherstellung gewährleistet.

Nach dem Kochen wird der Brei in einer großen Wanne mit Wasser verdünnt, um die richtige Konsistenz für die Blattbildung zu erreichen. Ein Siebrahmen wird in die Wanne getaucht, so dass sich eine dünne, gleichmäßige Schicht von Fasern auf seiner Oberfläche absetzen und das erste nasse Blatt bilden kann. Dieses Blatt wird dann unter eine Pressmaschine gelegt, die das überschüssige Wasser entfernt und die Fasern verdichtet. Schließlich werden die gepressten Blätter in den Solartrockner gegeben, wo sie zu starkem, haltbarem Bananenfaserpapier trocknen.

Verwendung der Fasern

Bananenfasern sind ein vielseitiges Naturmaterial, das für Textilien, Seile, Teppiche, Geotextilien, Kunsthandwerk, Papierprodukte und umweltfreundliche Verpackungen verwendet wird. Sie wird wegen ihrer Festigkeit, biologischen Abbaubarkeit und Erneuerbarkeit geschätzt. Weltweit wird weiter an der Erforschung von Bananenbiomasse als nachhaltige Alternative zu synthetischen Fasern geforscht, um Kreislaufwirtschaftsmodelle zu unterstützen und landwirtschaftliche Abfälle zu reduzieren.

Bei Sparśa liegt der Schwerpunkt auf der Herstellung von Bananenfasern in Papierqualität, die als saugfähiger Kern für die kompostierbaren Menstruationsbinden von Sparśa verwendet werden. Dies entspricht den Zielen des Projekts, umweltverträgliche Hygieneprodukte herzustellen, die Plastikverschmutzung zu reduzieren und zu zeigen, wie landwirtschaftliche Abfälle in eine sozial wirksame Lösung umgewandelt werden können.

Beim Bananenanbau fallen große Mengen an Abfällen an, darunter Pseudostämme, die für die Fasergewinnung ungeeignet sind, Blätter und die bei der Fasergewinnung anfallende Gülle. Anstatt diese Biomasse zu verbrennen oder verrotten zu lassen - beides trägt zu Treibhausgasemissionen bei - wandelt Parśa sie in organischen Kompost um. Dieser Ansatz reduziert die Methanemissionen, fördert die Bodengesundheit und unterstreicht das Ziel des Projekts, keinen Abfall zu produzieren.

Verwendete Abfallmaterialien

• Bananenblätter (40%) - in kleine Stücke geschnitten (3-50 mm).
• Bananenstämme (35 %) - unbrauchbare Teile, die zur schnelleren Zersetzung in frischem Zustand zerkleinert werden.
• Gülle (25%) - der nach der Extraktion verbleibende faserige Abfall, gepresst, um überschüssiges Wasser zu entfernen.
• Biokohle (optional) - wird hinzugefügt, um die Belüftung, die mikrobielle Aktivität und die Nährstoffbindung zu verbessern.

Das Kompostrezept zielt darauf ab, ein ideales Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C:N) von 20:1 bis 35:1 zu erreichen, da dieses Verhältnis die mikrobielle Aktivität und die Geschwindigkeit der Zersetzung beeinflusst.

Ablauf der Kompostierung:

1. Materialien vorverarbeiten: Zerkleinern Sie Blätter und Stammstücke auf 3-50 mm. Pressen Sie die Gülle, um die Feuchtigkeit zu reduzieren.
2. Wiegen oder Schätzen der Mengen: Verwenden Sie anfangs eine Digitalwaage; später können die Arbeiter nach Volumen schätzen.
3. Gründlich mischen: Mischen Sie die Zutaten im Verhältnis 40:35:25, um einen einheitlichen Komposthaufen zu erhalten.
4. Feuchtigkeit einstellen: Erreichen Sie einen Feuchtigkeitsgehalt von 50-60 %. Fügen Sie Wasser hinzu, wenn der Haufen zu trocken ist; fügen Sie gehackte trockene Blätter/Stämme hinzu, wenn er zu nass ist.
5. Beschriften Sie den Haufen: Kennzeichnen Sie jeden neuen Komposthaufen mit Datum, Chargennummer und Zusammensetzung.
6. Überwachen Sie die Bedingungen: Überwachen Sie die Temperatur, die Feuchtigkeit und den Zustand des Haufens mit Hilfe der Überwachungsblätter der Fabrik.

Die Temperatur wird in zwei Tiefen gemessen: 25 cm und 50 cm. Für eine ordnungsgemäße Kompostierung muss die Temperatur zwischen 55 und 65 °C gehalten werden, um die Keimfreiheit zu gewährleisten. Ein stetiger Temperaturabfall oder eine ungleichmäßige Wärmeverteilung im Inneren des Haufens zeigt an, dass der Haufen gewendet werden muss. Extreme Temperaturen (>75°C) müssen vermieden werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Nach 4-5 Monaten ist der Kompost stabil, krümelig, geruchlos und bereit für die landwirtschaftliche Nutzung. Der fertige Kompost bereichert den Boden, verringert die Abhängigkeit von chemischen Düngemitteln und gewährleistet eine vollständige Verwertung der Bananenpflanzenabfälle.