Estrazione e compostaggio sostenibili della fibra di banana con macchine dal design replicabile

Le banane sono il secondo frutto più prodotto al mondo e sono coltivate nelle regioni tropicali e subtropicali tra i 40°N e i 40°S. In Nepal, la varietà più comunemente utilizzata nella produzione di Sparśa è la Musa paradisiaca (gruppo AAB), localmente nota come Malbhog. Una pianta di banano impiega 9-12 mesi per maturare e forma continuamente foglie dal suo nucleo. Queste guaine fogliari sovrapposte formano lo pseudofusto, che cresce fino all'inizio della fioritura. Dopo la fruttificazione e il raccolto, lo pseudofusto viene tagliato alla base perché ogni stelo produce banane una sola volta. Il taglio dello stelo stimola anche la crescita dello pseudostelo successivo dalla stessa pianta. Nel corso del suo ciclo di vita, una pianta di banane può generare circa 25 pseudofusti, ognuno dei quali cresce a velocità diverse e viene raccolto in tempi diversi.

Questo ciclo agricolo produce grandi quantità di rifiuti. Ogni grappolo di banane raccolto corrisponde a uno pseudofusto del peso di circa 30-40 kg. Gli agricoltori spesso bruciano questi steli o li lasciano marcire nel campo. La combustione richiede cherosene o altri acceleranti perché gli steli sono molto umidi, con conseguenti emissioni di gas serra e fumo denso. Lasciare gli steli a marcire richiede mesi e occupa molto spazio sui terreni agricoli.

I principali distretti del Nepal dedicati alla coltivazione delle banane sono Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali e Nawalparasi. A livello nazionale, la coltivazione di banane copre circa 21.413 ettari e produce circa 1.284.780 tonnellate di rifiuti agricoli all'anno. All'interno di queste aree, spicca il comune di Susta, a Nawalparasi, con quasi 2.200 ettari di coltivazione - una delle più alte concentrazioni in Nepal - che generano circa 132.000 tonnellate di rifiuti all'anno. È qui che Sparśa ha scelto di stabilire la sua fabbrica di estrazione della fibra.

Le comunità agricole di Susta sono guidate dalla comunità e si sono dimostrate aperte ed entusiaste di collaborare con noi, rendendo la partnership pratica e d'impatto. L'area era adatta dal punto di vista strategico e sociale: le materie prime sono abbondanti e le distanze di trasporto sono brevi, per cui i tronchi possono essere lavorati entro 72 ore per mantenere la qualità della fibra. Allo stesso tempo, Susta deve affrontare sfide sociali profondamente radicate. Le donne hanno opportunità limitate al di fuori del nucleo familiare e spesso non hanno pari diritti e rappresentanza nel processo decisionale della comunità. Lo stigma mestruale rimane forte. Stabilire la fabbrica qui ci ha permesso di creare un'occupazione dignitosa per le donne, di sostenere la loro indipendenza finanziaria e di condurre campagne educative sulla salute mestruale e sulla sostenibilità ambientale.

Sparśa ha sviluppato un modello di economia circolare che trasforma i rifiuti agricoli in opportunità. I tronchi di banana vengono raccolti gratuitamente dagli agricoltori dopo il raccolto, e in cambio la fabbrica fornisce il compost organico prodotto dai residui dell'estrazione delle fibre. Questo scambio non monetario riduce gli sprechi, sostiene la fertilità del suolo e crea un rapporto di fiducia a lungo termine con gli agricoltori.

Le fibre delle piante di banano contengono il 60-65% di cellulosa, con frazioni minori di emicellulosa (6-19%), lignina (5-10%), pectina (3-5%), ceneri (1-3%) ed estrattivi (3-6%). Una volta che uno pseudofusto raggiunge la fabbrica, le sue guaine vengono separate. La maturità della fibra varia a seconda della posizione della guaina all'interno dello stelo: gli strati più esterni producono tipicamente fibre più rigide, mentre gli strati interni producono fibre più morbide. Di conseguenza, l'estrazione può essere leggermente disomogenea se gli operatori non classificano e separano correttamente i foderi. In media, per ogni pseudofusto si possono estrarre 11 foglie esterne utilizzabili.

L'impianto di estrazione delle fibre di Sparśa trasforma i tronchi in fibre utilizzate per gli assorbenti mestruali compostabili. I tronchi devono essere lavorati entro 72 ore perché il loro contenuto di umidità è del 90-92%. Un ritardo nella lavorazione provoca decomposizione e fermentazione, causando scolorimento, odore e degradazione microbica. La resa in fibra rimane bassa: uno pseudofusto di 20 kg produce circa 150 grammi di fibra secca, lasciando dietro di sé grandi quantità di residui convertiti in compost.

Per la raccolta, il taglio e il trasporto dei tronchi dai campi alla fabbrica vengono impiegati stagionalmente altri lavoratori per 3-4 mesi (agosto-novembre). I principali costi operativi comprendono la manodopera e il trasporto con il trattore. Circa 6.772 m² di aziende agricole possono fornire annualmente un numero sufficiente di pseudosteli per una produzione costante di fibre.

Dopo la raccolta dei frutti di banana, i coltivatori scartano di solito lo pseudofusto, spesso chiamato tronco, che in realtà contiene preziose fibre naturali all'interno delle sue guaine stratificate. Tuttavia, prima di iniziare l'estrazione delle fibre, lo pseudogambo deve essere diviso longitudinalmente per esporre le singole guaine. Questa fase è essenziale per una separazione efficiente e riduce significativamente lo sforzo dell'operatore durante l'estrazione.

In origine, Sparśa utilizzava una taglierina per pseudosteli basata su una sega circolare che consentiva agli operatori di dividere gli steli a metà. Pur essendo funzionale, questa versione precedente richiedeva agli operatori di sollevare, bilanciare e spingere manualmente pesanti pseudofusti attraverso la lama. Questo rendeva il processo fisicamente impegnativo, lungo e faticoso. Inoltre, limitava la produttività, poiché poteva essere lavorato un solo stelo alla volta e l'affaticamento dell'operatore rallentava rapidamente il flusso di lavoro. Questi vincoli rendevano l'intero processo di produzione delle fibre meno efficiente e difficile da gestire per lunghi periodi di lavoro.

Per ovviare a queste limitazioni, è stata progettata una tagliatronchi nuova e migliorata. Il modello aggiornato sostituisce la spinta manuale con un meccanismo di avanzamento a catena e pignone che afferra e fa avanzare automaticamente lo pseudostelo verso la zona di taglio. Invece di affidarsi a una lama circolare, la macchina utilizza due lame di taglio perpendicolari posizionate in modo da dividere il fusto in due metà in un unico passaggio. Questo sistema integrato offre diversi vantaggi:

• Riduzione dello sforzo fisico: Gli operatori non devono più spingere manualmente steli pesanti.
• Maggiore produttività: L'alimentazione automatica continua consente una produzione più rapida e costante.
• Maggiore sicurezza: Le protezioni e la distanza di alimentazione controllata tengono gli operatori lontani dalle lame in movimento.
• Taglio più preciso: L'alimentazione automatica mantiene un allineamento di taglio costante.

Il processo funziona come segue:

1. Posizionamento: Lo pseudostelo viene posizionato sulla piattaforma di alimentazione della catena.
2. Innesto: Le catene e le ruote dentate afferrano saldamente lo stelo e lo guidano in avanti.
3. Taglio: Lo stelo passa attraverso due lame perpendicolari che lo dividono nettamente a metà.
4. Uscita: I pezzi tagliati cadono sul lato di raccolta, dove possono essere pelati manualmente per l'estrazione delle fibre.

Dopo la divisione, gli operatori staccano manualmente ogni strato di guaina. Ogni guaina contiene una zona fibrosa e tessuti interni più morbidi. Gli operatori tagliano i bordi non fibrosi con un coltello per rimuovere le sezioni con poca o nessuna fibra, assicurando che solo il materiale ricco di fibre passi alla macchina di estrazione.

Questa taglierina migliorata ha reso molto più semplice la gestione del materiale, ha ridotto l'affaticamento dell'operatore e ha favorito una maggiore coerenza nel flusso di lavoro di estrazione. Inoltre, rende il processo accessibile ai lavoratori con minore forza fisica, comprese le donne che costituiscono una parte fondamentale della forza lavoro di Sparśa.

L'estrazione della fibra di banana offre un modo sostenibile per trasformare gli scarti agricoli in un materiale naturale di alto valore. Dopo la raccolta dei frutti, lo pseudostelo del banano, tipicamente scartato, è ricco di fibre lunghe e resistenti, adatte a prodotti biodegradabili, tessuti, corde, carta e assorbenti igienici.

Per estrarre queste fibre in modo efficiente e costante, Sparśa ha sviluppato una macchina semiautomatica per l'estrazione delle fibre di banana che migliora significativamente la produzione e la qualità rispetto alla raschiatura manuale.

La macchina è un sistema a motore che utilizza un tamburo rotante dotato di lame raschianti, alimentato da un motore elettrico da 3 CV. Durante il funzionamento, l'operatore introduce manualmente le guaine di banane tra il rullo rotante e una barra di supporto fissa. Al passaggio della guaina, le lame raschiano il materiale esterno carnoso, separando e rilasciando le fibre pulite. Un sistema di pressione regolabile del rullo consente all'operatore di regolare con precisione lo spazio in base allo spessore della guaina, garantendo un funzionamento più fluido e una produzione di qualità superiore.

Una semplice trasmissione a cinghia e puleggia trasferisce l'energia dal motore al tamburo. Il sistema è stato progettato intenzionalmente per richiedere poca manutenzione, essere facile da riparare nelle officine rurali ed essere pienamente compatibile con i componenti disponibili sui mercati locali. Il suo telaio compatto e saldato garantisce stabilità anche durante i lunghi cicli operativi.

In condizioni tipiche, la macchina produce circa 5 chilogrammi di fibra secca per 6-8 ore di lavoro al giorno, a seconda della varietà di banane, delle condizioni della guaina, dell'affilatura della lama e dell'abilità dell'operatore.

Fasi di lavoro dettagliate:

1. Preparazione:
   Gli pseudosteli di banana vengono raccolti, spaccati, pelati in guaine e tagliati a una lunghezza di circa 1-1,5 metri.
2. Alimentazione:
   Una guaina alla volta viene introdotta nella macchina, con la pressione del rullo regolata in base al contenuto di umidità e allo spessore della guaina.
3. Estrazione:
   Il tamburo rotante rimuove il tessuto ricco di acqua e libera le fibre incorporate. Il processo viene ripetuto su entrambe le metà della guaina per massimizzare la resa.
4. Essiccazione e stoccaggio:
   Le fibre estratte vengono essiccate al sole o collocate in un essiccatore solare per 1-1,5 giorni, a seconda del tempo. Una volta essiccate, vengono raggruppate e conservate per la successiva fase di lavorazione.

La catena di lavorazione inizia dopo la raccolta degli pseudosteli di banana dalle piantagioni vicine. Ogni pseudofusto è costituito da guaine fogliari strettamente sovrapposte. Le guaine e le foglie più esterne vengono prima rimosse per esporre gli strati interni utilizzabili. Utilizzando la taglierina per tronchi, lo pseudofusto viene dimezzato nel senso della lunghezza, il che facilita notevolmente la pelatura delle guaine e accelera il processo di estrazione.

Le guaine separate vengono poi introdotte nell'estrattore semiautomatico di fibre di banana di Sparśa. Ogni guaina contiene più strati con diverse proporzioni di materiale fibroso e tessuto interno morbido. Durante l'estrazione, un'estremità della guaina viene inserita nella macchina mentre l'operatore tiene l'altra estremità. Il tamburo rotante e le lame raschianti rompono il materiale della parete interna, liberando le fibre incorporate. Lo strato interno più morbido e ricco di acqua viene raschiato via durante il processo. L'operatore ripete l'estrazione su entrambe le estremità della guaina per massimizzare il recupero delle fibre.

Per ottenere la migliore qualità delle fibre, l'estrazione deve avvenire entro 72 ore dalla raccolta dello pseudofusto. Con un contenuto di umidità del 90-92%, gli steli si decompongono rapidamente. Una lavorazione ritardata porta a fermentazione, decolorazione e odore sgradevole, tutti fattori che compromettono la fibra ottenuta.

La fabbrica di fibre di Sparśa gestisce tre macchine per l'estrazione, ognuna delle quali produce circa 3 kg di fibra secca al giorno, per una produzione giornaliera complessiva di circa 9 kg. Gli operatori diventano generalmente abili entro una settimana di formazione e la loro efficienza migliora sensibilmente con l'esperienza, con il risultato di una produzione di fibre più costante.

Le fibre estratte, lunghe circa un metro e mezzo, vengono essiccate subito dopo l'estrazione. L'essiccazione avviene al sole o nell'apposito essiccatoio solare di 251,712 piedi quadrati. L'essiccazione solare richiede 1-1,5 giorni in estate e fino a 3 giorni in inverno, a seconda delle condizioni meteorologiche. Una volta completamente essiccate, le fibre vengono raggruppate e immagazzinate per la fase successiva.

Successivamente, le fibre vengono raffinate e trasformate in carta. Le fibre lunghe vengono tagliate in pezzi più piccoli per facilitare la lavorazione, lavate per rimuovere le impurità e introdotte in un battitore Hollander, dove vengono sbattute in un impasto uniforme.

Poiché la carta finale viene utilizzata per prodotti sanitari, l'igiene e il controllo microbico sono essenziali. Per questo motivo, facciamo bollire l'impasto dopo la battitura, invece di precuocere le fibre grezze. La battitura richiede molto tempo e se le fibre venissero bollite prima, il prolungato periodo di lavorazione aumenterebbe il rischio di contaminazione. Bollendo l'impasto dopo la battitura, riduciamo al minimo la crescita microbica e possiamo procedere direttamente alla formazione del foglio, garantendo una produzione di carta igienica e sanitaria.

Dopo la cottura, l'impasto viene diluito con acqua in una grande vasca per ottenere la consistenza corretta per la formazione del foglio. Un telaio a rete viene immerso nella vasca, consentendo a uno strato sottile e uniforme di fibre di depositarsi sulla sua superficie e di formare il foglio umido iniziale. Questo foglio viene poi posto sotto una macchina pressatrice, che rimuove l'acqua in eccesso e compatta le fibre. Infine, i fogli pressati vengono trasferiti nell'essiccatoio solare, dove si asciugano e diventano una carta in fibra di banano resistente e durevole.

Uso della fibra

La fibra di banano è un materiale naturale versatile che trova applicazione in tessuti, corde, tappeti, geotessili, artigianato, prodotti cartacei e imballaggi ecologici. È apprezzata per la sua resistenza, biodegradabilità e rinnovabilità. A livello globale, la ricerca continua a esplorare la biomassa di banana come alternativa sostenibile alle fibre sintetiche, sostenendo modelli di economia circolare e riducendo i rifiuti agricoli.

Presso Sparśa, l'obiettivo principale è la produzione di fibra di banana di tipo cartaceo, utilizzata come nucleo assorbente degli assorbenti mestruali compostabili di Sparśa. Ciò è in linea con gli obiettivi del progetto di creare prodotti igienici responsabili dal punto di vista ambientale, ridurre l'inquinamento da plastica e dimostrare come i rifiuti agricoli possano essere trasformati in una soluzione di impatto sociale.

La coltivazione delle banane produce grandi volumi di rifiuti, tra cui gli pseudosteli non adatti all'estrazione delle fibre, le foglie e i liquami generati durante il processo di estrazione delle fibre. Invece di bruciare questa biomassa o di lasciarla marcire - entrambi fattori che contribuiscono all'emissione di gas a effetto serra - la Parśa la converte in compost organico. Questo approccio riduce le emissioni di metano, favorisce la salute del suolo e rafforza la missione "zero rifiuti" del progetto.

Materiali di scarto utilizzati

• Foglie di banano (40%) - tagliate in piccoli pezzi (3-50 mm).
• Tronchi di banano (35%) - parti inutilizzabili, tagliate quando sono fresche per una decomposizione più rapida.
• Fango (25%) - i rifiuti fibrosi rimasti dopo l'estrazione, pressati per rimuovere l'acqua in eccesso.
• Biochar (opzionale) - aggiunto per migliorare l'aerazione, l'attività microbica e la ritenzione dei nutrienti.

La ricetta del compost mira a raggiungere un rapporto ideale tra carbonio e azoto (C:N) compreso tra 20:1 e 35:1, poiché questo rapporto influenza l'attività microbica e la velocità di decomposizione.

Procedura di compostaggio:

1. Pre-lavorare i materiali: Tritare foglie e tronchi a 3-50 mm. Pressare il liquame per ridurre l'umidità.
2. Pesare o stimare le quantità: All'inizio utilizzare una bilancia digitale; in seguito, gli operatori possono stimare in base al volume.
3. Mescolare accuratamente: Unire gli ingredienti nel rapporto 40:35:25 per formare un cumulo di compost uniforme.
4. Regolare l'umidità: Raggiungere il 50-60% di umidità. Aggiungere acqua se è secco; aggiungere foglie o tronchi secchi tritati se è troppo umido.
5. Etichettare il cumulo: Contrassegnare ogni nuovo cumulo di compost con data, numero di lotto e composizione.
6. Monitorare le condizioni: Tenete traccia della temperatura, dell'umidità e delle condizioni del cumulo utilizzando le schede di monitoraggio della fabbrica.

La temperatura viene misurata a due profondità: 25 cm e 50 cm. Per un corretto compostaggio è necessario mantenere una temperatura di 55-65°C per la sanificazione. Un calo costante della temperatura o una distribuzione interna del calore non uniforme indicano la necessità di girare il cumulo. Le temperature estreme (>75°C) devono essere evitate per evitare il surriscaldamento.

Dopo 4-5 mesi, il compost diventa stabile, friabile, inodore e pronto per l'uso agricolo. Il compost finito arricchisce il terreno, riduce la dipendenza dai fertilizzanti chimici e garantisce il pieno utilizzo degli scarti vegetali delle banane.