複製可能な機械設計による持続可能なバナナ繊維抽出と堆肥化

バナナは世界で2番目に生産量の多い果物で、北緯40度から南緯40度の熱帯・亜熱帯地域で栽培されている。ネパールでは、Musa paradisiaca（AABグループ）、地元ではMalbhogとして知られています。バナナは成熟するのに9～12ヶ月を要し、芯から連続的に葉を形成する。この重なり合った葉鞘が仮茎を形成し、開花が始まるまで成長する。結実と収穫の後、仮茎は根元で切断される。茎を切ることで、同じ株から次の仮茎の成長を促すことにもなる。バナナは一生の間に約25本の仮根を発生させるが、それぞれの成長速度は異なり、収穫時期も異なる。

この農業サイクルは大量の廃棄物を生み出す。収穫されたバナナ1房につき、約30～40kgの仮根1本が相当する。農家はこの茎を燃やすか、畑に放置して腐らせることが多い。茎は水分が多いため、燃やすには灯油などの促進剤が必要で、温室効果ガスの排出や濃い煙の原因となる。茎を腐らせたまま放置すると数ヶ月かかり、農地のかなりの場所を占有してしまう。

ネパールの主なバナナ栽培地区には Morang、Jhapa、Saptari、Chitwan、Kailali、Nawalparasi がある。全国でバナナ栽培は約 21,413 ヘクタールを占め、年間約 1,284,780 トンの農業廃棄物を排出している。その中でもナワルパラシのSusta自治体は、ネパールでも有数の2,200ヘクタール近い栽培面積を誇り、年間約13万2,000トンの廃棄物を排出している。スパルシャ社が繊維抽出工場を設立したのはこの地である。

ススタの農業コミュニティは地域主導であり、私たちとの協力にオープンで熱心であったため、このパートナーシップは現実的かつインパクトのあるものとなった。この地域は戦略的にも社会的にも適していた。原料は豊富で、輸送距離も短いため、繊維の品質を保つために72時間以内にトランクを加工することができる。同時に、ススタは深く根ざした社会的課題にも直面している。女性は家庭外での機会が限られており、コミュニティの意思決定において平等な権利や代表権を得られないことが多い。月経に対するスティグマ（偏見）も依然として根強い。この地に工場を設立したことで、私たちは女性の尊厳ある雇用を創出し、経済的自立を支援し、月経の健康と環境の持続可能性に関する教育キャンペーンを実施することができました。

スパルシャは、農業廃棄物を機会に変える循環経済モデルを開発した。収穫後のバナナの幹は農家から無償で回収され、その見返りとして工場は繊維抽出の残渣から作られる有機堆肥を提供する。この非金銭的な交換は、廃棄物を減らし、土壌の肥沃度を支え、農家との長期的な信頼関係を築く。

バナナの繊維にはセルロースが60～65％含まれ、ヘミセルロース（6～19％）、リグニン（5～10％）、ペクチン（3～5％）、灰分（1～3％）、抽出物（3～6％）などが含まれる。仮根が工場に到着すると、その鞘は分離される。繊維の成熟度は茎の中の鞘の位置によって異なり、外側の層からは通常より硬い繊維が、内側の層からはより柔らかい繊維が得られる。そのため、オペレーターが適切に鞘の等級付けと分離を行わないと、抽出がわずかに不均一になることがある。平均して、1つの仮根から11枚の使用可能な外葉を抽出することができる。

スパルシャの繊維抽出施設では、幹を堆肥化可能な生理用ナプキンに使用する繊維に加工している。幹の含水率は90～92％であるため、72時間以内に処理しなければならない。処理が遅れると腐敗や発酵が進み、変色や悪臭、微生物による分解が起こる。繊維の収量は依然として低く、20kgの仮茎から得られる乾燥繊維は150g程度で、大量の残渣が堆肥に変わる。

収穫、伐採、畑から工場への幹の運搬のために、3～4ヶ月間（8月～11月）の季節労働者が追加雇用される。主な操業コストは人件費とトラクターによる運搬費である。年間約6,772m²の農場で、安定した繊維生産に十分な仮根を供給することができる。

バナナの果実を収穫した後、農家は通常、仮茎（しばしば幹と呼ばれる）を廃棄する。しかし、繊維の抽出を始める前に、仮茎を縦に割って個々の鞘を露出させなければならない。このステップは効率的な分離に不可欠で、抽出時のオペレーターの労力を大幅に軽減する。

もともとSparśa社は、作業員が茎を半分に分割できる丸鋸ベースの仮茎切断機を使用していた。機能的ではあったが、この以前のバージョンは、作業者が重い仮茎を持ち上げ、バランスをとり、手作業で刃に通す必要があった。そのため、肉体的負担が大きく、時間がかかり、疲れる作業だった。また、一度に処理できる仮茎は1本だけであり、オペレーターの疲労がすぐにワークフローを遅らせるため、処理量にも限界があった。このような制約のために、ファイバー生産工程全体の効率が悪くなり、長時間の労働が困難になっていた。

これらの制約に対処するため、新しく改良されたトランク・カッターが設計された。この改良型は、手作業による押し込みに代わって、チェーンとスプロケットによる送り機構を採用し、仮茎を自動的に把持して切断ゾーンに向けて前進させる。丸鋸刃に頼る代わりに、この機械は、1回のパスで茎を2つに分割するように配置された2つの垂直な切断刃を使用する。この統合システムにはいくつかの利点がある：

• 肉体的負担の軽減：オペレーターが重い茎を手で押す必要がなくなる。
• 処理能力の向上：連続自動供給により、より速く安定した生産が可能になります。
• 安全性の向上：ガードと制御された供給距離により、作業者は動く刃から遠ざけられます。
• より正確な切断：自動供給により、切断アライメントが一定に保たれます。

プロセスは以下の通りです：

1. 配置：擬似茎をチェンフィードプラットフォームに置きます。
2. 噛み合い：チェーンとスプロケットが仮茎を確実につかみ、前方へ誘導します。
3. 切断：茎は2枚のブレードを通り、きれいに半分に切断される。
4. 出力：切断された茎は集荷側に落下し、繊維を取り出すために手作業で皮を剥がされる。

分割後、オペレーターは各鞘の層を手で剥がす。各鞘には、より柔らかい内部組織とともに繊維質のゾーンがある。オペレーターは、ナイフを使って非繊維質の縁を切り落とし、繊維がほとんどない部分を取り除くことで、繊維が豊富な材料だけが抽出機に送られるようにする。

この改良されたカッターは、材料の取り扱いをはるかに容易にし、オペレーターの疲労を軽減し、抽出ワークフローの一貫性を高めている。また、スパルシャの労働力の重要な部分を占める女性を含む、体力のない労働者にとっても、このプロセスが利用しやすくなった。

バナナ繊維の抽出は、農業廃棄物を価値の高い天然素材に変える持続可能な方法を提供する。果実の収穫後、通常廃棄されるバナナの仮根には、生分解性製品、繊維、ロープ、紙、生理用ナプキンに適した長くて丈夫な繊維が豊富に含まれています。

この繊維を効率的かつ安定的に抽出するため、Sparśa社は半自動バナナ繊維抽出機を開発した。

この機械は、3馬力の電気モーターを動力源とし、掻き取りブレードを取り付けた回転ドラムを使用するモーター駆動システムである。運転中、オペレーターは手動でバナナの鞘を回転ローラーと固定支持バーの間に送り込む。鞘が通過する際、ブレードが果肉状の外皮をこすり落とし、きれいな繊維を分離・放出する。調整可能なローラー圧力システムにより、オペレーターはシースの厚さに応じてギャップを微調整でき、よりスムーズな操作と高品質な出力を保証します。

シンプルなベルト＆プーリー・トランスミッションが、モーターからドラムにエネルギーを伝達します。このシステムは、メンテナンスが少なく、農村部の作業場でも修理しやすいように意図的に設計されており、現地市場で入手可能な部品と完全に互換性がある。コンパクトな溶接フレームは、長い運転サイクルでも安定性を提供する。

典型的な条件下では、バナナの品種、さやの状態、刃の切れ味、オペレーターの技量にもよるが、1日6～8時間の作業で約5キログラムの乾燥繊維を生産する。

詳しい作業手順

1. 準備：
   バナナの仮根を集め、裂き、鞘の皮をむき、約1～1.5メートルの長さに切り揃える。
2. 投入：
   鞘の含水率と厚みに合わせてローラー圧を調整しながら、一度に1つの鞘を機械に送り込む。
3. 抽出：
   回転ドラムが水分を多く含む組織を取り除き、埋め込まれた繊維を解放する。歩留まりを最大にするため、この工程はシースの両側で繰り返される。
4. 乾燥と保管
   抽出された繊維は天日乾燥されるか、天候によって1～1.5日間太陽熱乾燥機に入れられる。乾燥後、束ねて保管し、次の加工に備える。

加工チェーンは、近隣の農園からバナナの仮根が集められた後に始まる。それぞれの仮根は葉鞘がしっかりと重なり合ってできている。まず外側の鞘と葉を取り除き、使える内側の層を露出させる。トランク・カッターを使い、仮根を縦に半分に切る。

分離された鞘はSparśa社の半自動バナナ繊維抽出機に投入される。それぞれの鞘は、繊維質と柔らかい内部組織の割合が異なる複数の層を含んでいます。抽出の際、鞘の一端は機械に挿入され、オペレーターはもう一端を持ちます。回転ドラムと掻き取りブレードが内壁材を破壊し、埋め込まれた繊維を放出する。より柔らかく、水分を多く含む内層は、この過程で削り取られる。オペレーターは、繊維の回収率を最大にするため、シースの両端で抽出を繰り返します。

最良の繊維品質を得るためには、仮茎を収穫してから72時間以内に抽出を行う必要がある。含水率90～92％の茎は腐敗が早い。処理が遅れると、発酵、変色、不快な臭いが生じ、繊維の品質が損なわれる。

Sparśaの繊維工場では3台の抽出機を稼動させ、1台あたり1日約3キログラムの乾燥繊維を生産している。オペレーターは通常、1週間のトレーニングで習熟し、経験を積むにつれて効率は著しく向上し、その結果、より安定した繊維を生産できるようになる。

抽出された繊維は約4フィートの長さで、抽出後すぐに乾燥される。乾燥は天日または251.712平方フィートの専用太陽熱乾燥機で行われる。太陽熱乾燥は天候にもよるが、夏場は1～1.5日、冬場は3日ほどかかる。完全に乾燥した繊維は束ねられ、次の工程に備えて保管される。

次に、繊維は紙に精製される。長い繊維は加工しやすいように細かく切断され、不純物を取り除くために洗浄された後、ホランダー・ビーターに投入され、均一なスラリーに叩かれる。

最終的な紙は衛生用品に使用されるため、衛生管理と微生物管理が不可欠です。そのため、原料繊維を事前に加熱するのではなく、叩解後にスラリーを煮沸する。叩解には長い時間がかかるため、繊維を事前に煮沸してしまうと、処理期間が長くなってコンタミネーションのリスクが高まる。叩解後のスラリーを煮沸することで、微生物の繁殖を最小限に抑え、その後直接シート形成に進むことができるため、衛生的でサニタリーグレードの紙を製造することができるのです。

煮沸後、スラリーは大きな桶の中で水で希釈され、シート形成に適した濃度になる。メッシュフレームをタンクに浸し、その表面に繊維の薄い均一な層を定着させ、最初のウェットシートを形成する。このシートをプレス機にかけると、余分な水分が取り除かれ、繊維が圧縮される。最後に、プレスされたシートは太陽熱乾燥機に移され、丈夫で耐久性のあるバナナ繊維の紙に乾燥されます。

繊維の用途

バナナ繊維は、織物、ロープ、カーペット、ジオテキスタイル、職人工芸品、紙製品、環境に優しいパッケージなど、様々な用途に使用できる万能な天然素材です。その強度、生分解性、再生可能性が評価されている。世界的には、合成繊維に代わる持続可能なバイオマスとして、循環型経済モデルをサポートし、農業廃棄物を削減するバナナバイオマスの研究が続けられています。

Sparśaでは、Sparśaの堆肥化可能な生理用ナプキンの吸収芯として使用される紙用バナナ繊維の生産に主眼を置いている。これは、環境に配慮した衛生用品を作り、プラスチック汚染を削減し、農業廃棄物がいかに社会的にインパクトのある解決策に変わるかを実証するというプロジェクトの目標に沿ったものである。

バナナ栽培では、繊維抽出に適さない仮根、葉、繊維抽出工程で発生するスラリーなど、大量の廃棄物が発生する。スパルシャは、これらのバイオマスを燃やしたり腐らせたりする代わりに、有機堆肥に変換している。この方法はメタン排出を削減し、土壌の健康をサポートし、プロジェクトのゼロ・ウェイストの使命を強化する。

使用される廃棄物

• バナナの葉（40％）- 細かく刻む（3～50mm）。
• バナナの幹（35％）- 使えない部分で、分解を早めるために新鮮なうちに刻む。
• スラリー（25％）-抽出後に残った繊維状の廃棄物で、余分な水分を取り除くために圧搾する。
• バイオ炭（オプション）- 通気性、微生物の活性、栄養分の保持を改善するために加える。

堆肥のレシピは、理想的な炭素と窒素の比率（C:N）が20:1から35:1になることを目指しています。

堆肥化の手順

1. 材料を前処理する：葉と幹を3～50mmに切り刻む。スラリーを圧搾して水分を減らす。
2. 量を量るか、推定する：最初はデジタルスケールを使用する。
3. 十分に混ぜる：材料を40：35：25の割合で混ぜ合わせ、均一な堆肥の山にする。
4. 水分を調整する：含水率が50～60％になるようにする。乾いている場合は水を加え、湿りすぎている場合は刻んだ乾燥した葉や幹を加える。
5. 堆肥の山にラベルを貼る：新しい堆肥の山に、日付、バッチ番号、配合を記入する。
6. 状態を監視する：工場のモニタリングシートを使用して、温度、水分、パイルの状態を追跡する。

温度は25cmと50cmの2つの深さで測定する。適切な堆肥化には、除菌のために55～65℃の温度を維持することが必要です。安定した温度低下や内部の不均一な熱分布は、パイルを回転させる必要があることを示しています。過熱を防ぐため、極端な温度（75℃以上）は避けなければならない。

4～5ヵ月後、堆肥は安定し、砕けやすく、無臭になり、農業用に使用できるようになる。完成した堆肥は土壌を豊かにし、化学肥料への依存を減らし、バナナの植物性廃棄物の完全な利用を保証します。