Tekrarlanabilir Makine Tasarımları ile Sürdürülebilir Muz Lifi Çıkarma ve Kompostlama

Muz, 40°N ile 40°S arasındaki tropikal ve subtropikal bölgelerde yetiştirilen, dünyanın en çok üretilen ikinci meyvesidir. Nepal'de Sparśa'nın üretiminde kullanılan en yaygın çeşit, yerel olarak Malbhog olarak bilinen Musa paradisiaca 'dır (AAB grubu). Bir muz bitkisinin olgunlaşması 9-12 ay sürer ve çekirdeğinden sürekli olarak yapraklar oluşturur. Üst üste binen bu yaprak kılıfları, çiçeklenme başlayana kadar büyüyen yalancı gövdeyi oluşturur. Meyve verdikten ve hasat edildikten sonra yalancı sap tabandan kesilir çünkü her sap sadece bir kez muz verir. Sapın kesilmesi aynı bitkiden bir sonraki yalancı sapın büyümesini de teşvik eder. Bir muz bitkisi yaşam döngüsü boyunca, her biri farklı hızlarda büyüyen ve farklı zamanlarda hasat edilen yaklaşık 25 yalancı gövde üretebilir.

Bu tarımsal döngü büyük miktarlarda atık üretir. Hasat edilen her bir salkım muz, yaklaşık 30-40 kg ağırlığında bir yalancı gövdeye karşılık gelir. Çiftçiler genellikle bu sapları yakar ya da tarlada çürümeye bırakır. Saplar oldukça nemli olduğundan yakmak için gazyağı ya da diğer hızlandırıcılara ihtiyaç duyulmakta, bu da sera gazı emisyonlarına ve yoğun dumana yol açmaktadır. Sapların çürümeye bırakılması aylar sürmekte ve tarım arazilerinde önemli yer kaplamaktadır.

Nepal'in muz yetiştirilen başlıca bölgeleri arasında Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali ve Nawalparasi yer almaktadır. Ülke genelinde muz tarımı yaklaşık 21.413 hektarlık bir alanı kapsamakta ve yılda yaklaşık 1.284.780 ton tarımsal atık üretmektedir. Bu alanlar içinde Nawalparasi'deki Susta belediyesi, Nepal'deki en yüksek yoğunluklardan biri olan yaklaşık 2.200 hektarlık ekim alanıyla öne çıkmakta ve yılda yaklaşık 132.000 ton atık üretmektedir. Sparśa elyaf çıkarma fabrikasını kurmak için burayı seçti.

Susta'nın çiftçi toplulukları toplum tarafından yönetiliyor ve bizimle işbirliği yapma konusunda açık ve hevesliydi, bu da ortaklığı hem pratik hem de etkili hale getirdi. Bölge stratejik ve sosyal açıdan uygundu: hammaddeler boldu ve taşıma mesafeleri kısaydı, bu da elyaf kalitesini korumak için gövdelerin 72 saat içinde işlenebilmesini sağlıyordu. Susta aynı zamanda köklü sosyal zorluklarla da karşı karşıya. Kadınlar ev dışında sınırlı fırsatlara sahiptir ve genellikle topluluk karar alma süreçlerinde eşit haklardan ve temsilden yoksundur. Menstrüel damgalama hala güçlü. Fabrikayı burada kurmamız, kadınlar için onurlu bir istihdam yaratmamıza, finansal bağımsızlıklarını desteklememize ve adet sağlığı ve çevresel sürdürülebilirlik konularında eğitim kampanyaları yürütmemize olanak sağladı.

Sparśa, tarımsal atıkları fırsata dönüştüren döngüsel bir ekonomi modeli geliştirdi. Muz gövdeleri hasattan sonra çiftçilerden ücretsiz olarak toplanıyor ve karşılığında fabrika lif çıkarma kalıntısından üretilen organik kompost sağlıyor. Bu parasal olmayan değişim atıkları azaltmakta, toprak verimliliğini desteklemekte ve çiftçilerle uzun vadeli güven tesis etmektedir.

Muz bitkisi lifleri %60-65 oranında selüloz, daha küçük oranlarda hemiselüloz (%6-19), lignin (%5-10), pektin (%3-5), kül (%1-3) ve ekstraktifler (%3-6) içerir. Bir psödostem fabrikaya ulaştığında, kılıfları ayrılır. Lif olgunluğu, kılıfın gövde içindeki konumuna bağlı olarak değişir; dış katmanlar tipik olarak daha sert lifler üretirken, iç katmanlar daha yumuşak lifler verir. Sonuç olarak, operatörler kılıfları uygun şekilde sınıflandırıp ayırmadıkça ekstraksiyon biraz homojen olmayabilir. Yalancı gövde başına ortalama 11 kullanılabilir dış yaprak çıkarılabilir.

Sparśa'nın elyaf çıkarma tesisi, gövdeleri kompostlanabilir adet pedleri için kullanılan elyaflara dönüştürür. Gövdeler 72 saat içinde işlenmelidir çünkü nem içerikleri %90-92'dir. İşlemin gecikmesi ayrışmayı ve fermantasyonu tetikleyerek renk bozulmasına, kokuya ve mikrobiyal bozulmaya neden oluyor. Lif verimi düşüktür: 20 kg'lık bir yalancı gövde yaklaşık 150 gram kuru lif verir ve geride komposta dönüştürülen büyük miktarda kalıntı bırakır.

Hasat, kesim ve gövdelerin tarlalardan fabrikaya taşınması için mevsimsel olarak 3-4 ay boyunca (Ağustos-Kasım) ek işçiler istihdam edilmektedir. Ana işletme maliyetleri arasında işçilik ve traktör taşımacılığı yer almaktadır. Yaklaşık 6.772 m²'lik tarlalar, istikrarlı elyaf üretimi için yılda yeterli miktarda yalancı gövde sağlayabilir.

Muz meyvelerini hasat ettikten sonra, çiftçiler genellikle yalancı sapı (genellikle gövde olarak adlandırılır) atarlar; bu sap aslında katmanlı kılıfları içinde değerli doğal lifler barındırır. Bununla birlikte, lif ekstraksiyonu başlamadan önce, yalancı gövdenin tek tek kılıfları ortaya çıkarmak için uzunlamasına bölünmesi gerekir. Bu adım verimli bir ayırma işlemi için gereklidir ve ekstraksiyon sırasında operatörün harcadığı eforu önemli ölçüde azaltır.

Başlangıçta Sparśa, işçilerin sapları ikiye bölmesine olanak tanıyan dairesel testere tabanlı bir yalancı sap kesici kullanmıştır. İşlevsel olmasına rağmen, bu eski versiyon operatörlerin sürekli olarak ağır yalancı gövdeleri kaldırmasını, dengelemesini ve bıçaktan elle geçirmesini gerektiriyordu. Bu da süreci fiziksel olarak zorlayıcı, zaman alıcı ve yorucu hale getiriyordu. Ayrıca, bir seferde yalnızca bir sap işlenebildiği ve operatör yorgunluğu iş akışını hızla yavaşlattığı için verimi de sınırlıyordu. Bu kısıtlamalar, genel elyaf üretim sürecini daha az verimli ve uzun çalışma saatleri için zor hale getirdi.

Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için yeni ve geliştirilmiş bir gövde kesici tasarlandı. Yükseltilmiş model, manuel itmenin yerini, yalancı gövdeyi otomatik olarak kavrayan ve kesme bölgesine doğru ilerleten bir zincir ve dişli besleme mekanizması ile değiştiriyor. Makine, dairesel bir testere bıçağı yerine, gövdeyi tek bir geçişte ikiye ayırmak için konumlandırılmış iki dikey kesme bıçağı kullanır. Bu entegre sistem çeşitli avantajlar sunar:

• Azaltılmış fiziksel zorlanma: Operatörlerin artık ağır sapları manuel olarak itmesi gerekmez.
• Daha yüksek verim: Sürekli otomatik besleme, daha hızlı ve daha tutarlı çıktı sağlar.
• Geliştirilmiş güvenlik: Koruma ve kontrollü besleme mesafesi, operatörleri hareketli bıçaklardan uzak tutar.
• Daha hassas kesim: Otomatik besleme, tutarlı kesim hizalamasını korur.

İşlem aşağıdaki gibi çalışır:

1. Yerleştirme: Sözde gövde zincir besleme platformuna yerleştirilir.
2. Kavrama: Zincirler ve dişliler sapı güvenli bir şekilde kavrar ve ileri doğru yönlendirir.
3. Kesim: Sap, onu temiz bir şekilde ikiye bölen iki dik bıçaktan geçer.
4. Çıktı: Kesilen parçalar toplama tarafına düşer ve burada elyaf ekstraksiyonu için manuel olarak soyulabilir.

Bölme işleminden sonra operatörler her bir kılıf katmanını elle soyar. Her kılıf, daha yumuşak iç dokularla birlikte lifli bir bölge içerir. Operatörler, az lifli veya hiç lif içermeyen bölümleri çıkarmak için bir bıçak kullanarak lifsiz kenarları keser ve yalnızca lif bakımından zengin malzemenin ekstraksiyon makinesine gitmesini sağlar.

Bu geliştirilmiş kesici, malzemenin taşınmasını çok daha kolay hale getirmiş, operatör yorgunluğunu azaltmış ve ekstraksiyon iş akışında daha fazla tutarlılığı desteklemiştir. Ayrıca, Sparśa işgücünün önemli bir bölümünü oluşturan kadınlar da dahil olmak üzere daha az fiziksel güce sahip çalışanlar için süreci erişilebilir hale getiriyor.

Muz lifi çıkarımı, tarımsal atıkları yüksek değerli doğal bir malzemeye dönüştürmek için sürdürülebilir bir yol sunuyor. Meyve hasadından sonra, tipik olarak atılan muz yalancı sapı, biyolojik olarak parçalanabilir ürünler, tekstil ürünleri, halatlar, kağıt ve hijyenik pedler için uygun uzun, dayanıklı lifler açısından zengindir.

Bu lifleri verimli ve tutarlı bir şekilde çıkarmak için Sparśa, manuel kazımaya kıyasla çıktı ve kaliteyi önemli ölçüde artıran yarı otomatik bir muz lifi çıkarma makinesi geliştirdi.

Makine, 3 HP'lik bir elektrik motoruyla çalışan, kazıma bıçaklarıyla donatılmış döner bir tambur kullanan motor tahrikli bir sistemdir. Çalışma sırasında operatör, muz kılıflarını döner silindir ile sabit bir destek çubuğu arasına manuel olarak besler. Kılıf geçerken bıçaklar etli dış malzemeyi sıyırarak temiz lifleri ayırır ve serbest bırakır. Ayarlanabilir bir silindir basınç sistemi, operatörün kılıf kalınlığına bağlı olarak boşluğa ince ayar yapmasına olanak tanıyarak daha sorunsuz çalışma ve daha yüksek kaliteli çıktı sağlar.

Basit bir kayış ve kasnak aktarımı, enerjiyi motordan tambura aktarır. Sistem, az bakım gerektirecek, kırsal atölyelerde onarımı kolay olacak ve yerel pazarlarda bulunan bileşenlerle tamamen uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır. Kompakt kaynaklı çerçevesi, uzun çalışma döngüleri sırasında bile stabilite sağlar.

Tipik koşullar altında makine, muz çeşidine, kılıf durumuna, bıçak keskinliğine ve operatör becerisine bağlı olarak 6-8 saatlik çalışma gününde yaklaşık 5 kilogram kuru elyaf üretir.

Detaylı çalışma adımları:

1. Hazırlık:
   Muz yalancı gövdeleri toplanır, bölünür, kılıflar halinde soyulur ve yaklaşık 1-1,5 metre uzunluğunda kesilir.
2. Besleme:
   Her seferinde bir kılıf makineye beslenir ve silindir basıncı kılıfın nem içeriği ve kalınlığına uyacak şekilde ayarlanır.
3. Ekstraksiyon:
   Dönen tambur su bakımından zengin dokuyu çıkarır ve gömülü lifleri serbest bırakır. İşlem, verimi en üst düzeye çıkarmak için kılıfın her iki yarısında da tekrarlanır.
4. Kurutma ve Depolama:
   Çıkarılan lifler güneşte kurutulur veya hava durumuna bağlı olarak 1-1,5 gün boyunca bir güneş kurutucusuna yerleştirilir. Kurutulduktan sonra demetlenir ve bir sonraki işleme aşaması için saklanır.

İşleme zinciri, muz yalancı sapının yakındaki tarlalardan toplanmasının ardından başlar. Her bir yalancı gövde, sıkıca üst üste binen yaprak kılıflarından oluşur. Kullanılabilir iç katmanları ortaya çıkarmak için önce dış kılıflar ve yapraklar çıkarılır. Gövde kesici kullanılarak yalancı gövde uzunlamasına ikiye bölünür, bu da kılıfların soyulmasını önemli ölçüde kolaylaştırır ve çıkarma işlemini hızlandırır.

Ayrılan kılıflar daha sonra Sparśa'nın yarı otomatik muz lifi çıkarıcısına beslenir. Her kılıf, farklı oranlarda lifli malzeme ve yumuşak iç doku içeren birden fazla katman içerir. Ekstraksiyon sırasında, operatör diğer ucu tutarken kılıfın bir ucu makineye yerleştirilir. Dönen tambur ve kazıma bıçakları iç duvar malzemesini parçalayarak gömülü lifleri serbest bırakır. Daha yumuşak, su bakımından zengin iç tabaka işlem sırasında kazınarak uzaklaştırılır. Operatör, elyaf geri kazanımını en üst düzeye çıkarmak için kılıfın her iki ucunda da ekstraksiyonu tekrarlar.

En iyi elyaf kalitesi için ekstraksiyon, yalancı sapın hasat edilmesinden sonraki 72 saat içinde gerçekleştirilmelidir. Nem içeriği %90-92 olan saplar hızla çürür. İşlemin gecikmesi fermantasyona, renk değişimine ve kötü kokuya yol açar ve bunların tümü elde edilen elyafı tehlikeye atar.

Sparśa elyaf fabrikası, her biri günde yaklaşık 3 kilogram kuru elyaf üreten üç ekstraksiyon makinesi işletiyor ve toplam günlük üretim yaklaşık 9 kg. Operatörler genellikle bir haftalık eğitimle yetkin hale geliyor ve deneyimleriyle verimlilikleri gözle görülür şekilde artıyor, bu da daha tutarlı elyaf çıktısı sağlıyor.

Yaklaşık dört fit uzunluğunda çıkarılan lifler, çıkarıldıktan hemen sonra kurutulur. Kurutma işlemi ya güneşte ya da 251.712 metrekarelik özel güneş enerjili kurutucuda gerçekleştirilir. Güneşte kurutma, hava koşullarına bağlı olarak yaz aylarında 1-1,5 gün, kış aylarında ise 3 güne kadar sürmektedir. Lifler tamamen kurutulduktan sonra demetlenir ve bir sonraki aşama için depolanır.

Daha sonra, lifler rafine edilerek kağıt haline getirilir. Uzun lifler daha kolay işlenebilmeleri için daha küçük parçalara ayrılır, yabancı maddelerden arındırılmak üzere yıkanır ve Hollander çırpıcıya beslenerek düzgün bir bulamaç haline getirilir.

Nihai kağıt sıhhi ürünlerde kullanıldığından, hijyen ve mikrobiyal kontrol çok önemlidir. Bu nedenle, ham elyafı önceden pişirmek yerine çırpma işleminden sonra bulamacı kaynatıyoruz. Çırpma işlemi uzun sürüyor ve elyaflar önceden kaynatılsaydı, uzun işlem süresi kontaminasyon riskini artıracaktı. Çırpma sonrası bulamacı kaynatarak mikrobiyal büyümeyi en aza indiriyor ve sonrasında doğrudan tabaka oluşumuna geçerek hijyenik ve sıhhi kalitede kağıt üretimi sağlıyoruz.

Pişirmeden sonra bulamaç, tabaka oluşumu için doğru kıvamı elde etmek üzere büyük bir kazanda suyla seyreltilir. Bir ağ çerçeve tekneye daldırılarak ince, eşit bir elyaf tabakasının yüzeyine yerleşmesi ve ilk ıslak tabakayı oluşturması sağlanır. Bu tabaka daha sonra fazla suyu uzaklaştıran ve lifleri sıkıştıran bir pres makinesinin altına yerleştirilir. Son olarak, preslenen tabakalar güneş enerjili kurutucuya aktarılır ve burada kuruyarak güçlü, dayanıklı muz lifi kağıdına dönüşür.

Elyaf Kullanımı

Muz lifi, tekstil, halat, halı, jeotekstil, el sanatları, kağıt ürünleri ve çevre dostu ambalajlar gibi çok çeşitli uygulamalara sahip çok yönlü bir doğal malzemedir. Dayanıklılığı, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve yenilenebilirliği nedeniyle değerlidir. Küresel çapta araştırmalar, sentetik liflere sürdürülebilir bir alternatif olarak muz biyokütlesini keşfetmeye, döngüsel ekonomi modellerini desteklemeye ve tarımsal atıkları azaltmaya devam ediyor.

Sparśa'da öncelikli odak noktası, Sparśa'nın gübrelenebilir adet pedlerinin emici çekirdeği olarak kullanılan kağıt sınıfı muz lifi üretmektir. Bu, projenin çevreye duyarlı hijyen ürünleri yaratma, plastik kirliliğini azaltma ve tarımsal atıkların nasıl sosyal açıdan etkili bir çözüme dönüştürülebileceğini gösterme hedefleriyle uyumludur.

Muz yetiştiriciliği, lif çıkarma işlemi için uygun olmayan yalancı gövdeler, yapraklar ve lif çıkarma işlemi sırasında oluşan bulamaç dahil olmak üzere büyük miktarlarda atık üretir. Bu biyokütleyi yakmak ya da çürümeye bırakmak yerine (her ikisi de sera gazı emisyonlarına katkıda bulunur) Parśa organik komposta dönüştürür. Bu yaklaşım metan emisyonlarını azaltmakta, toprak sağlığını desteklemekte ve projenin sıfır atık misyonunu güçlendirmektedir.

Kullanılan Atık Malzemeler

• Muz yaprakları (%40) - küçük parçalar halinde doğranmış (3-50 mm).
• Muz gövdeleri (%35) - kullanılamayan parçalar, daha hızlı ayrışma için tazeyken doğranır.
• Bulamaç (%25) - ekstraksiyondan sonra kalan lifli atık, fazla suyu uzaklaştırmak için preslenir.
• Biyokömür (isteğe bağlı) - havalandırmayı, mikrobiyal aktiviteyi ve besin maddelerinin tutulmasını iyileştirmek için eklenir.

Kompost tarifi, 20:1 ila 35:1 arasında ideal bir Karbon-Azot (C:N) oranı elde etmeyi amaçlamaktadır, çünkü bu oran mikrobiyal aktiviteyi ve ayrışma hızını etkilemektedir.

Kompostlama Prosedürü:

1. Malzemeleri ön işleme tabi tutun: Yaprakları ve gövde parçalarını 3-50 mm'ye kadar doğrayın. Nemi azaltmak için bulamacı bastırın.
2. Miktarları tartın veya tahmin edin: İlk başta dijital bir tartı kullanın; daha sonra işçiler hacme göre tahmin edebilirler.
3. İyice karıştırın: Düzgün bir kompost yığını oluşturmak için malzemeleri 40:35:25 oranında birleştirin.
4. Nem oranını ayarlayın: 50-60 nem içeriğine ulaşın. Kuru ise su ekleyin; çok ıslaksa doğranmış kuru yapraklar/gövdeler ekleyin.
5. Yığını etiketleyin: Her yeni kompost yığınını tarih, parti numarası ve bileşim ile işaretleyin.
6. Koşulları izleyin: Fabrikanın izleme formlarını kullanarak sıcaklık, nem ve yığın durumunu takip edin.

Sıcaklık iki derinlikte ölçülür: 25 cm ve 50 cm. Doğru kompostlama, sanitizasyon için 55-65°C arasındaki sıcaklıkların korunmasını gerektirir. Sabit bir sıcaklık düşüşü veya düzensiz iç ısı dağılımı yığının döndürülmesi gerektiğini gösterir. Aşırı ısınmayı önlemek için aşırı sıcaklıklardan (>75°C) kaçınılmalıdır.

4-5 ay sonra kompost stabil, ufalanmış, kokusuz ve tarımsal kullanıma hazır hale gelir. Bitmiş kompost toprağı zenginleştirir, kimyasal gübreye bağımlılığı azaltır ve muz bitkisi atıklarının tam olarak kullanılmasını sağlar.