Hanfwerk hat goldenen Boden

Die Palette an hanfbasierten Lebens-, Nahrungsergänzungs-, Arznei- und Drogerieprodukten ist breit gefächert. Seit vielen Jahren führen Drogerie- oder Biomärkte Hanftee aus den Blättern sowie aus den Samen Öl, Mehl, Brot oder Milch. Es gibt Hanf-Schmerzmittel auf Basis des ebenfalls in der Pflanze enthaltenen, betäubenden Wirkstoffs Cannabidiol und Waschmittel, hergestellt aus den in den Samen steckenden Tensiden. Überdies eignet sich die Pflanze, die eng mit dem Hopfen verwandt ist, auch zum Bierbrauen.

Uraltes Kulturgewächs

Hanf gilt als Wunderwerk der Natur. Das ursprünglich wohl aus Zentralasien stammende Gewächs aus der Ordnung der Rosenartigen wird laut genomischer Analysen schon seit mindestens 12.000 Jahren zur Rohstoff- und Nahrungsmittelgewinnung kultiviert und zählt damit zu den ältesten Kulturpflanzen der Welt. Einige Sorten werden aufgrund ihres hohen, teils über 20-prozentigen THC-Gehalts in den Blüten und Blättern der weiblichen Pflanzen angebaut. Sie dienen zur Drogenherstellung und gedeihen vorrangig in sonnenreichen Gefilden. Der sogenannte Nutzhanf, wie ihn Simone Graeff anbaut, wird heute fast weltweit kultiviert.

Die Fasern der Stängel lassen sich zu robuster Kleidung, strapazierfähigem Segeltuch, reißfesten Seilen oder verstärktem Papier verarbeiten. Die verbleibenden Faserreste eignen sich aufgrund ihrer Saugfähigkeit als Einstreu für Ställe. Doch die moderne Materialwissenschaft hat Hanf auch als biologischen Industrierohstoff identifiziert: Die Pflanze eignet sich zur Herstellung von Baumaterialien wie Beton oder Dämmwolle, Autochassis, Energiespeichern, Möbeln aus gepressten Stängelfasern und sogar von Windrädern.

In St. Veit an der Glan im österreichischen Bundesland Kärnten hat der Ingenieur Herfried Lammer vom Forschungsinstitut „Wood K-Plus“ ein Rotorblatt für Windkraftanlagen entwickelt, das zu über zwei Dritteln aus Hanf besteht. Der ungefähr zwei Meter lange Prototyp ist bereits fertig. „Hanf hat wunderbare Materialeigenschaften“, schwärmt Lammer: „Die Fasern der Stängel sind sehr stabil.“

Rotoren mit 70 Prozent Hanfanteil

Lammer und sein Team haben aus Hanf einen sehr strapazierfähigen und witterungsbeständigen Verbundwerkstoff gefertigt, der sich schon bald in der Praxis bewähren soll: in einer Pilotanlage, die frischen Wind in grüne Energie umwandelt – mit überwiegend biologischer Hardware. „Die Idee dahinter ist nur konsequent: Wir wollen erneuerbare Energie mit möglichst nachhaltig gebauten Anlagen gewinnen“, sagt der Forscher. Die Komponenten in Lammers Windradflügel sind im Prinzip die gleichen wie bei herkömmlichen Exemplaren. Allerdings ist das Epoxidharz biobasiert und wurde aus Hanföl gewonnen; das darin eingearbeitete Verstärkungsgewebe besteht aus Hanfstängelfasern. „Beide Komponenten ergeben zusammen einen Hanfanteil von 70 Prozent“, so der Österreicher. Die übrigen 30 Prozent entfallen auf den Härter, eine erdölbasierte Komponente des Epoxidharzes.

Aktuell gibt es allein in Deutschland weit über 30.000 Windkraftanlagen, Tendenz steigend. Da die riesigen Flügel jedoch einem stetigen Verschleiß unterliegen und irgendwann zu brechen drohen, müssen schon bald Tausende pro Jahr ersetzt und entsorgt werden. Nachhaltig ist das bislang nicht, denn herkömmliche Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Dieses Verbundmaterial aus überwiegend petrochemischen Rohstoffen ist nicht biologisch abbaubar und kann wegen des zu erwartenden Schadstoffausstoßes nicht in jeder Müllverbrennungsanlage verfeuert werden. Bei der hanfbasierten Alternative ist das anders: „Unser Material ist weitgehend biologisch abbaubar, und thermisches Recycling funktioniert recht problemlos“, sagt Lammer.

Vorteile für Windräder und Automobile

Um die Hanffasern vor witterungsbedingter Fäulnis zu schützen, muss das Material – ebenso wie vergleichbare GFK-Verbundstoffe – speziell lackiert werden. So präpariert sind die Flügel aus Hanf im rauen Windradalltag nach Lammers Berechnungen so zuverlässig wie jene aus GFK. „Endgültig wird man das natürlich erst im Pilotbetrieb sehen“, schränkt Lammer ein. Hanffasern haben die gleiche Steifigkeit wie GFK-Fasern, zeigen aber ein besseres Crashverhalten: Es kommt nicht zum Reißen oder Splittern. „Obendrein“, so Lammer, „weisen unsere Fasern eine geringere Dichte auf als Glasfasern. Wir sparen also Gewicht.“

Wegen dieser Leichtigkeit rechnet er mit einer zunehmenden Verarbeitung von Hanf auch in der Auto- und Flugzeugindustrie. Bereits 1941 präsentierte der US-Hersteller Ford sein sogenanntes Hemp-Car, deutsch: Hanf-Auto. Der Rahmen bestand aus Stahl, dazwischen wurden verschiedene Elemente aus einem leichten Verbundstoff eingesetzt, der im Wesentlichen aus Harz sowie aus Hanf- und Sojafasern bestand. Heute verbaut unter anderem Porsche Chassisteile aus hanfbasiertem Verbundstoff in Kleinserie. Die darin befindlichen Hanffaser-Gewebe weisen eine größere spezifische Energieabsorption auf als vergleichbare Materialien wie gewebter Flachs oder gewebte Jute. Das heißt: Sie können etwa bei einem Aufprall im Verhältnis zu ihrer Masse mehr Druck aushalten.

Auch im Inneren motorisierter Fahrzeuge kommt Hanf zum Einsatz, zum Beispiel im BMW i3, in dessen Tür- und Armaturenverkleidungen die Naturfasern eingearbeitet sind. Schon 2012 hatte der Ingenieurwissenschaftler James Meredith von der britischen Warwick University in einer viel beachteten Forschungsarbeit nachgewiesen, dass auf Hanf basierende Verbundstoffe eine vorteilhafte Alternative zu glasfaserverstärkten Kunststoffen sind. Sie haben beispielsweise wesentlich bessere akustische Eigenschaften, dämpfen also Schall besonders gut.

Dämmstoffe, Möbel und Ziegel

Das macht Hanf auch zu einem hochwertigen Dämmmaterial beim Hausbau: Die Stängelfasern lassen sich zu einer Art „Filz“ verarbeiten, der – bei gleicher Dicke – ähnliche Leistungen bei der Schall- und Wärmeisolierung vollbringt wie gängige Styroporplatten. Hanfstängelfasern lassen sich außerdem zu dichten Baustoff- oder Möbelplatten verpressen. Der Vorteil gegenüber ähnlichen Produkten aus Holzpressspan: Hanfstängel wachsen etwa 50-mal so schnell nach. Auf ähnliche Weise, in einem Kaltpressverfahren mit den Zutaten Kalk und Hanfstängelfasern, lassen sich übrigens schallschluckende und energieeffiziente Wandziegel herstellen.

Hanf könnte sogar den Betonbau stark verändern, wie ein Team des New Yorker Rensselaer Polytechnic Institute 2022 herausfand. Bislang sind in Betonbauteilen, zum Beispiel für Brücken oder große Gebäude, Stahlelemente eingegossen: Stangen oder Gitter, die den Beton grundsätzlich stabiler machen, allerdings nach einiger Zeit korrodieren und dadurch den Verfall von Gebäuden oder Brücken einleiten. Die Wissenschaftler aus New York präsentierten einen hanfbasierten Werkstoff als Alternative zur Stahlverstärkung. Dazu verschmolzen sie Fasern der Hanfstängel mit bestimmten Kunststoffen.

Die so hergestellten Elemente seien nicht nur langlebiger und leichter als Stahl, versichern die Erfinder, sondern seien auch deutlich klimafreundlicher. Zudem gehen die Forscher davon aus, dass sich mit Hanf verstärkter Beton auf lange Sicht günstiger herstellen lasse als klassischer Stahlbeton.

Superakkus aus Stängelmark

Im Bereich E-Mobilität könnte Hanf eines Tages ebenfalls eine tragende Rolle spielen, wie eine Studie nahelegt: Der Ingenieurswissenschaftler David Mitlin von der US-amerikanischen Clarkson University unterzog 2014 das holzartige Mark aus dem Innern der Hanfstängel einem speziellen thermischen Verfahren. Dabei zerfiel das Mark in Kohlenstoff-Nanoschichten, die sich als Speichermedium für Superkondensatoren oder Akkus eignen. Hanfbasierte Superkondensatoren sind laut Mitlin gleichstark oder sogar stärker als solche aus Graphen und kosten zugleich nur einen Bruchteil. Graphen besteht aus zweidimensionalen, atomar dünnen Kohlenstoff-Schichten und galt bislang als der Goldstandard in Sachen Energiespeicherfähigkeit.

Allerdings ist es aufwändig und teuer in der Herstellung. Mitlins Hanfstudie hat einen regelrechten Hype in Gang gesetzt. Aktuell arbeiten verschiedenste Akku- und E-Fahrzeughersteller daran, karbonisiertes Hanfstängelmark in ein alltagstaugliches Speichermedium zu verwandeln. Das US-amerikanische Unternehmen Bemp Research plant nach eigenem Bekunden, eine Hanfbatterie für schwere Elektro-Nutzfahrzeuge und E-Flugzeuge herzustellen.

Tonnenweise Mikroplastik vermeiden

Herfried Lammer vom Forschungsinstitut Wood K-Plus möchte die Palette an Hanfprodukten noch weiter ausbauen und verbessern. „Wir arbeiten zum Beispiel an biologischen Verpackungsmaterialien aus Hanf – auch, damit Biobauern ihr ökologisches Gemüse nicht mehr in Plastik abpacken müssen.“ Und Lammer hat noch weitere Ideen, etwa die, Hanffasern als nachhaltiges Bürstenmaterial für Kehrmaschinen zu nutzen. „So ließe sich tonnenweise Mikroplastik vermeiden, das durch den Abrieb von Kunststoffbürsten in die Umwelt gelangt“, sagt der österreichische Forscher.

Bleibt nur eine Frage: Wenn Hanf so ein ertragreicher, genügsamer, öko-verträglicher Alleskönner ist – warum wird er nicht viel flächendeckender angebaut? Sowohl Lammer als auch Simone Graeff sehen vor allem einen Feind des Hanfanbaus: die strikten THC-Obergrenzen für Nutzhanf in Deutschland und Österreich (0,3 Prozent). Zum Vergleich: Die Schweiz erlaubt bis zu 1,0 Prozent THC. „Um Hanf als Anbaupflanze für unsere Bauern attraktiver zu machen, bräuchten wir sogenannte Multi-Purpose-Sorten, die sich von den Samen über die Blätter, die Blüten und die Stängel komplett nutzen lassen“, ist Graeff überzeugt. „Am besten sollten alle Pflanzenteile zur selben Zeit erntereif sein.“

Solche Alleskönner ließen sich züchten, meint die Forscherin, aber wohl kaum aus jenen 70 bis 80 Hanfsorten, die in der EU freigegeben sind. „Man muss sich das mal vorstellen“, erklärt Graeff: „Derzeit dürfen wir nur 0,1 Prozent des Genpools dieser Pflanze nutzen.“ Die Möglichkeiten für und mit Hanf könnten also noch weitaus größer sein – wenn die gesetzlichen Bestimmungen nicht so kleinlich wären.