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La polpa della canapa e la produzione di carta

Un breve riassunto della storia della produzione della carta rivela il ruolo importante della canapa nello sviluppo dell’industria. Vengono discussi gli aspetti tecnici della produzione classica della polpa e della carta di canapa, e la situazione attuale della polpa e della carta di canapa. Viene mostrato come per le nuove applicazioni della canapa come fonte di fibra per la carta sia richiesta una nuova tecnologia. Questo articolo è il primo di una serie sulla produzione di polpa e di carta dalla canapa.

Storia della produzione
L’uso della fibra di canapa per la polpa e la carta (cannabis sativa) risale a più di 2000 anni fa. La più antica testimonianza di pezzo di carta del mondo venne scoperto dagli archeologi nel 1975 in una tomba presso Sian, nella provincia di Shensi in Cina (Temple 1986). Consiste in un frammento di 10 cm quadrati e può essere datato con precisione tra gli anni 140 e 87 A.C. Questa carta ed altri sopravvissuti del secolo successivo sono spessi, grezzi e irregolari nella tessitura. Sono tutti fatti con fibre di canapa frantumati e disintegrati.

Gli storici della carta sono d’accordo sul fatto che i papiri Egiziani non dovrebbero essere considerati carta in senso stretto, in quanto le strisce di fibra sono tessute e non distese bagnate (Hunter 1957). La conoscenza dell’arte di fare la carta venne trasmessa dai Cinesi agli Arabi e ai Paesi Nord-Africani e da qui in Europa. La prima produzione cartacea europea è testimoniata per la prima metà del XVI secolo(Hunter 1957).Sino al primo XIX secolo l’unica materia grezza per la carta erano gli stracci. Gli stracci sono fatti con i vestiti vecchi strappati. Dato che in quel tempo i vestiti erano fatti principalmente di canapa e lino (a volte di cotone), quasi tutta la carta nella storia era quindi fatta di fibre di canapa e di lino. Con la rivoluzione industriale il bisogno di carta iniziò a superare la disponibilità di stracci.

Benché la canapa fosse la merce più trattata nel mondo sino agli anni trenta del 1800 (Conrad 1993) la scarsità di stracci minacciò il monopolio della canapa e del lino come produttori di fibre per la carta. Questo fu il maggior incentivo per gli inventori e le industrie per sviluppare nuovi processi che utilizzassero le fonti più abbondanti ed economiche di fibre naturali del mondo: le nostre foreste. Attualmente, solo il 5% della carta mondiale viene fatta da piante annuali come la canapa, il lino, il cotone, parti della canna da zucchero, lo sparto, la paglia del fieno, le canne, il sisal, l’abaci, le foglie di banano, l’ananas ed altre specie esotiche.

La produzione mondiale di polpa di canapa si ritiene che sia ora attorno alle 120.000 tonnellate all’anno (FAO 1991), il che è lo 0.05% del volume annuale di polpa mondiale. Le polpe di canapa sono in genere mescolate con altre polpe (legno) per produrre la carta. Non c’è attualmente alcuna produzione significativa di carta prodotta al 100% con la canapa.

Il rinnovato interesse nella carta di canapa
Il recente rinnovato interesse nella canapa come produttrice di fibra per la carta sembra originare da un forte motivo ambientale. Tutte le foreste primarie d’Europa, e la maggior parte di quelle Americane, sono state distrutte, tra gli altri motivi per produrre la carta. Ora noi accusiamo le nazioni che ancora possiedono foreste primarie di non salvaguardare le proprie.

In Europa tutti gli alberi sono stati tagliati per produrre carta si intendevano per quello scopo, così non sembra esservi nessuna valida ragione per passare a una fonte di fibra non legnosa o priva di legno. Questo è naturalmente un po’ diverso nelle Americhe ed in Asia e in Australia, dove le foreste primarie sono eliminate ad un costo ambientale enorme. In queste regioni la canapa ha un numero di vantaggi notevole come fonte alternativa di fibra per la carta. La canapa non necessita di pesticidi o erbicidi e produce da tre a quattro volte fibra in più per ettaro all’anno delle foreste.

E infine: il riciclaggio della carta è stato inventato per sopperire all’errore di eliminare le nostre foreste primarie. Tecnicamente parlando, non si ha bisogno di riciclare la carta di canapa perché è un materiale grezzo rinnovabile. Uno svantaggio nell’utilizzare la canapa o altre piante annuali come fonte di fibra per la carta è che la tecnologia attuale è stata ottimizzata per la produzione di fibra legnosa, così ci sarebbe bisogno di riconvertire gli attuali impianti per applicare questa tecnologia alla fibra di canapa. Prima di entrare nei dettagli tecnici esamineremo prima la tecnologia della produzione di polpa e di carta.

La Polpa e la Produzione di carta
La produzione della carta consiste essenzialmente nel riordinare le fibre elementari da qualsiasi tipo di fonte (un albero, la canapa, un vecchio paio di jeans o persino dalle alghe) in un foglio piatto e sottile. Le fibre elementari sono il blocco base di costruzione di alberi e di molte piante. La fibra media che produce carta è lunga circa 2mm e grossa circa 0,02mm (20 micrometri).

Tutte le fibre sono tenute insieme da catene di molecole di cellulosa, organizzate in rigida struttura. Questi blocchi di costruzione sono incollati insieme con altri componenti biologici (lignina e pectina), che dà una certa flessibilità e forza al tessuto, così che l’albero o la pianta possono piegarsi sotto sforzo e non si spezzano durante i temporali, oltre ad essere in grado di portare semi e frutti.

La polpa (dalla fonte di fibra alla polpa)
Pulitura: tutti i componenti non fibrosi devono essere eliminati dal materiale grezzo, e le fibre rimanenti devono essere ripulite dallo sporco, pietre ed altro materiale estraneo. Estrazione della polpa: le fibre elementari sono separate o chimicamente rimuovendo la colla che le tiene assieme, o meccanicamente strappando la struttura. Da questo momento in poi il materiale prende il nome di "polpa".

- Taglio: specialmente le fibre di canapa sono troppo lunghe per fare un foglio di carta omogeneo, così le fibre devono essere tagliate della giusta lunghezza.
- Classificazione: le fibre adatte per l’uso nella carta sono separate da quelle troppo corte, troppo lunghe, troppo larghe, troppo sottili, troppo arrotolate, troppo sporche o troppo vecchie. Le fibre possono essere classificate per peso (con processo di centrifuga e gravitazionale) e taglia (vari processi di setacciamento).
- Sbiancamento: alternativamente le fibre adatte possono essere sbiancate per raggiungere un maggior tono di "bianco". Più bianco il foglio, maggiore è il contrasto con l’inchiostro. Gli impianti di vecchio tipo usano un composto a base di clorurato con pericolosi effetti collaterali. Gli impianti moderni usano invece composti come l’ossigeno, l’ozono e il perossido (a base di ossigeno). La polpa di canapa può essere sbiancata con il perossido di ossigeno relativamente innocuo. Per alcune applicazioni non è richiesto la sbiancatura, ad esempio per la carta da pacchi e cartoncino.
- Raffinazione: questo è una fase separata del processo in cui le superfici delle fibre sono rese "ruvide". Maggiore è la ruvidezza di una superficie e meglio aderisce ad altre fibre nel foglio di carta e maggiore diventa la forza della carta. Per la carta.
- Diluizione: per stendere le fibre uniformemente in un foglio omogeneo, la polpa viene diluita con una gran quantità d’acqua (a volte fino a 200 volte la quantità di polpa di fibra).
- Formazione: l’impasto fibra-acqua viene versato su di una struttura a reticolo. La maggior parte dell’acqua cadrà attraverso tale reticolo lasciando la fibra arrangiarsi in un foglio piatto. Asciugatura: nelle fasi successive il foglio bagnato viene asciugato tramite pressatura e riscaldamento a vapore.
- I fogli: finalmente, formati, questi vengono tagliati nella forma desiderata.

Questi processi sono fondamentalmente gli stessi per la produzione manuale di carta e per le attrezzature moderne, con la differenza che le vecchie macchine sfornavano un foglio fatto a mano al minuto, mentre la nuovissima macchina per la carta Fourdrinier ne produce 15.000 metri quadri al minuto: un foglio largo 10 metri a 90 km all’ora!

Benché vi siano migliaia di cartiere nel mondo che non necessitano del legno per le loro macchine, solo poche di esse usano la canapa come fonte di fibra. Attualmente 23 cartiere usano la fibra di carta, per una produzione mondiale stimata a 120.000 tonnellate all’anno. La maggior parte delle cartiere sono dislocate in Cina e in India, e producono carta da stampa e da scrivere di discreta qualità. Abbastanza ovviamente, queste cartiere non hanno una fonte stabile di fibra, ma utilizzano semplicemente tutto quello che possono reperire nella regione. Circa 10 cartiere sono dislocate nell’emisfero occidentale (Stati Uniti, Regno Unito, Francia, Spagna, Europa Orientale, Turchia), e queste producono tipi di carta particolare come:

- carta da sigarette: persino marche conosciute di sigarette americano hanno il 50% di carta e filtro fatti con la canapa. Alcuni paesi hanno ancora leggi che prevedono l’uso della canapa nella carta da sigarette in quanto altre fibre (come l’abete) producono fumi pericolosi quando sono bruciati (!).
- carta per filtri (usi tecnici e scientifici)
- filtri per caffè e sacchetti del Tè
- specialità non tessuti
- carta isolante (per condensazioni elettriche)
- carta di sicurezza
- vari tipi di carta artistica particolare

Queste carte possono generalmente essere prodotte solamente da fibre speciali come la canapa, il lino, il cotone ed altre fonti di fibre non a base di legno. La cartiera media di polpa e carta di canapa produce circa 5.000 tonnellate all’anno. Questo dovrebbe essere paragonato ad una cartiera normale per fibre legnose, che non è mai inferiore alle 250,000 tonnellate annue. L’unica ragione per cui le cartiere rimaste riescono ancora a produrre quantità così piccole è che c’è un uso molto speciale per la polpa.

Ciò spiega parzialmente l’alto costo per la polpa di canapa: circa 2500$ a tonnellata contro i 400$ della polpa media sbiancata del legno. Le cartiere rimanenti nel mondo occidentale sono incapaci di reagire alle regolamentazioni ambientali occidentali perché sono troppo piccole e per la loro tecnologia antiquata. Alcune sopravvivono spedendo la loro acqua di scarico alle grosse cartiere che lavorano il legno nelle vicinanze, altre hanno dovuto chiudere.

C’è un netto spostamento della cartiere di una certa capacità verso quei paesi che non prendono ancora seriamente in considerazione i problemi ambientali. Una ragione per l’alto prezzo della polpa di canapa è l’inefficienza dei processi per estrarre la polpa che vengono utilizzati. Un’altra ragione è che la canapa viene raccolta una volta l’anno (in Agosto) ed essere poi messa in deposito per alimentare la cartiera durante tutto il resto dell’anno.

Questo canapa in deposito richiede molto lavoro (la maggior parte manodopera) per muovere i grossi covoni, il che va ad incidere molto sul costo della materia prima.

Tecnologia tradizionale per ottenere la polpa
La maggior parte delle cartiere lavora la lunga rafia della canapa, che arriva sotto forma di balle di nastro pulito da fabbriche che la prelavorano e che sono dislocate presso le zone di coltivazione. Le balle sono pulite e introdotte in un contenitore sferico, chiamato il digerente. Viene aggiunta dell’acqua (dalle 5 alle 10 volte il peso delle fibre) assieme alle sostanze chimiche di cottura per rimuovere i componenti "collosi", la lignina e la pectina, dalle fibre. Molte cartiere usano l’idrossido di sodio ed un coctktail a base di zolfo.

Le fibre sono cotte per diverse ore (a volte fino a otto ore) ad alte pressioni e temperature, fino a quando tutte le fibre sono separate le une dalle altre. Dopo la cottura, le sostanze chimiche di cottura ed i componenti di legatura sono separati dalle fibre tramite un lavaggio con l’acqua in eccesso. Questa fase è quella in cui emergono la maggior parte dei rifiuti inquinanti.

Spesso tali rifiuti sono scaricati così come sono nei bacini d’acqua locali. Le rimanenti fibre pulite sono poi introdotte in un battitore Hollander, paragonabile ad una vasca da bagno gigante, con una larga ruota che gira attorno ad un asse orizzontale in un punto della vasca. La ruota pompa il materiale "polpa" su se stesso e contemporaneamente taglia le fibre della giusta lunghezza, dando anche alle fibre la ruvidità richiesta della superficie per una miglior legatura. Tale battitura prosegue anche sino a dodici ore per partita di canapa.

Alcune cartiere aggiungono sbiancanti chimici durante questa fase, altre passano la polpa dalle macchine battitrici a contenitori separati per la sbiancatura. Il processo di sbiancatura separato spesso impiega composti a base di clorurato, che poi sono scaricati con il resto nell’ambiente. La polpa sbiancata è poi pronta per essere pompata nella macchina della carta, o può essere pressata per una asciugatura che la renda adatta al trasporto ad una cartiera situata altrove.

Le più di ventiquattro ore di tempo richiesto da tutto il processo lo rendono molto costoso, dato che il trasporto ed i costosi macchinari devono essere ammortizzati.

Necessità di nuove tecnologie
Nuove applicazioni della canapa come materiale grezzo per la produzione della carta richiedono una nuova tecnologia di estrazione della polpa che sia in grado di utilizzare la canapa dal deposito umido.Alcune nuove tecniche sono state sviluppate, anche se in laboratorio o su scala pilota.

di Richard Rose

Riferimenti
- Abel E.L. 1980. Marihuana, the first twelve thousand years. Plenum press, New York, 289 pp.
- Conrad C., 1993. Hemp, lifeline to the future. Creative Xpressions Publishing, Los Angeles, California.
- FAO 1991. The outlook for pulp and paper to 1995. Paper products, and industrial update. Food and Agricultural Organization of the United Nations, Rome.
- Hunter, D. 1957. Paper making, the history and technique of an ancient craft. 2nd Ed. Albert A. Knopf
- Smook G.A. 1982. Handbook for pulp & paper technologists. 2nd Ed. Angus Wilde Publications, Vancouver, B.C.
- Temple R.K.C, 1986. China, land of discovery and invention. Patrick Stevens Ltd., United Kingdom.
- Gertjan van Roekel jr. ATO-DLO Agro-technology, P.O.box 17, 6700 AA Wageningen, The Netherlands
- Van Roekel, G J, 1994. Hemp pulp and paper production. Journal of the International Hemp Association 1: 12-14.

Data di pubblicazione mercoledì 15 settembre 2004 12:24

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