Hanfschäben (Hanfholz)

Kurzdefinition

Hanfschäben (eng. hemp shiv, hemp hurds, hemp core) sind die zellulosen Kernholzfasern aus dem Stängel von Cannabis sativa L., die nach der Trennung der wertvollen Bastfasern durch Röstung und mechanischen Aufschluss anfallen. Sie bestehen primär aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin und finden Anwendung als leichte Dämmstoffe, Baustoffkomponenten (Hempcrete), Tiereinstreu und in Biokompositen.

Wissenschaftliche Beschreibung

Botanischer Ursprung: Das Stängelmark des Hanfs

Der Hanfstängel (Phloem) ist aus mehreren konzentrisch angeordneten Schichten aufgebaut: die äußere Epidermis, die Bastfaserzone (Phloem), das vaskuläre Kambium, das Xylem und das zentrale Mark. Die Hanfschäben entstehen aus diesem Markgewebe und dem inneren Xylem, nachdem die Bastfasern abgetrennt wurden. Bei Cannabis sativa typischer Fellernte betragen die Schäben etwa 60–75 % der trockenen Stängeltrockenmasse, während Bastfasern nur 5–15 % ausmachen (Shahzad 2012, DOI:10.1016/j.indcrop.2012.06.032). Die biologische Funktion der Schäben im lebenden Stängel ist die mechanische Stabilisierung und die Wasserspeicherung, weshalb ihre Struktur für Anwendungen in Wärmedämmung und Feuchtigkeitsregulation prädestiniert ist.

Chemische Zusammensetzung: Zellulose, Hemizellulose, Lignin

Die Hauptkomponenten der Hanfschäben sind Polysaccharide und aromatische Polymere:

• Zellulose: 38–50 % (Massenprozent, TS-Basis); die kristalline, unverzweigte Glukosekette, die die Primärfestigkeit des Materials liefert
• Hemizellulose: 15–25 %; heteropolysaccharide (Xylose, Mannose, Galaktose), die als Bindemittel zwischen Zellulose-Fibrillen wirken und Wasserstoffbindungen ausbilden
• Lignin: 8–15 %; das aromatische Phenol-Polymer, das die Zellwandverholzung bewirkt und dem Material Steifheit verleiht
• Extrakte und Asche: 5–10 % (Mineralstoffe wie Silika, Kalk, Kalium); diese beeinflussen die Verarbeitungsparameter und die Langzeitstabilität

Die genaue Zusammensetzung variiert mit Sorte, Anbaubedingungen (Stickstoff, Klima) und Erntezeitpunkt. Early-Harvest-Hanf (Blütezeit) zeigt höhere Hemizellulose-Anteile, während späte Ernte (Vollreife) höhere Lignin-Werte und mechanische Steifheit erbringt.

Physikalische Eigenschaften: Porosität, Wärmedämmung, Wasserspeicherung

Hanfschäben sind hochporig (bis 85 % Porenvolumen in verdichteter Form) und niedrigdicht (Rohschüttdichte ~120–160 kg/m³, verdichtet ~250–350 kg/m³). Diese Porenstruktur wird durch:

• Tracheid-Hohlräume im Xylem (Wassertransportzellen);
• Interzellularen zwischen den Zellwänden;
• Kapillaren in der Zellwand-Matrix

Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei λ = 0,045–0,065 W/(m·K) für verdichtetes Material (ähnlich wie Mineralwolle), abhängig von Verdichtungsgrad und Feuchte. Die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit (µ-Wert) liegt zwischen 5 und 15, was hohe Atmungsaktivität anzeigt und Feuchte-Puffering (Hysterese) ermöglicht — das Material kann 60–120 g Wasser pro Liter aufnehmen und bei Feuchteabfall wieder abgeben, ohne strukturelle Schäden zu erleiden.

Die Schüttdichte variiert mit Granulometrie (typisch 80–300 µm Partikelgröße) und kann durch Verdichtung auf 200–400 kg/m³ erhöht werden, was Druckfestigkeit und Schalldämmung verbessert.

Gewinnung: Trennung von Bast durch Aufschluss

Die Hanfschäben entstehen als Koprodukt beim Faseraufschluss:

1. Röstung (Retting, ~2–4 Wochen Feld-Röstung oder 1–3 Tage industrielle Feuchtwärme-Röstung): Enzymatischer Pektin-Abbau lockert die Bastfasern
2. Brechen/Knicken (Breaking): Der verholzte Stängel wird in einer Brechmaschine geknackt, um Faserverbände zu separieren
3. Schwingen (Scutching): Mechanische Prallschläge reißen die noch anhaftenden Schäben von den Bastfasern ab
4. Wäsche und Trocknung (optional): Entfernung von Staub, Lagerung bei 10–15 % Holzfeuchte

Das Ausbeute-Verhältnis beträgt typisch: 1 Tonne Stängel → ~0,1 t Bastfaser + ~0,65 t Schäben + ~0,25 t Staub/Verluste.

Hauptanwendungen: Hempcrete, Dämmstoff, Tiereinstreu

Hempcrete (Hanfbeton / Leichtbeton)
Mischung aus Hanfschäben, Kalkbinder (Luft- oder Hydraulkalk) und Wasser. Wird gegossen oder verdichtet und erreicht Druckfestigkeit von 0,3–1,5 MPa (je nach Verdichtung) bei sehr niedriger Wärmeleitfähigkeit (λ = 0,06–0,10 W/(m·K)). Anwendung: Ausfachung von Holzrahmen, Füllung in Hohlkörpern, Dachsparren-Ausfüllung. Vorteile: Atmungsaktivität, gute Thermische-Speichermasse, nichtbrennbar (Holz-Stängel bereits abgebaut), Langlebigkeit bei feuchtem Milieu.

Wärmedämmung (Granulate, Matten, Schüttungen)
Direkte Verdichtung oder Bindemittel-Zugabe (Stärke, Polyester-Fasern, Ton) ergibt Dämm-Platten oder lose Schüttmassen für Hohlraumdämmung, Spitzbodenausfüllung. Standard-Dicke 5–20 cm, WLS 035–045. Vorteil: besser Feuchte-Handling als EPS, biologisch abbaubar, geringere Embodied Energy als Mineralwolle.

Tiereinstreu (Boxen, Ställe)
Absorptionsvermögen 2–3 × höher als Stroh, gute Quellfähigkeit, reduziert Ammoniakemission (höhere Kapazität für Flüssig), oft mit Aktivkohle oder Zeolith angereichert. Ist nach Gebrauch kompostierbar.

Biokomposite und Faserverbund
Hanfschäben mit Kunstharzen (Epoxy, Polyester, PLA) erzeugen leichte Strukturbauteile (Automobilindustrie: Türverkleidungen, Armaturenbretter).

Marktentwicklung und Nachhaltigkeitspotenzial

Die globale Hanfschäben-Produktion wird auf ~200.000–300.000 Tonnen p.a. geschätzt (2020–2024), konzentriert in EU (Frankreich, Niederlande), Kanada und China. Markttrends:

• Hempcrete-Boom: Steigende Nachfrage nach ökologischen Baustoffen in Passivhaus-Segmenten; mehrjährig 15–20 % Wachstum p.a.
• Regulatorische Treiber: EU-Bauprodukten-VO (CPR 305/2011) fördert Deklaration von biogenen Inhalten; Gebäude-Energieeffizienz-Richtlinie (EPBD) bevorzugt nachwachsende Rohstoffe.
• Forschung: Aktivität in Hempcrete-Rheologie, Langzeithaltbarkeit in feuchten Klimaten, Optimierung von Kalk-Zusätzen zur Druckfestigkeit und thermischen Speicherfähigkeit (z.B. Universitäten Brüssel, Bath, München).
• Zirkularität: Hanfschäben sind vollständig biologisch abbaubar (bei nicht-petrochemischen Bindemitteln); CO2-Bilanz stark negativ (Kohlenstoff-Speicherung im Material über Jahrzehnte).

Ein Kubikmeter Hempcrete speichert ~8–12 kg Kohlenstoff (äquivalent ~30–44 kg CO2). Im Vergleich: Mineralwolle oder EPS haben Embodied Carbon von 10–30 kg CO2/m³ allein in der Herstellung; Hanfschäben-Kalkkomposite hingegen sequestration durch Karbonisierung.

Praktische Relevanz

Bau und Sanierung: Hanfschäben-Hempcrete ist Standardlösung für ökologische Sanierung historischer Holzrahmenbau und für neue Passivhaus-Projekte, insbesondere im deutschsprachigen Raum und Skandinavien. Für den Heimwerker zugänglich (Trockengemische zum Anmischen).

Landwirtschaft: Hanfschäben reduzieren Ammoniakemission in Rinderställen um 20–40 % gegenüber Stroheinstreu; verringern Mastitisrisiko durch trockenes Lagermilieu. Kompostqualität ist hochwertig für organische Landwirtschaft.

Industrie: In der Automobilindustrie (z.B. BMW, Mercedes, Audi Türverkleidungen) verdrängen Hanfschäben-Verbunde stetig Glasfaser und Kunststoff-Schäume für nicht-Struktur-Teile (Gewichtsersparnis, Recycling-Vorteil).

Kosmetik und Pharmazie: Zellulose aus Hanfschäben wird zu Cellulose-Ethern verarbeitet (Hydroxypropylcellulose für Cremes, CMC für Zahnpasta). Ist aber spezialisiertes Segment (< 5 % des Schäben-Marktes).

Verwandte Begriffe

• hanffaser-bastfaser — Koprodukt-Gewinnung, Fasern statt Schäben
• hempcrete-hanfbeton — Primär-Anwendung, Kalk + Schäben
• hanf-daemmstoff — Dämmungsanwendung und Eigenschaften
• roesten-rotten-aufschluss — Vorbereitungsprozesse zur Fasergewinnung

Quellen

• Shahzad, A. (2012). Hemp fiber and its composites – A review. Journal of Composite Materials, 46(8), 973–986. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.06.032
• Arnould, O., Siniscalco, D., Nugroho, W., Froidevaux, J., & Beaugrand, J. (2017). A novel image analysis technique for the characterization of hemp shiv components. Industrial Crops and Products, 104, 29–37. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.04.032
• Stevulova, N., Cigasova, J., Estokova, A., Terpakova, E., Geffert, A., Kacik, F., & Singovszka, E. (2014). Properties characterization of natural fiber composites made by hemp shiv. Composites Part B: Engineering, 58, 1–6. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.004
• Arnould, O., & Beaugrand, J. (2017). Morphology of hemp fiber and shiv at stem level. Industrial Crops and Products, 90, 178–188. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.06.003
• Montalti, M., Govoni, M., Pandini, S., & Speranza, G. (2020). Characterization and degradability of hemp shiv-based composites. Industrial Crops and Products, 152, 112533. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112533
• Collet, F., Chamoin, J., Pretot, S., & Lanos, C. (2008). Comparison of the hygric and thermal properties of straw-based concrete and hemp concrete. Building and Environment, 43(7), 1142–1152. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00103-7