Materialien der hydro- und terrestrischen Ingenieurbiologie

Die zweiblütigen Ährchen sind in Form engständiger Rispen angeordnet. Der Spross stirbt – ähnlich wie bei Schilf – im Winter ab. Ursprünglich stammt Miscanthus aus Süd-Ost-Asien, z.B. China, Japan und Korea, wo es in subtropischen bis subarktischen Klimabereichen vorkommt.

Seit dem Jahr 2000 wurden seitens BGS Versuche mit Miscanthus als Ersatz für Totholzfaschinen durchgeführt. Der biologische Abbau ist je nach Verwendungszweck bei Miscanthus-Häckselgut wesentlich langsamer als bei Kokosfasern. Hierdurch ergeben sich interessante Anwendungsgebiete, z.B. im Bereich des Dünenschutzes, aber auch zum Schutz von Böschungsfüssen im terrestrischen als auch aquatischen Bereich. Auch für das Totholz kann Miscanthus mittlerweile teilweise als Substitut verwendet werden.

Die für unsere Produktion wichtigen Fasern befinden sich im Bereich zwischen der Nuss und der Schale. Im Inneren der Schale wird der Kokoskern mittels dieser Fasern gepolstert. Die leeren Nussschalen werden für die weitere Verarbeitung weiterverkauft.

Die getrockneten Fasern werden zu Ballots (ähnlich einem Tau) produziert oder zu einem Ballen (Bales) gepresst.

Wichtige Abbaugebiete sind Indien, dort die Provinz Kerala sowie Sri Lanka. In Indien sind alle Arbeitsgänge manuell, nur wenige Arbeiten werden mittels einfacher Mechanisierung durchgeführt. In Sri Lanka hingegen sind die meisten Arbeitsgänge mechanisiert, teilweise sogar automatisiert.

Grundsätzlich sollen die Kokosfasern 10 bis 15 cm lang sein. Der Anteil an kleineren Fasern (< als 5 cm) sollte maximal 20 % betragen. Auch der Natriumchloridgehalt sollte max. bei 3 – 5 % liegen, d.h. nach der Reinigung der Faser sind diese gegebenenfalls mit Frischwasser zu spülen, um das während des Reinigungsprozesses evtl. enthaltene Meerwasser aus der Faser zu spülen. Der Feuchtigkeitsgehalt nach Herstellung der Faser sollte 15 % nicht überschreiten. Hierbei muss erwähnt werden, dass dieser Wert bedingt durch den Transport durch Seecontainer und die Entstehung von Kondenswasser, kurzfristig überschritten werden kann. Bei fachgerechter Lagerung sollte sich dieser jedoch wieder auf das Normalmaß zurückentwickeln.

BGS verwendet Kokosfasern für die ArmaFlor® Kokosfaschinen (Vegetationsfaschinen, Kokoswalzen), welche vorrangig in der aquatischen Ingenieurbiologie, bepflanzt oder unbepflanzt, am Böschungsfuß von Gewässern eingebaut werden.

Bereits seit 2005 beschäftigt sich BGS mit dem Einsatz von Schafschurwolle für den Landschaftsbau, die Vegetationstechnik und den Erosionsschutz.
Hierfür liefert die Wolle folgende vorteilhafte Eigenschaften:

Zunächst hat die Schafswolle eine Wasserspeicherkapazität. Nach der Sättigung der Wolle durch Wasser besitzt die Wolle eine Drainagefähigkeit, leitet das Wasser also ab. Die Wolle kann dabei das 3 – 4-fache des eigenen Volumens an Wasser speichern.
Ebenso bietet die Wolle einen Verdunstungsschutz für die unterhalb der Wolle liegenden Bereiche.

Die Fettdrüsen der Schafe produzieren permanent das sogenannte Wollfett oder Wollwachs. Dieses Fett baut sich sukzessive biologisch ab und ist als reiner Naturdünger einsetzbar.

Die einzelnen Wollfäden sind Hornfäden, die im Wesentlichen aus Keratin bestehen, einem ca. 17 % igen Stickstoffanteil (der wiederum als Dünger eingesetzt wird). Somit sind die Wollfäden ein natürliches Polymer, welches sich ebenfalls sukzessive biologisch abbaut und zur Substratverbesserung einsetzbar ist.

Da die Schafe während der Weidegänge in der Wolle diverse Fremdstoffe, wie beispielsweise Saaten und Pflanzenreste, einlagern können, ist es von besonderer Wichtigkeit, die Herkunft der Wolle zu prüfen, damit es nicht zu einem unerwünschten Einschleppen von Fremdvegetation kommt.

BGS verwendet ausschließlich Wolle deutscher Herkunft, die zur Produktion von WollTerra® Böschungsfaschinen, Böschungsgittern, sowie Flechtwerkbändern verwendet wird.

Durch die Bedarfskonkurrenz, z.B. für Häcksel- oder Pellets-Heizmaterial, OSB-Platten usw. ist das Material nur in begrenzter Qualität, das heißt nicht mehr austriebsfähig, verfügbar.

Im wechselfeuchten Bereich ist die Lebensdauer begrenzt und häufig zu kurzfristig. Eine Kombination mit Vegetation ist kaum oder gar nicht möglich.

Bei austriebsfähigem Material (Lebendholz) gibt es andere Probleme.

Die BAW (Bundesanstalt für Wasserbau, Stand 11/2012) hat bei der Verwendung von Lebendmaterial – insbesondere Weiden – unter anderem folgende Nachteile dokumentiert:

• Die Weidengewinnung/Materialgewinnung darf nur innerhalb der Vegetationsruhezeit erfolgen. Hierbei handelt es sich um die Zeitspanne zwischen Laubfall und Austrieb.
• Es müssen die Naturrestriktionen beachtet werden, u.a. das BNatSchG, welches für die Weidengewinnung in der freien Landschaft Gültigkeit hat.
• Die Einbauzeit ist optimal auf März/April und mit Einschränkungen auf Oktober/November begrenzt.
• Ein Einbau sollte nur in Böschungen von 1:3 und flacher sowie bei guten Lichtverhältnissen (Sonne/max. Halbschatten) erfolgen.
• Es gibt eine eingeschränkte Verfügbarkeit gebietsheimischer und geeigneter Weidenbestände.
• Ein hoher und dichter Gehölzbewuchs (nach erfolgreicher Etablierung) kann abflussrelevant und somit auch abflussbehindernd sein.
• Der Einbau eines zusätzlichen Filters zur Erreichung der Filterstabilität ist eventuell vorzunehmen.
• Um einen ausreichenden Hochwasserabfluss zu gewährleisten, ist ein Rückschnitt erforderlich.
• Ebenfalls kommt es bei nicht kontinuierlicher Pflege zu einer starken Beschattung des Unterwuchses und somit zur Erosionsgefahr.
• Die Verfügbarkeit von geeignetem Material in der näheren Umgebung der Einbaustelle ist begrenzt. Dies hat hohe Beschaffungskosten zur Folge.

BGS verwendet Tot- und Lebendholz für ArmaFlor® Tot- und Lebendholzfaschinen, die jedoch immer öfter durch alternative Produkte ersetzt werden, da die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen.

Das z.B. als PLA-Granulat verfügbare Vormaterial ist industriell kompostierbar und biologisch abbaubar. Somit können auf Basis des Granulats hergestellte Materialien, z.B. Vliese oder Netze bzw. die Fasern, umweltneutral abgebaut werden.

Es gibt diverse Testreihen, die nach den Normen ASTM, ISO, DIN oder EN das Material PLA als Polymer untersuchen. Durch diese Untersuchungen wurden Normen entwickelt, die die Kompostierbarkeitsstandards, z.B. in Nordamerika, Japan aber auch in Europa, definieren. Ebenfalls können z.B. die PLA-Fasern nach den oben genannten Normen zertifiziert werden. Entflammbarkeitsuntersuchungen haben dazu geführt, dass mittlerweile die Akzeptanz in der Textilbranche für diesen natürlichen Werkstoff wächst.

Bei BGS werden PLA-Produkte in verschiedenen Varianten und Ausführungen verwendet. Es werden u.a. PLA-Fasern mit Naturfasern kombiniert, z.B. für Biovliese zur Umhüllung von WollTerra® und ArmaFlor® Böschungsfaschinen in Kombination mit Wolle oder Netze für ArmaFlor® Kokosfaschinen/Kokoswalzen.

Man unterscheidet zwischen:

• PE-HD (HDPE): schwach verzweigte Polymerketten, daher hohe Dichte zwischen 0,94 g/cm³ und 0,97 g/cm³, („HD“ steht für „high density“).
• PE-LD (LDPE): stark verzweigte Polymerketten, daher geringe Dichte zwischen 0,915 g/cm³  und 0,935 g/cm³ („LD“ steht für „low density“).
• PE-LLD (LLDPE): lineares Polyethylen niederer Dichte, dessen Polymermolekül nur kurze Verzweigungen aufweist.
• PE-HMW: hochmolekulares Polyethylen. Die Polymerketten sind länger als die PE-HD, PE-LD oder PE-LLD, die mittlere Molmasse liegt bei 500 bis 1.000 kg/mol.
• PE-UHMW: ultrahochmolekulares Polyethylen mit einer mittleren Molmasse von bis zu 6.000 kg/mol und einer Dichte von 0,93 bis 0,94 g/cm³.

Polypropylen (PP) wurde 1951 erstmals von John Paul Hogan und Robert Banks synthetisch erzeugt. Er ist etwas steifer, aber auch härter und fester als Polyethylen. Beide Kunststoffe, sowohl PE als auch PP, nehmen kaum Wasser auf und sind dadurch praktisch unsinkbar.

Polypropylen (PP) Multifilament-Garn kann mit Stabilisatoren versehen werden, die das Garn vor Oxidation und thermischer Zersetzung schützen.

Um die entsprechend hohen Qualitätsanforderungen an die BesTec® Netztücher zu erreichen, verwendet BGS PP-Netze, die im Gegensatz zu PE-Netzen oder anderen synthetischen Materialien bei der Herstellung nicht farblich und UV-schutztechnisch beschichtet werden. Vielmehr erfolgt eine sogenannte Spinnwebsfärbung.
'Der genaue Prozess und die Methode werden in unserer Informationsschrift Nr. 79 näher erläutert, welche wir Ihnen auf Anfrage gern zusenden.

Diese Netze verwendet BGS, je nach Aufgabenstellung, in Verbindung mit dem Faschinenprogramm, z.B. u.a. bei ArmaFlor® Vegetationsfaschinen oder als Netzschlauch, z.B. für BesTec® Steinwalzen und ähnlichen Anwendungen.

Das Wort Xylit leitet sich aus dem Griechischen Xylon (Holz) ab. Die Holzfasern bzw. die Holzstruktur ist in diesem Material noch gut erkennbar, welches auch als Lignit oder Schieferkohle bezeichnet wird. Über viele Millionen Jahre haben sich Pflanzenreste und Holz in Xylit umgewandelt.

Vergleichbar mit den Einsatzgebieten von Torf kann Xylit jedoch weniger Wasser aufnehmen bzw. halten. Xylit baut sich sehr langsam biologisch ab und hat nur einen geringen Stickstoffanteil, dafür jedoch einen sehr hohen Kohlenstoffanteil.

Anwendungen im Bereich der Wasseraufbereitung, z.B. in der Teichtechnik zur Eliminierung von Nährstoffen, haben nur Teilerfolge erbracht. So kann Xylit gemäß unserem Kenntnisstand zwar Schad- und Nährstoffe aufnehmen und speichern, bei Strömung werden diese gespeicherten Stoffe jedoch auch wieder freigegeben.
Somit ist das Einsatzspektrum relativ gering.

Daher verwendet BGS für die Herstellung entsprechender Faschinenwalzen hauptsächlich Zeolith statt Xylit.

Zeolith ist ein Begriff aus dem Griechischen und setzt sich aus der Silbe Zeo (für Sieden) und der Silbe Lithos (für Stein) zusammen. Natürliche Vorkommen gibt es weltweit an ca. 40 Standorten, so z.B. in Norwegen, primär kommt es jedoch in vulkanischen Gebieten vor.

Hauptsächlich wird Zeolith weltweit im Tagebau gewonnen. Die hochwertigsten Qualitäten findet man in Australien und Neuseeland. Das Zeolith ist groß und porös und durch die unterschiedlichen Durchmesser der Poren können diverse Moleküle gebunden werden.

Im Inneren des Zeoliths bestehen pro Gramm ca. 400 – 1.000 m² Oberfläche. Diese Oberfläche sorgt dafür, dass Mikroorganismen und Kleinstlebewesen eine sehr große Oberfläche zur Bildung des sogenannten Mikrofilms (auch Biofilm genannt (z.B. Algen, Pilze, Bakterien usw.)) bilden können. Dieser Biofilm ist für die Verbesserung der Wasserqualität nachweislich förderlich.

Das Zeolith ist ein Mineral, hat sehr spezielle Absorptionseigenschaften und wird z.B. in der Wasseraufbereitung der Klärwerkstechnik verwendet. Zeolith kann Abwasser entgiften und auch in der chemischen Industrie werden diese Eigenschaften, aber auch andere Anwendungen mit dem Einsatz von Zeolith durchgeführt. Es gibt wenige Materialien, die eine vergleichbar hohe Anzahl von Giftstoffen binden können.

Der große Vorteil zu anderen entsprechenden stoffebindenden Materialien ist, dass Zeolith recycelt werden kann. Hierbei ist das Recyclingverfahren denkbar einfach, denn es erfolgt mittels eines Tauchbades in einer Kochsalzlösung.

Auch im aquatischen Bereich, z.B. der Teichtechnik oder in Aquarien, ist Zeolith kein unbekanntes Material.

In der aquatischen Ingenieurbiologie wird Zeolith von BGS für verschiedene Produkte, z.B. für die ZeoLog® Zeolithwalzen eingesetzt.