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  • Dr. Othar Kordsachia
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Hochausbeuteverfahren zur Erzeugung von Zellstoff

Expertise

Refiner (© Thünen-Institut/F. Wenig)

Bei den klassischen Verfahren zur Zellstofferzeugung, dem Sulfatverfahren und dem sauren Sulfitverfahren, wird in der Regel weniger als die Hälfte des eingesetzten Holzes zu Zellstoff umgesetzt. Dies ist in Hinblick auf die zunehmenden Holzverknappung und -Verteuerung, insbesondere in Mitteleuropa, sehr unbefriedigend. Bei der Zellstofferzeugung stellen zudem die Rohstoffkosten den Hauptkostenfaktor dar. Während Holz in Südamerika zu vergleichsweise günstigen Preisen bereitgestellt werden kann, stellt sich die Situation in Europa aufgrund der hohen Rohstoffkonkurrenz zunehmend kritischer dar. Nur wenn es gelingt, den Rohstoffeffizienz zu verbessern, wird es auf Dauer möglich sein, die Konkurrenzfähigkeit der europäischen Zellstoffproduktion zu erhalten.

Lösungsweg

Für uns stellte sich somit die Herausforderung, Wege zu finden,  den Rohstoff Holz wesentlich effizienter zu nutzen als bisher. Wir haben daher am Thünen-Institut für Holzforschung/Universität Hamburg intensiv an der Entwicklung von Hochausbeuteverfahren gearbeitet, die sehr hohe Ausbeuten an hochwertigen Zellstoff ermöglichen. Ziel war es, die positiven Eigenschaften von Zellstoffen und Holzstoffen miteinander zu kombinieren und somit Faserstoffe für ein breites Anwendungsgebiet zu generieren. Im Hinblick auf Rohstoffeffizienz, Energiebedarf sowie die technologischen und optischen Eigenschaften stellen die neu entwickelten Sulfit-Hochausbeuteverfahren eine attraktive Alternative dar.

Für die Herstellung der Hochausbeute-Zellstoffe entwickelten wir einen Zweistufenprozess. In der ersten Stufe erfolgt ein schonender chemischer Holzaufschluss unter Verwendung einer Natriumsulfit- oder einer Magnsiumbisulfitlösung.  Der Aufschluss wird frühzeitig, bei hoher Ausbeute, idealerweise zwischen 75 und 85 % abgebrochen. In der zweiten, mechanischen Aufschlussstufe wird das gewonnene Aufschlussgut in einen Scheibenrefiner zerfasert. Der so hergestellte Zellstoff kann für verschiedene Anwendungen, vor allem im Verpackungsbereich, ungebleicht eingesetzt werden. Trotz noch hohem Ligningehalt lassen sich derartige, auf Laubholzbasis hergestellte Sulfit-Hochausbeute-Zellstoffe  leicht in nur zwei Stufen bleichen. Unter Einsatz von Wasserstoffperoxid und Formamidinsulfinsäure werden Weißgrade von über 80 % ISO erreicht.  

Ergebnisse

Gegenüber der konventionellen Zellstoffherstellung lässt sich mit den Sulfit-Hochausbeuteverfahren die 1,6 bis 1,7-fache Menge an Faserstoff erzeugen. Das entspricht einer Holzeinsparung von rund 40 %. Für die Konkurrenzfähigkeit von europäischen Zellstoffproduzenten ist dies von existenzieller Bedeutung.

Die neu entwickelten Sulfit-Hochausbeuteverfahren liefern zudem eine sehr gute Faserqualität. Hervorzuheben ist die einzigartige Kombination von hohem Volumen und hohen Festigkeitswerten dieser Zellstoffe. Die Hochausbeutefasern zeichnen sich durch hohe Faserlänge und Intaktheit der Fasern aus. Das ist in Hinblick auf eine effektive Kaskadennutzung ein wichtiger Punkt. Ein effizientes Altpapier-Recycling kann ohne Input an hochwertigen Primärfasern nicht funktionieren. Dies zeigt sich auf frappierende Weise in der aktuellen, besorgniserregenden Entwicklung: Die Altpapierqualität verschlechtert sich stetig, denn die Produktion an grafischen Papieren geht zurück, und damit werden Frischfasern nicht in ausreichender Menge in das Papier-Recycling eingespeist.    

Ausblick

Das Interesse der Industrie ist groß und verschiedene Firmen prüfen derzeit die Umsetzbarkeit. Die Optimierung des Sulfit-Hochausbeuteverfahrens im Labormaßstab ist weitgehend abgeschlossen. Daher folgen jetzt Überlegungen für den nächsten Schritt: die Übertragung des Verfahrens in den Pilotmaßstab. Hierfür müssen die entsprechenden Anlagen noch entwickelt werden. Dies wäre dann ein weiterer Schritt zu einer deutlich effizienteren Herstellung von Zellstoffen.