Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der Substitution von Plastikprodukten durch nachhaltige und rezyklierbare Faser- bzw. Papier basierte Produkte wird insbesondere im Verpackungsbereich eine hohe Priorit\u00e4t einger\u00e4umt. Vor diesem Hintergrund w\u00fcrde die stoffliche Nutzung bisher nicht erschlossener Altpapierquellen f\u00fcr die Produktion von umweltkompatiblen und problemlos zu entsorgenden Verpackungsl\u00f6sungen zweifelsfrei einen erheblichen Beitrag zur Reduktion gravierender Umweltbelastungen durch Plastikm\u00fcll leisten k\u00f6nnen.
\nGrundlage f\u00fcr einen nachhaltigen und effizienten Ressourceneinsatz ist ein funktionierender und m\u00f6glichst geschlossener Stoffkreislauf, der auf mehrfach rezyklierbare Sekund\u00e4rrohstoffe beruht und somit weitestgehend auf Prim\u00e4rressourcen verzichtet. In dieser Hinsicht kann sich die Papierindustrie zu Recht als Vorbild einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft bezeichnen, denn schlie\u00dflich wird kaum ein anderes Produkt h\u00e4ufiger stofflich wiederverwertet als Papier. In Deutschland z. B. ist Altpapier mit einer Einsatzquote von ca. 79 % der mit Abstand wichtigste Rohstoff f\u00fcr die Papierherstellung. Mit dieser hohen Recyclingquote und der Ver-wendung nachwachsender Rohstoffe ist die Papierindustrie bereits heute Vorreiter auf dem Weg zur Bio\u00f6konomie.
\nDoch obwohl eine weitere Schlie\u00dfung der Stoffkreisl\u00e4ufe durchaus m\u00f6glich und \u00f6konomisch sowie \u00f6kologisch w\u00fcnschenswert w\u00e4re, hat sich die Menge an rezyklierbarem Altpapier einem Grenzwert angen\u00e4hert und Experten gehen davon aus, dass die Altpapiereinsatzquote nicht mehr deutlich \u00fcber 80 % gesteigert werden kann. Diese Limitierung beruht zwar zu einem Teil auf Papierprodukte, die entweder archiviert oder gezielt vernichtet bzw. durch ihren bestimmungsgem\u00e4\u00dfen Gebrauch so ver\u00e4ndert werden, dass sie f\u00fcr die stoffliche Verwertung grunds\u00e4tzlich nicht mehr in Frage kommen (Hygieneprodukte). Neben diesen nicht mehr nutzbaren Produkten existiert jedoch noch ein ernstzunehmender Anteil, der stofflich durchaus verwertbar w\u00e4re, aber nach dem gegenw\u00e4rtigen Stand der Technik nicht aufbereitet werden kann, da es sich um sogenannte schwer rezyklierbare Produkte handelt, wie zum Beispiel nassfeste Spezialpapiere (Etiketten, Banknoten- und Sicherheitspapiere usw.). Aus diesem Grund d\u00fcrfen viele Papierprodukte auch nicht im Altpapier entsorgt werden, weshalb ohne eine entsprechende Aufbereitungstechnologie auch noch kein Markt existiert oder geschaffen werden kann, auf dem sie erfolgreich gehandelt und schlie\u00dflich rezykliert bzw. stofflich weiterverarbeitet werden k\u00f6nnten.
\nDaraus resultiert der Anlass des Projektes neue Aufbereitungsm\u00f6glichkeiten zu entwickeln, die in der Lage sind genau die genannten Sekund\u00e4rrohstoffquellen aufzubereiten und damit nutzbar zu machen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
\nDie Projektidee besteht deshalb in der Entwicklung von neuen Konzepten und geeigneten technologischen L\u00f6sungen, um diese schwer zerfaserbaren und derzeit nicht rezyklierbaren Materialien zu erfassen und einer geeigneten stofflichen Nutzung zuzuf\u00fchren. Zu diesem Zweck soll eine Rohstoffplattform entwickelt werden, die in der Lage ist, Anfallquellen f\u00fcr schwer zerfaserbare Produkte von Erzeugern, Verarbeitern, Verbrauchern und Entsorgern zu identifizieren, zu erfassen und zu charakterisieren, um deren Nutzungs- und Wiedereinsatzm\u00f6glichkeiten zu analysieren sowie deren Aufbereitung und die erneute stoffliche Verwertung zu organisieren. Dazu geh\u00f6rt auch die Erfassung der Bedingungen f\u00fcr die Zerfaserbarkeit und der Trennung faseriger von nichtfaserigen Anteilen nach der Trockenzerfaserung. Diese Rohstoffplattform soll dynamisch und allgemein zug\u00e4nglich sein.
\nDie Projektidee basiert auf der Erfahrung, dass die hier interessierenden Produkte unter den aktuellen Gegebenheiten weder durch das etablierte Altpapiersammel-system erfasst werden k\u00f6nnen noch geeignete Aufbereitungstechnologien existieren, weshalb sie in der Regel keiner stofflichen Verwertung zugef\u00fchrt werden. Da-f\u00fcr ist es notwendig die verschiedenen Faserquellen, die wahrscheinlich sehr unter-schiedliche Charakteristika aufweisen, zun\u00e4chst zu identifizieren und in eine \u00fcber-schaubare Zahl klar definierter Kategorien einzuteilen. Dies setzt nat\u00fcrlich einerseits voraus, dass die Produkte schonend vereinzelt werden k\u00f6nnen und ohne Qualit\u00e4tseinbu\u00dfen lager- und transportf\u00e4hig sind, da oftmals nicht die Produkte selbst, sondern der aufbereitete Faserstoff bereitgestellt werden soll. Dar\u00fcber hinaus gilt es entsprechende Methoden zu entwickeln, mit denen die Faserstoffe ausreichend charakterisiert werden k\u00f6nnen, um das Faserpotenzial zur Ableitung besonders geeigneter Einsatzm\u00f6glichkeiten zu bestimmen. Der Handel der aufbereiteten Fasern soll dann \u00fcber eine internetgest\u00fctzte Plattform erfolgen, \u00fcber die sich Abnehmer und Kunden verst\u00e4ndigen.
\nAufgrund der Komplexit\u00e4t und des hohen Entwicklungsbedarfs des ambitionierten Vorhabens haben wir uns auch auf Anraten der DBU dazu entschieden das Projekt in zwei Phasen durchzuf\u00fchren und dementsprechend auch zu beantragen. Zentrales Anliegen der Phase I war die Entwicklung der notwendigen neuen Aufbereitungstechnologien (AP1) sowie die Entwicklung von Analyse- und Bewertungsmethoden zur zuverl\u00e4ssigen Charakterisierung der trocken aufgeschlossenen Fasern und der Bewertung des Faserreaktivierungs- und Bindungspotenzials zur Ableitung von besonders geeigneten Einsatzm\u00f6glichkeiten (AP2).
\nDie Technologieentwicklung des AP1 umfasst dabei schwerpunktm\u00e4\u00dfig die trockene Einzelfaserzerlegung der im Nassprozess nicht zerfaserbaren Papierprodukte und der daf\u00fcr erforderlichen Konzeptionierung der Prozesskette inkl. der notwendigen Peripherie und Schnittstellen. Neben der Einzelfaserzerlegung stand auch die Grundlagenentwicklung von m\u00f6glichen Trockensortierprozessen zur Abtrennung unerw\u00fcnschter Teilfraktionen auf der Agenda des Forschungsvorhabens. Besonderer Fokus lag jedoch auf die Entwicklung einer technologischen Prozesskette zur Einzelfaserzerlegung und dem erfolgreichen Aufbau einer Technikumsversuchsanlage im industriellen Ma\u00dfstab. Demgegen\u00fcber waren f\u00fcr die Sortierung nur Versuche im Technikumsma\u00dfstab vorgesehen. Im Hinblick auf die erzielbare Faserqualit\u00e4t standen v.a. Untersuchungen zur Bewertung der allgemeinen Einfl\u00fcsse der Prozess- und Produktparameter auf das Zerfaserungsergebnis im Mittelpunkt sowie Methoden zur Charakterisierung der Trockenfasern.
\nGem\u00e4\u00df den genannten Schwerpunkten wurden die folgenden Meilensteine im Vorfeld der Vorhabensdurchf\u00fchrung zur Kontrolle der Zielerreichung formuliert:
\n\t\u00dcbersicht der Meilensteine und wann diese erreicht sind:<\/p>\n
M 1-1\tErfolgreicher Aufbau und Test einer Technikumsversuchsanlage f\u00fcr die Trockenzerfaserung
\nM 1-2\tErfolgreicher Aufbau und Test einer Technikumsversuchsanlage f\u00fcr die Sortierung
\nM 2\tErfolgreiche Kopplung der Teilprozesse Zerfaserung und Sortierung zu einer kontinuierlichen Prozesskette und Tests mit realen Produkten
\nM 3\tErfolgreiche Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung trocken aufbereiteter Faserstoffe, einschlie\u00dflich Schnelltest
\nM 4\tZuverl\u00e4ssige Bewertung des Faserreaktivierungs- und Bindungspotenzials
\nDie nachfolgende Ergebnisdarstellung orientiert sich an den genannten Meilensteinen, wobei aus Gr\u00fcnden der \u00dcbersichtlichkeit und entsprechend der Gewichtung der Zielstellungen des Forschungsvorhabens die Meilensteine M 1-2 + M 2 sowie M 3 + M 4 zu jeweils einem Untergliederungspunkt zusammengefasst wurden. Zur besseren Verst\u00e4ndlichkeit und um den Leser besser mit dem Kernthema der Trockenaufbereitungstechnologie vertraut zu machen, werden dar\u00fcber hinaus zun\u00e4chst die allgemeinen Einfl\u00fcsse der relevanten Prozess- und Produktparameter auf das Trockenzerfaserungsergebnis dargestellt, bevor anschlie\u00dfend die entwickelte Prozesskette und konkrete Anwendungsbeispiele vorgestellt werden. Danach erfolgt eine detaillierte Charakterisierung der Trockenfasern im Vergleich zu nass aufbereiteten Faserstoffen und eine Bewertung des Faserreaktivierungs- und Bindungspotenzials. Es folg eine ausf\u00fchrliche Betrachtung der Sortierung des trocken aufbereiteten Faserstoffs zur Abtrennung unerw\u00fcnschter St\u00f6rstofffraktionen. Zum Schluss folgt eine abschlie\u00dfende \u00f6kologische, technologische und \u00f6konomische Bewertung der Vorhabensergebnisse im Abgleich mit dem Stand der Technik sowie eine Darstellung der geplanten Ma\u00dfnahmen zur Fortf\u00fchrung des Projekts (Phase II) sowie geplanter Ver\u00f6ffentlichungen der Projektergebnisse.
\n–\tEinfluss der Anlagen- und Prozessparameter auf das Zerfaserungsergebnis und Methoden zur Produkt- und Faserstoffbewertung
\n–\tAufbau einer Prozesskette zur Trockenzerfaserung im industriellen Ma\u00dfstab und Technikumsversuche mit realen Produkten und Testbetrieb in Papierfabriken
\n–\tCharakterisierung von Trockenfasern und Bewertung des Faserreaktivierungs- und Bindungspotenzials sowie Vergleich mit nass aufbereiteten Faserstoffen
\n–\tEntwicklung von Sortierprozessen im Technikumsma\u00dfstab und Kopplung mit der Zerfaserung zur Abtrennung von unerw\u00fcnschten Fraktionen am Beispiel von ausgew\u00e4hlten, praxisrelevanten Produkten
\n–\tAbschlie\u00dfende \u00f6kologische, technologische und \u00f6konomische Bewertung der Vorhabensergebnisse im Abgleich mit dem Stand der Technik
\n–\tDarstellung der geplanten Ma\u00dfnahmen zur Fortf\u00fchrung des Projekts (Phase II) sowie geplanter Ver\u00f6ffentlichungen der Projektergebnisse<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Ergebnis der Phase I des zweigeteilten F&E-Projekts konnte eine mobile Anlage zur Trockenzerfaserung im Industriema\u00dfstab aufgebaut werden, wobei durch zahl-reiche Tests und Papiermaschinenversuche die Praxistauglichkeit der Aufbereitungstechnologie nachgewiesen werden konnte. Ferner war es durch die Kopplung mit nachgeschalteten Sortierverfahren m\u00f6glich die St\u00f6rstofffraktionen von belasteten Produkten zu entfernen und so auch solche Produkte wieder stofflich zu verwerten. Durch die Ableitung geeigneter Reaktivierungsma\u00dfnahmen konnte zudem das Festigkeitspotenzial von trocken aufbereiteten Faserstoffen auf das Niveau von Zellstoff erh\u00f6ht werden. Damit erm\u00f6glicht die Trockenzerfaserung die stoffliche Nutzung von mindestens 1.000.000 t\/a Sekund\u00e4rfaserquellen, die nach dem aktuellen Stand der Technik nicht aufzubereiten sind. Der damit einhergehende Verzicht auf Prim\u00e4rfasern, zum Beispiel bei der Papierherstellung, stellt einen erheblichen Beitrag zur Umweltschonung und zur nachhaltigen Nutzung wertvoller Ressourcen da. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht das Trockenaufbereitungsverfahren auch das Recycling von faserbasierten Verpackungsprodukten, die als Alternativen zu Kunststoffverpackungen verst\u00e4rkt auf den Markt dr\u00e4ngen und mit den konventionellen Nassaufbereitungstechnologien nicht oder nur stark eingeschr\u00e4nkt aufbereitet werden k\u00f6nnen. Dies stellt einen weiteren wichtigen umweltrelevanten Beitrag zur St\u00e4rkung und Ausweitung der zirkul\u00e4ren Bio\u00f6konomie dar.
\nUm das skizzierte Potenzial voll aussch\u00f6pfen zu k\u00f6nnen sollen in Phase II in Zusammenarbeit mit einem Recyclingunternehmen die weiteren Schritte zum Aufbau der Rohstoffplattform vorangetrieben werden. Wesentliche Kernziele der Phase II sind die Lokalisierung der Quellen, die Untersuchung der erforderlichen Aufbereitungsschritte und die Ableitung geeigneter produktspezifischer Verwertungsm\u00f6glichkeiten.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Artikel im Wochenblatt f\u00fcr Papierfabrikation
\n\tRohstoffkosten senken, Produkteigenschaften verbessern
\no\tAusgabe 10\/2020, S. 508-511<\/p>\n
Artikel im Professional Papermaking
\n\tHow to reduce raw material costs and improve product properties
\no\tAusgabe 2\/2020, S. 48-51<\/p>\n
Artikel in der S\u00e4chsischen Zeitung
\n\tWie Wolle ein M\u00fcllproblem l\u00f6st
\no\tAusgabe vom 25.01.2021, S. 12<\/p>\n
Online-Vortrag auf der eREC Konferenz
\n\tDry Pulping: Stoffliche Nutzung bisher nicht nutzbarer Faserquellen
\no\tMai 2021<\/p>\n
Online-Vortrag auf der Cepi 4evergreen Veranstaltung
\n\tDry Pulping
\no\tJuni 2021<\/p>\n
Online-Vortrag auf einer Veranstaltung des Innovationsnetzwerk \u201eGeb\u00e4ude O.K.\u201c
\n\tImpulsvortrag im Juni 2021<\/p>\n
Vortrag auf der Biorefinery Conference in Graz
\n\tRaw Material Costs Reduction and Energy-Saving by Dry Pulping – A Field Report from Paper Mills
\no\tGraz, 19.05.2022<\/p>\n
Vortrag auf dem IMPS (Internationales M\u00fcnchner Papiersymposium)
\n\tIndustrielle Erfahrungen mit der Trockenzerfaserung bei der Papierherstellung
\no\tM\u00fcnchen, 23.-25. Mai 2022<\/p>\n
Vortrag auf dem Technischen Ausschuss des VNOP (Verband Nord- und Ostdeutscher Papierfabriken
\n\tErfahrungen mit der Trockenzerfaserung im Industrieeinsatz
\no\tOsnabr\u00fcck, 24.\/25. Mai 2022<\/p>\n
Vortrag auf dem Symposium der Papieringenieure 2022
\n\t20. bis 22. Oktober 2022 im AlpenCongress Berchtesgaden<\/p>\n
Abschlie\u00dfend m\u00f6chten wir auf unsere Homepage www.tbp-future.com aufmerksam machen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit dem erfolgreichen Aufbau einer Versuchsanlage zur Trockenzerfaserung konnte ein Aufbereitungsprozess entwickelt werden, mit dem gem\u00e4\u00df den Zielstellungen der Phase I bisher nicht nutzbare Sekund\u00e4rfaserquellen schonend in Einzelfasern zerlegt und bei Bedarf auch Nicht-Faserbestandteile und St\u00f6rstoffe abgetrennt werden k\u00f6nnen. In Labor- und Technikumsversuchen wurde der Nachweis erbracht, dass der trocken aufbereitete Faserstoff uneingeschr\u00e4nkt f\u00fcr die erneute Papierherstellung oder die Herstellung anderer faserbasierter Produkte wie Biokomposite oder D\u00e4mmmaterialien verwendet werden kann. Zudem konnten M\u00f6glichkeiten zur Faserreaktivierung und zur Steigerung des Bindungspotenzials abgeleitet werden, so-dass die Trockenfasern auch als vollwertiger Zellstoffersatz eingesetzt werden k\u00f6nnen. Damit tr\u00e4gt der Trockenaufbereitungsprozess zur Sicherung der Rohstoffversorgung der Papierindustrie oder anderer Altpapier- bzw. Faserstoff verarbeitender Industriezweige bei. Die stoffliche Nutzung der bisher nicht nutzbaren Sekund\u00e4rfaserquellen und die damit einhergehende Einsparung von Prim\u00e4rrohstoffen stellt damit auch einen erheblichen Beitrag zur Umweltschonung und zur nachhaltigen Nutzung wertvoller Ressourcen dar.
\nAuf Basis des entwickelten Trockenaufbereitungsprozesses konnten mobile Testanlagen im Industriema\u00dfstab umgesetzt werden, die bereits in zahlreichen Papierfabriken im industriellen Einsatz erfolgreich getestet werden konnten. Dabei konnten bereits mehrere hundert Tonnen Trockenfasern hergestellt und auf unterschiedlichsten Papiermaschinen eingesetzt werden. Die Phase I ist damit au\u00dferordentlich erfolgreich verlaufen und es konnte die erforderliche technologische Basis und Grundvoraussetzung f\u00fcr die Schaffung der anvisierten Rohstoffplattform in Phase II gelegt werden, welche planm\u00e4\u00dfig direkt im Anschluss beginnen soll.
\nKernziele der Phase II sind die Lokalisierung der Quellen, die Untersuchung der erforderlichen Aufbereitungsschritte (Trockenzerfaserung und ggf. vor- und nachgeschaltete Sortierung) und die Ableitung geeigneter produktspezifischer Verwertungsm\u00f6glichkeiten. Dar\u00fcber hinaus stehen noch verfahrenstechnische Optimierungsarbeiten des Trockenzerfaserungsprozess aus. Durch eine Dosiervorrichtung mit vorgeschaltetem Puffer soll die Vorzerkleinerung von der Einzelfaserzerlegung entkoppelt und damit der Gesamtprozess am optimalen Arbeitspunkt, d.h. beim minimalen spezifischen Energieeinsatz, betrieben werden. Die Aufbereitung der bisher ungenutzten Faserquellen, die in vielen F\u00e4llen eine Abtrennung der St\u00f6rstoffe beinhaltet, soll in einem spezialisierten Aufbereitungszentrum stattfinden. Ein solches Aufbereitungszentrum ist neben der Rohstoffplattform das zentrale Element f\u00fcr die umfangreiche stoffliche Nutzung der bisher nicht nutzbaren Sekund\u00e4r-faserquellen, da nur im Zusammenspiel der vollst\u00e4ndigen Erfassung und der jeweils erforderlichen produktspezifischen Aufbereitung die aufgezeigten Potenziale zur Umweltschonung und Ressourceneinsparung ausgesch\u00f6pft werden k\u00f6nnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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