Projekt 10179/01

Gewinnung von Zellulose aus nachwachsenden Rohstoffen nach dem Natural-Pulping-Verfahren

Projektdurchführung

Umweltschutz- und EntsorgungsgesellschaftmbH (UWE) & Co. KG
Am Steinbruch 2
04425 Taucha

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Produktion von Zellstoff ist nach den konventionellen Methoden mit einer erheblichen Umweltbelastung und hohen Energiekosten verbunden. Der Verwendung von schnell nachwachsenden Rohstoffen kam bisher nur wenig Beachtung zu. Das Natural-Pulping-Verfahren ist ein neues, innovatives und umweltfreundliches Verfahren. Die im Labor ermittelten Werte und Parameter sollen in einer Pilotanlage verifiziert und optimiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenArbeitsschritte:

1. Planung und Konstruktion einer Versuchsanlage durch die Fa. Meyer GmbH.
2. Aufbau & Inbetriebnahme der Versuchsanlage auf dem Gelände der Papierfabrik Niefern.
3. Umsetzung der Laborergebnisse in der Versuchsanlage (Scale-up).
4. Optimierung der Ergebnisse aus der Versuchsanlage.
5. Auswertung der erhaltenen Ergebnisse als Basis für eine Wirtschaftlichkeitsprognose.

Methoden:

Für die chemische und zellstoffspezifische Analytik wurde nach den Richtlinien und Methoden der TAPPI verfahren.

Die Optimierung des Gesamtprozesses wird auf den Laborergebnissen aufbauen und im wesentlichen in Richtung Qualität und Wirtschaftlichkeit entwickelt. Besondere Bedeutung kommt hierbei dem Schritt von der Glasapparatur zu technischen Metallwerkstoffen zu.


Ergebnisse und Diskussion

Das Natural Pulping - Verfahren zeichnet sich durch besonders umweltfreundliche Arbeitsweise sowie durch wirtschaftliche Vorteile aus. So kann auf Überdruck wie auf hohe Temperaturen während des Aufschlußprozesses verzichtet werden. Umweltschädliche Chemikalien wie z.B. Schwefel- oder Chlorverbindungen, die bei klassischen Verfahren verwendet werden, finden beim NP-Verfahren keine Anwendung. Weitere Vorteile ergeben sich aus der vielfältigen Rohstoffbreite, die das vorliegende Verfahren verarbeiten kann: Stroh, Hanf, Kenaf, Miscanthus oder auch Kiefern- oder Fichtenholz wurden erfolgreich getestet. Dementsprechend erhält man auch eine große Bandbreite an verschiedenen Zellstoffen: Strohzellstoffe ergeben feine kurze Fasern und Kiefernholz dagegen lange feste.

Ameisensäure und Wasserstoffperoxid stellen die Grundchemikalien des NP-Verfahrens dar, bei dem der Rohstoff drucklos bei ca. 80°C mit verdünnter Ameisensäure unter Zugabe von geringen Mengen Wasserstoffperoxid aufgeschlossen wird. Nach diesem Aufschluß wird der so gewonnene Zellstoff gereinigt und evtl. weiteren Prozeßstufen unterzogen. Die verwendete Ameisensäure wird durch Destillation zurückgewonnen. Hierbei fällt unter anderem auch schwefel- und chlorfreies Lignin an, welches weiterverarbeitet werden kann.

Der kleintechnische Maßstab wurde an der State University of New York (Paper Science and Engineering) durchgeführt und bestätigte die labormäßigen Ergebnisse. Das Verfahren wurde 1995 weltweit patentiert. Durch weitere Optimierung und Entwicklung der Prozeßparameter konnten die Ergebnisse verbessert werden. Umfangreiche Analysemethoden ermöglichten hier die genaue Charakterisierung der Zellstoff- und Papiereigenschaften.

Mit dem errichteten Technikum (5000 l) konnte erstmals Zellstoff in größeren Mengen (diskontinuierlich) nach dem Natural Pulping - Verfahren hergestellt werden. Diese Anlage wurde in der Papierfabrik Niefern errichtet und betrieben. Auch hier konnten die Ergebnisse aus den vorherigen Maßstäben verifiziert und anschließend verbessert werden.

Aufgrund dieser Ergebnisse konnte eine erste Wirtschaftlichkeitsprognose erstellt werden. Diese Prognose unterstreicht und belegt den Anspruch eines wirtschaftlichen Verfahrens und zeigt seine Konkurrenzfähigkeit gegenüber den konventionellen Verfahren schon in diesem Entwicklungsstand auf.

Weiteres Entwicklungspotential ist in der Überführung des soweit entwickelten Verfahrens in einen kontinuierlichen Prozeß. Diese Überführung würde weitere Vorteile hinsichtlich Rohstoffdurchsatz, Chemikalieneinsatz und Prozeßkontrolle bringen. Dies würde auch wirtschaftlich und qualitativ einen großen Schritt nach vorne bedeuten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung der vorliegenden Ergebnisse ist in der Zeitschrift Chemische Technik geplant.
Präsentation im Rahmen der Veranstaltung Innovationsförderung in Sachsen am 05.07.1999 in Dresden.


Fazit

Die Ergebnisse, die in diesem Bericht enthalten sind, zeigen eine vielversprechende Alternative zu den konventionellen Methoden der Zellstoffgewinnung auf: das Natural Pulping - Verfahren. Es ist umweltfreundlicher, wirtschaftlicher und universeller im Input bzw. Output.