Die Papierfabrik von morgen

In der deutschen Papierindustrie fallen jährlich rund fünf Millionen Tonnen verschiedener recycel- und vermarktungsfähiger Rückstände an, die zumeist nicht stofflich aufbereitet werden und stattdessen in der Verbrennung landen. Die absolute Menge hat hier in den letzten Jahren aufgrund von gestiegener Papierproduktion, aber auch sinkender Qualität beim Input Altpapier stetig zugenommen. Das PTS-Fachseminar „Neue biogene Rohstoffe, Wertschöpfung aus Reststoffen“ am 7. und 8. Juli in München zeigte Alternativen auf und stellte sich kritischen Fragen zur technischen und wirtschaftlichen Umsetzbarkeit. 

Wenn Papierfabriken mehr herstellen als nur Papier: In den Niederlanden ist das Ideal der Mehrprodukte-Papierfabrik, die Rejekte, Deinkingschlämme und andere Reststoffe aus der Papierproduktion werkstofflich aufbereitet und für industrielle Anwendungen vermarktet, schon Realität. In Deutschland hingegen ist man offenbar noch nicht soweit, ist die „Papierfabrik von morgen“ meist noch eine „Papierfabrik von heute“. Dabei zeigt sich die Branche neuen Recyclingmöglichkeiten zur Lösung der wachsenden Reststoff-Problematik gegenüber grundsätzlich interessiert und aufgeschlossen. Diese dann aber auch übernehmen und umsetzen zu wollen, sei allerdings oft mit einem „Ja-Aber“ verbunden, wie die Diskussionsrunde zum Ende der Tagung nüchtern konstatierte. Ein Teilnehmer meinte in diesem Zusammenhang sogar, dass trotz der „vielen tollen Ideen“ die deutschen Werke nicht von sich aus aktiv werden würden.

Wie setzen sich die Reststoffe zusammen?

Dr. Wolfram Dietz von der Papiertechnischen Stiftung (PTS) als Veranstalter eröffnete den zweiten Tag des Fachseminars in München mit dem Schwerpunkt „Wertschöpfung aus Reststoffen“ und einem Überblick über die Art und Zusammensetzung der Reststoffe in der Papierindustrie, die Anfallorte sowie die derzeit gängigen Verwertungswege: Nach dem letzten Stand der Statistik – Rückstandsumfrage 2013 vom Verband Deutscher Papierfabriken und der Papiertechnischen Stiftung – fallen in Deutschland jährlich ungefähr 4,8 Millionen Tonnen an (Feucht-)Rückständen an, für deren Entsorgung den Papierfabriken zum Teil erhebliche Kosten entstehen. Faserabfälle und Deinkingschlämme stellen hier mit 33 beziehungsweise 25 Prozent den größten Anteil vor den Rejekten oder Rückständen (Splitter und steife lange Fasern) sowie Spuckstoffen (Heftklammern, Folien, Kunststoffe aus Laminierung, Beschichtung und Verpackung, Buchbindfäden, Füll- oder Streichpigmente aus grafischen Papieren, Lacke, Verbundstoffe, Sand, nassfeste Stippen etc.) dar.

Die absolute Menge an Rückständen – dazu zählen auch sogenannte Bären (Metalldrähte und Plastikteile, die sich als Störstoffe im Pulper zu einem Gestrüpp verheddern und mittels einer speziellen Fangvorrichtung zum sogenannten Zopf gebildet und entfernt werden) – hat den Angaben zufolge in den letzten Jahren mit steigenden Produktionsmengen zugenommen. Durch die wachsende Altpapiereinsatzquote steige zudem die Rate an Rejekten aus der Altpapieraufbereitung sowie dem Deinking. Insgesamt liege die Quote bei Rejekt- und Reststoffen gegenwärtig bei 8,5 Prozent. Jede Papierfabrik habe darüber hinaus 30 bis 50 weitere Abfälle: Hydrauliköle, Fette, Hausmüll, Elektroschrott, Buntmetalle, Kabel, Stahl- und Eisenschrott. Die Verteilung auf Abfallgruppen im Jahr 2013: 8,0 Prozent Rinden- und Holzabfälle (AVV 030301), 19 Prozent Deinkingschlämme (AVV 030305), 13 Prozent Abfälle aus der Auflösung von Papier- und Pappeabfällen (AVV 030307, unter anderem Grobrejekte), 48 Prozent Faserabfälle und -schlämme (AVV 030310, unter anderem Feinrejekte), 3,0 Prozent Schlämme aus der Abwasserreinigung (AVV 030311). Die restlichen zehn Prozent machten Verbrennungsrückstände und sonstige Abfälle aus.

Mögliche organische Bestandteile von Reststoffen sind Kunststoffe und Bioschlamm (Fremdstoffe/Verunreinigung) sowie Faserstoffe, die sich in Lignin und Kohlenhydrate und diese wiederum in Zellulose und  Hemizellulose aufteilen. Mögliche anorganische Bestandteile von Reststoffen sind mineralische Pigmente (Calciumcarbonat, Kaolin), Sand und Metalle als Verunreinigungen beziehungsweise Fremdstoffe. Grobrejekte, Deinkingschlämme und Schlämme aus der Abwasserreinigung sind überwiegend organisch zusammengesetzt, Feinrejekte zu etwa gleichen Teilen anorganisch und aus Faserstoffen.

Deinking-Prozess (Foto: CPH Chemie + Papier Holding AG)

Deinking-Prozess (Foto: CPH Chemie + Papier Holding AG)

Zum Teil große Schwankungsbreiten

Wie Dietz anhand von Untersuchungen der PST erläuterte, zeigte der Vergleich verschiedener Grob- und Feinrejekte sowie Deinkingschlämme zum Teil große Schwankungsbreiten bei der Zusammensetzung innerhalb der Reststoffsorten auf. Während Deinkingschlämme noch relativ homogen in ihrer Zusammensetzung seien, könnten zum Beispiel die Aschegehalte bei Feinrejekten zwischen zehn und 50 Prozent variieren. Tendenziell wiesen dabei Feinrejekte die höchsten Faserstoffgehalte, Deinkingschlämme die höchsten Aschegehalte und Grobrejekte die höchsten Gehalte an Kunststoffen auf. Deinkingschlämme bestehen in der Regel aus Füllstoffen (Calciumcarbonat, Kaolin, Silikate), Faserstoffen, Extraktstoffen (Fette, lösliche Druckfarben- und Strichbindemittelbestandteile) sowie Feinstoffen (unlösliche Druckfarben- und Streichfarbenbestandteile, Klebstoffbestandteile).

Bei der Entsorgung steht die energetische Verwertung im in- oder externen Kraftwerk an erster Stelle. Laut Dietz ist der Anteil der stofflichen Verwertung in den letzten 20 Jahren nahezu konstant geblieben, „während die Deponierung nach vollständiger Umsetzung der TA Siedlungsabfall fast bedeutungslos geworden ist“. Fast alle Reststoffe der Papierindustrie zur Energiegewinnung – „die aufgrund der hohen Entsorgungskosten nicht gewinnbringend ist“ – fallen mit relativ niedrigen Feststoffgehalten an, bringen jedoch wegen des hohen Gehalts an organischen Komponenten meist noch einen so hohen Heizwert mit, dass sie ohne Stützfeuer brennen. Einen vergleichsweise hohen Heizwert haben hier Grobrejekte, aber auch die höchste Chlorfracht. Deinkingschlämme gehen trotz ihres hohen Aschegehalts zu über 50 Prozent in die Ersatzbrennstoffherstellung. Eine stoffliche Verwertung erfolgt hauptsächlich in der Ziegel- und Zementherstellung. Beim Brennen von Lochziegeln unterstützen Deinkingschlämme als Surrogat für Sägemehl und Polystyrol die Porenbildung.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf

Die Fasern hinterlassen hier winzige Hohlräume, die die wärmedämmende Wirkung der Ziegel verbessern. Auch erhöhen sie die Trockenbruchfestigkeit ungebrannter Ziegel. Bei der Zementherstellung wiederum sind Kaolin und Calciumcarbonat wünschenswerte Hilfsstoffe zur Verbesserung der rheologischen (fließenden) Eigenschaften und zur Reduzierung von Emissionen. Die organischen Stoffe mindern den Primärenergiebedarf im Drehrohrofen, die anorganischen Stoffe entsprechen weitgehend der Zusammensetzung der Zementrohstoffe. Im Ergebnis der Möglichkeiten einer stofflichen Aufbereitung sieht Dr. Wolfram Dietz weiteren Forschungs- und Entwicklungsbedarf: „Die inhomogene und starken Schwankungen unterliegende Zusammensetzung der Reststoffe ist eine Herausforderung.“

Gisbert Wünsche stellte im Anschluss die Aktivitäten der Meri Environmental Solutions GmbH vor. Das Unternehmen mit Sitz in München ist auf Technologien der Schlamm- und Rejektbehandlung spezialisiert. Meri entwickelt für die Papierindustrie Systemtechnik zur Aufteilung von Rejekten in verschiedene Fraktionen – gemäß ihrer spezifischen Bestandteile und deren unterschiedlichen Verwertungsmöglichkeiten – sowie Wasserbehandlungssysteme zur Reduktion des spezifischen Wasserverbrauchs und zum Einsparen von Ressourcen.

Auflösetrommeln lösen das Altpapier auf und trennen es von groben Fremd- und Schmutzteilen (Foto: CPH Chemie + Papier Holding AG)

Auflösetrommeln lösen das Altpapier auf und trennen es von groben Fremd- und Schmutzteilen (Foto: CPH Chemie + Papier Holding AG)

Der Niederländische Ansatz

Was unser Nachbar Niederlande anders macht, zeigte die Präsentation von Michiel Adriaanse vom Kenniscentrum Papier en Karton (KCPK) in Arnheim. Das Kompetenzzentrum arbeitet eng mit der niederländischen Papier- und Kartonindustrie zusammen, vermittelt hier Know-how und innovative Verfahrenslösungen. Im Kern geht es darum, dass die Branche Abfall nicht länger als Problem, sondern als Chance begreift. Denn für Adriaanse ist bei allen technischen Möglichkeiten, die es für das Recycling von Rejekt- und Reststoffen gebe, und zu denen die wirtschaftlichen noch hinzukommen würden, die Produktorientierung, wie er es nannte, immer noch unterbelichtet. KCPK hat dazu ein Konzept entwickelt, das auch als „der Niederländische Ansatz“ bezeichnet und von immer mehr Werken in den Niederlanden übernommen und umgesetzt wird: das „Multi Input – Multi Output Konzept“ für die „Papierfabrik von morgen“.

Wie der Experte zur Entwicklung der niederländischen Papierindustrie in den letzten zehn Jahren informierte, wurde dort in den Werken 2004 eine Wende mit dem Ziel eingeleitet, die Energiekosten zu senken und Wertschöpfungsketten aus dem Anfall von Reststoffen zu schließen. Bis 2012 konnte angeblich eine Energieeinsparung von 45 Prozent realisiert werden. In den Niederlanden gibt es 23 Papierfabriken, davon 14 Hersteller von Papier, Karton und Pappe, sieben Hersteller von grafischen Papieren und zwei von hygienischen Papieren. Typisch für die „Papierfabrik von gestern“, so Adriaanse, war das Linearsystem, also die Herstellung von einem Produkt aus einem einzigen Rohstoff. Es galt, die Produktion zu maximieren und dabei Abfälle zu minimieren, die sonst kostenintensiv entsorgt werden mussten (Deponierung oder Verbrennung). Eine Verwertung von von der Produktion ausgeschlossener Materialnebenströme sowie Fremdstofffraktionen, wie sie in den Werken anfielen, fand nur zu einem sehr geringen Anteil statt.
Die „Papierfabrik von heute“ hingegen ist zu einer Mehrprodukte-Papierfabrik geworden, die verschiedene Rohstoffe differenziert einsetzt. Auch werden mehr Nebenströme verarbeitet und die Materialien zu Produkten umgewandelt. Es sind folglich Wertschöpfungsketten entstanden, und es werden ständig neue Glieder gebildet und diese verlängert: Die „Papierfabrik von morgen“ versteht sich als Mehr-Mehrprodukte-Papierfabrik, in der aus einer Vielzahl von Rohstoffen (einschließlich Primärfasern und Altpapier) und unter besonderem Einsatz von Materialnebenströmen und Fremdstoffen eine Vielzahl von Endprodukten (einschließlich Papier) hergestellt und für anderweitige industrielle Anwendungen vermarktet werden können.

Die bereits in den Niederlanden praktizierte Wertschöpfung umfasst Schlämme, Rejekte, Abwässer und Produktionssauschüsse, die nicht den Qualitätsspezifikationen entsprechen. Aus Schlämmen werden unter anderem Milchsäure, Bio-Aromaten, Pyrolyseöl, Biogas, Zucker, Carbo­xymethylcellulosen und Nanocellulose als Chemikalien gewonnen sowie Biokunststoffe, absorbierende Materialien, Fasern (auch für Bulkchemikalien) und Füllstoffe erzeugt. Aus Rejekten ebenfalls Pyrolyseöl und Biogas, Zucker, Nanocellulose, des Weiteren Holz-Kunststoff-Verbund- und überhaupt Bauwerkstoffe sowie Fasern für Bulkchemikalien und Festigkeit. Aus Abwässern Fettsäuren, Polyhydroxyalkanoate, Alginate, Schwefel, Nanocellulose und Biogas. Und aus Produktionsausschüssen Bio-Aromaten, Komposite, absorbierende Materialien, Fasern für Bulkchemikalien und Festigkeit sowie Baustoffe.

„Die Reststoffe aus der heutigen Papierproduktion werden energetisch verwertet. Die Reststoffe aus der Papierproduktion von morgen sollen zu Bulkchemikalien, Biomaterialien, Lebensmitteln, Tierfutter für die Fein- und Pharmachemie aufbereitet werden“, fasste Michiel Adriaanse das Potenzial des „Multi Input – Multi Output Konzepts“ zusammen. So könnten zum Beispiel auch Feinrejekte ohne Vorbehandlung in der Baustoffherstellung verwendet werden.  Grobrejekte ließen sich in Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe umwandeln und Schlämme in Papier und Verpackungen und absorbierenden Materialien wiederverwenden. Aus fraktioniertem Material könnte Calciumcarbonat als Füllstoff rückgewonnen werden.

Reststoffe aus der Altpapieraufbereitung (Foto: DBU)

Reststoffe aus der Altpapieraufbereitung (Foto: DBU)

Was für eine Co-Vergärung spricht  

Mit der Co-Vergärung von Reststoffschlämmen aus der Papierindustrie und den Auswirkungen auf den Vergärungsprozess und die Biogasausbeute befasste sich der Vortrag von Dipl.-Ing. Christian Bienert. Der Projektleiter der Papiertechnischen Stiftung erinnerte eingangs daran, dass die biologischen Verwertungswege der deutschen Papierindustrie in den letzten Jahren aufgrund der hohen CO2-Emmissionen stark eingeschränkt wurden. So ist nach geltender Rechtslage in der Bundesrepublik die direkte Ausbringung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen oder die Ausbringung nach Kompostierung oder Vergärung für die meisten industriellen Reststoffschlämme und damit auch Papierschlämme verboten. Papierschlämme werden den industriellen Schlämmen zugeordnet (siehe Klärschlammverordnung). In denjenigen Einzelfällen, in denen die Ausbringung derzeit noch genehmigt ist, wird die Genehmigung voraussichtlich in den nächsten Jahren entfallen.

Dabei hat sich der Anteil der biologischen Verwertung längst deutlich verringert: War der Anteil der Reststoffe aus der Papierindustrie, die einer biologischen Verwertung zugeführt werden, im Zeitraum 2004 bis 2010 mit zehn Prozent relativ stabil, sank dieser danach auf drei Prozent im Jahr 2013. Eine Co-Vergärung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen und Bioabfall-Vergärungsanlagen erfolgt laut Bienert nicht, „da Subventionen aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz bei der Mitverwertung von Indus­trieschlämmen verloren gehen.“ Andere Verwertungswege – „vor allem die externe thermische Verwertung“ – seien kostspielig und sehr teuer.

Als mögliche Alternative für etwa eine Million Tonnen Deinkingschlämme, 2,3 Millionen Tonnen Primärschlamm und 0,1 Millionen Tonnen Überschussschlämme aus der biologischen Abwasserreinigung, die jährlich in Deutschland zur Entsorgung anfallen, bietet sich die Co-Vergärung in mechanisch-biologischen Anlagen (MBA) mit Vergärungsstufe an. Dort werden Restabfälle aus der kommunalen Sammlung verwertet, die in hoch-, mittel- und niederkalorische Fraktionen separiert werden. Die niederkalorische Fraktion mit hohem biogenem Anteil wird der Vergärungsstufe zugeführt – zur Biogaserzeugung; die Gärreste werden deponiert. Papierschlämme sind ebenfalls als niederkalorisch mit einem Heizwert von sieben bis elf Megajoule pro Kilogramm einzustufen und enthalten einen großen Anteil biogenen Materials. Gut 70 Prozent davon, so die Erkenntnisse der PTS, seien für die Vergärung geeignet.

Foto: O. Kürth

Foto: O. Kürth

Erst in wenigen Fällen großtechnisch realisiert

Nach den Folgerungen von Bienert sind kleinere Papierschnitzel immer Teil der Feinfraktion von Restabfällen, wie sie in der Vergärungsstufe von MBA verwertet werden. Kommunale Restabfälle, Bioabfälle aus der getrennten Sammlung und Überschussschlämme aus kommunalen Kläranlagen enthielten ebenfalls Papier und Papierfasern in unterschiedlichen Anteilen. Bis jetzt seien keine Probleme in Vergärungsanlagen bekannt geworden, die durch das enthaltene Papier verursacht wurden. Vielmehr sei die Papierfraktion in den meisten Anlagen sehr willkommen, da sie den Vergärungsprozess stabilisiere und die Entwässerungseigenschaften des Gärrests verbessere. Der Wassergehalt störe im Vergleich zu anderen Verwertungswegen nicht.

Die Co-Vergärung von Papierschlämmen sei erst in wenigen Fällen großtechnisch realisiert worden. Wenn auch MBAs freie Kapazitäten in der Vergärungsstufe hätten und deshalb nach Co-Gärsubstraten suchten, seien die Betreiber vorsichtig beim Einsatz von Reststoffschlämmen aus der Papierindustrie, da diese möglicherweise Chemikalien aus der Papierherstellung in höheren Konzentrationen enthalten könnten, als diese im Papier selbst enthalten seien. Befürchtet werde, dass die enthaltenen Chemikalien den Vergärungsprozess hemmen könnten. Und Voruntersuchungen der MBA Südniedersachsen schienen die mögliche Hemmung durch Papierschlämme auch zu bestätigen. Unklar blieb allerdings, welche Schlämme genau dort eingesetzt worden sind. Die PTS führte darauf hin im Jahr 2006 eigene Voruntersuchungen durch, die zum anderen Ergebnis einer guten Co-Vergärbarkeit von Primärschlamm und Überschussschlamm aus Abwasserreinigungsanlagen kamen. Eine mögliche Hemmung konnte nur bei Deinkingschlamm festgestellt werden. Wie es damals hieß, seien die Auswirkungen verschiedener Papierschlämme und produktionsbedingter Inhaltsstoffe auf die Vergärung unbekannt.

Ein Projekt, drei Phasen

Die Papiertechnische Stiftung gab sich damit nicht zufrieden und initiierte 2014 das in drei, jeweils ein Jahr andauernden Phasen angelegte Projekt „Co-Vergärung von Papierschlämmen in mechanisch-biologischen Anlagen“. Finanziert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, wurden in der ersten Phase Deinking-, Primär- und biologische Überschussschlämme aus vier unterschiedlichen Papierproduktionen (Holzfreie Papiere, Holzhaltige Papiere, Verpackungspapiere aus Altpapier ohne Deinking, Grafische Papiere aus Altpapier mit Deinking) auf ihre Zusammensetzung, ihr Biogaspotenzial und ihre mögliche Hemmwirkung auf den Vergärungsprozess untersucht. Die zweite Projektphase sieht labortechnische Untersuchungen zur praktischen Umsetzung einer Co-Vergärung von papiertechnischen Schlämmen vor und die dritte die großtechnische Umsetzung dieser in einer Pilot- beziehungsweise Demonstrationsanlage.

Im Einzelnen wurden in der ersten Projektphase an 20 Papierschlämmen das Gasbildungspotenzial (Biogasertragstest nach VDE 4630) ermittelt, Analysen zur Charakterisierung der Schlämme durchgeführt sowie ausgewählte Papierschlämme auf mögliche Hemmungen untersucht. Bei den Hemmtests wurden unvergärbare Gärreste zugefügt, so unter anderem Mais.

Keine signifikante Hemmung

Die vorläufigen Ergebnisse der Hemmtests zeigten bei keinem der bis dahin untersuchten Reststoffschlämme eine signifikante Hemmung der Vergärung. Durch Zugabe von Papierschlamm beim Abbau von Zellulosemischungen verringerte sich teilweise die Hemmung sogar. Die Papierschlämme wiesen des Weiteren, entsprechend der Schlammart, deutliche Unterschiede im Trockensubstanzgehalt der organischen Substanz sowie beim C/N-Verhältnis – Gewichtsanteile von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) – auf. Die Bioertragstests nach VDI 4630 – teilweise gute Gaserträge je nach Schlammkategorie und Produktionsart – ergaben ein für den Einsatz in mechanisch-biologischen Anlagen interessantes Biogaspotenzial und damit die Aussicht auf relevante Energieerträge bei der Co-Vergärung von Reststoffschlämmen aus der Papierindustrie, hob Bienert in seiner Präsentation hervor.

Welche der drei Schlammarten besser geeignet sei, ließ sich jedoch nicht bestimmen: Deinking-, Primär- und biologische Überschussschlämme wiesen gleichermaßen gute Werte auf. Keine Schlammart stach besonders hervor. Vielmehr schwankten die Werte in den einzelnen Arten. Alle Schlämme seien aber grundsätzlich geeignet. Deinkinschlämme ließen sich dabei im Schnitt sehr gut abtrennen und Primärschlämme grundsätzlich besser entwässern als Bioschlämme, die allerdings oft mit anderen Schlämmen durchsetzt seien. Wichtig für die Vergärung sei hier der organische Anteil: „Bei Deinkingschlämmen ist der Anteil nicht sehr hoch, liegt aber durchschnittlich bei 30 Prozent. Primär- und biologische Schwämme sind im Mittelwert ähnlich, was die organische Trockensubstanz angeht, wobei die Primärschlämme die größere Spannbreite haben. Die Kohlenstoffanteile bei Deinkingschlämmen liegen bei etwa 25 Prozent, bei biologischen und Primärschlämmen sind es etwa 35 Prozent.“ Das Fazit von Dipl.-Ing. Christian Bienert: „Die untersuchten Schlammarten können als Co-Substrat eine gute Ergänzung darstellen; im Einzelfall ist die Wirtschaftlichkeit dieses alternativen Entsorgungsweges zu prüfen.“

Ein weiterer Vortrag zum Thema Energiegewinnung aus Reststoffen der Papierindustrie von Jan Willem Hoogerdijk, Leroux & Lotz Technologies, Frankreich, beleuchtete die technischen und wirtschaftlichen Potenziale der Vergasung von Rejekten. Am Standort Hoogezand in der niederländischen Provinz Groningen betreibt der Kartonhersteller Eska Graphic Board B.V. eine diesbezügliche Referenzanlage. Seiner Darstellung schlossen sich zwei Anwendungsbeispielen einer werkstofflichen Verwertung an:

Substitution durch Fasern aus Fangstoffen

Als einer von wenigen Baustoffkonzernen in Europa verfügt die Xella Group (Fermacell-Werke) über ein Forschungs- und Entwicklungszentrum, das sich dem Einsatz von Reststoffen der Papierherstellung in Bauwerkstoffen widmet. Im Mittelpunkt stehen hier wärmedämmende Baustoffe, die rückbaubar und recycelfähig sind. Auf dem PTS-Fachseminar war die Tochter Fels Recycling GmbH durch Dipl.-Ing. Stefan Brandt, Mitglied der Geschäftsführung, vertreten. Das Unternehmen versteht sich als Know-how-Träger für die technische Verarbeitung von Altpapiersorten, entwickelt eigene Papiersorten und gestaltet Recyclingprozesse in den Fermacell-Werken der Xella Group. Fels Recycling ist zugleich Entsorgungsdienstleister und Papiereinkäufer.

Brandt demonstrierte dem Publikum anhand von Mustern die Bruchfestigkeit der seit 1974 im Markt eingeführten Fermacell-Gipsfaserplatte. Tatsächlich lässt sie sich – im Vergleich zu Gipskartonplatten – nur sehr schwer, das heißt mit einfachen Mitteln zerbrechen. Hauptbestandteile der Gipsfaserplatten sind neben Gips Papierfasern und Wasser. Die Papierfasern in der Platte setzen sich aus Deinkingware, Zeitungspapier und Faserfangstoffen zusammen. Außer hohen Stabilitätseigenschaften bietet das Produkt auch bestmöglichen Schallschutz. Es kann leicht verarbeitet werden und erfüllt die Kriterien für „wohngesundes Bauen“. Sekundärgips wird in den Fermacell-Werken bislang wenig zur Herstellung der Gipsfaserplatten verwendet. Aufgrund des starken Verschmutzungsgrades von Alt-Gips bereite die Aufbereitung gegenwärtig noch Schwierigkeiten, räumte Brandt ein. Papierfaser könnten jedoch durch Fasern aus Fangstoffen in schon guten Qualitäten substituiert werden. Und das auch kostengünstiger. Angefangen wurde damit, als 2010/2011 die Altpapierpreise stiegen. Eine Zu-Dosierung sei inzwischen möglich und keine Zerkleinerung notwendig. Allerdings seien die Fasern – bedingt durch hohen Mineralikanteil, geringen Glühverlust, hohen Feuchtegehalt – teilweise zu kurz. Anteilige Kunststoffe würden nichts machen, kritisch seien aber die Metallanteile.

„Bei der Qualität, die uns die Papierfabriken liefern, treten Schwankungen auf“, erklärte Brandt. „Die Fraktion, die gestern noch gut war, kann heute schon nicht mehr gut sein.“ Hauptproblem sei der Feuchtegehalt: „Die Fermacell-Werke setzen ausschließlich trockenes Papier ein, und wenn Fangstoffe 50 oder 60 Prozent Feuchte haben und diese dann in das Papier eingemischt werden, erhöht sich der Feuchtigkeitsanteil. Das führte in der Vergangenheit regelmäßig zu Störungen in der Produktion.“

Fels Recycling löste das Problem vor zwei Jahren mit einer eigenen Papiersorte. Der sogenannte „Schreddermix“ besteht zu 50 Prozent aus normaler Sammelware, zu 25 Prozent aus nassfesten Papieren und zu 25 Prozent aus Fangstoffen. Das Material wird extern gemischt und in einen Schredder gegeben. Danach kommt es in eine Siebtrommel, durch die warme Luft strömt. Der Feuchtegrad des Papiers reduziert sich dabei auf acht bis neun Prozent. Bei Deinkingware sei das die Grenze, die sich verarbeiten ließe. Für Dipl.-Ing. Stefan Brandt ergibt sich darüber der Vorteil, preiswerte Papiere einkaufen zu können, „die keiner haben will“. Der Schreddermix sei pro Tonne 30 Euro günstiger als Deinkingware.

Biokomposite aus Deinkingschlämmen

Das Gebilde aus Wellpappe und Verpackungspapieren, das Richard Hurding, Geschäftsführer der Zelfo Technology GmbH, herumreichen ließ, fühlte sich wirklich steinhart, zementartig an. Der Name des Unternehmens steht für das Produkt „Zelfo“ – eine natürliche Matrix beziehungsweise ein Bindemittel, „dem natürliche Zellulosefasern in unterschiedlichen Mengen und zu mindestens fünf Prozent zugegeben werden können, um sie zu Laminaten oder 3D-Objekten zu formen“. Auffallend seien hier „das im Vergleich zu konventionellen Kunststoffen geringe Gewicht sowie die umweltschonende Verarbeitung durch Spritzgießen, Extrudieren oder Formpressen ohne Verwendung eines Bindemittels. Durch Wahl der Faserquelle in Kombination mit den technologischen und strukturellen Eigenheiten kann die Materialformel ideal auf den Einsatzzweck ausgelegt werden.“ Mögliche Anwendungen seien Wärme- und Schallisolierungen und andere Leichtbauwerkstoffe für die Industrie.

Auf dieser Grundlage entwickelt die Zelfo Technology GmbH derzeit Biokomposite aus Deinkingschlämmen. Das Unternehmen sieht hier ein enormes Potenzial für Werkstoffe,  fielen doch europaweit jedes Jahr geschätzte 3,5 Millionen Tonnen Deinkingschlämme an. Die Zusammensetzung der Schlämme mit einem Mineralikanteil von 50 bis 65 Prozent sei ein „Traum“. Produkte könnten dadurch wasserabweisend realisiert werden. Es ließen sich zum Beispiel Fußbodenplatten daraus herstellen mit Materialeigenschaften ähnlich denen eines Kunststoffes und von einer Dichtigkeit wie PVC. Allerdings sind derartige Platten relativ leicht brechbar. Das Verfahren ist noch nicht ausgereift, wie Hurding eingestehen musste: „An der Bruchfestigkeit muss noch gearbeitet werden.“

Künftig machbar wären Straßenbegrenzungspfosten oder auch Leitplanken. Produkte für die Automobilindustrie hingegen kommen für Zelfo nicht in Betracht. Die Materialeigenschaft, so Richard Hurding, werde von den Fasern und deren Eigenschaft bestimmt. Ein Zuhörer merkte in diesem Zusammenhang an, dass man Produkte aus Deinkingschlämmen, die mittels Extruderdoppelschnecke hergestellt werden, bereits in China, Vietnam, Thailand und nicht zuletzt im östlichen Europa kaufen könne. Sie seien aus der Papierindustrie heraus auf dem Markt verfügbar. Zum Teil ergänzt mit Kunstoffen, würden unter anderem Dachplatten und Hausfassaden erzeugt. Die Produkte ließen sich nicht recyceln; am Ende ihres Lebenszyklus bliebe nur die Verbrennung.

Thermo-katalytisches Reforming

Für viele Wortmeldungen sorgte auch der Vortrag „Konversion von Rückständen der Papierindustrie“. Dass das vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) entwickelte „Thermo-katalytische Reforming“ zur Umwandlung von Rückständen aus Industrieprozessen in Synthesegas, Kraftstoff und Koks im Verfahren keinerlei bedenkliche Schadstoffe hinterlasse, wie Dipl.-Ing. Johannes Neumann behauptete, wurde stark bezweifelt.

Zum vorgestellten Verfahren, das auf dem „Biobatteriekonzept“ von Fraunhofer basiert: Unter dem Begriff Biobatterie ist die Kombination verschiedener Techniken zu verstehen, die zu einer Methodik integriert werden, um Energie höherwertig wandeln, speichern und wieder bereitstellen zu können. Innerhalb der Biobatterie werden den Angaben zufolge sowohl organische als auch biogene Reststoffe verwertet, um die Effizienz von Biogasanlagen und Kraft-Wärme-Kopplungsprozessen zu steigern: „Mit der Biobatterie verbinden wir Photovoltaik, Windkraft und Biogas und bieten somit eine Lösung zur Energiewende.“

Kerntechnologie ist hier das Thermo-katalytische Reforming: Die Anlage verarbeitet organische Rückstände und Reststoffe aus Biogasanlagen und der Bioethanolproduktion, der Landwirtschaft und Industrie, kommunale Abfälle, Klärreste und – wie demonstriert – Papierschlämme. Das Material gelangt dabei über eine Schleuse unter Sauerstoff-Ausschluss in einen von außen beheizten Schneckenreaktor mit verschiedenen Reaktorzonen. In diesem findet dann eine Pyrolyse statt: Das Material wird thermisch bei 400 Grad Celsius in Feststoffe (Biokohle) und Dämpfe zerlegt. Die flüchtigen Bestandteile werden ausgetrieben. Unter den Prozessbedingungen wird laut Neumann die Bildung von Teer und anderen Schadstoffen vermieden. Überhaupt würden keine gefährlichen Rückstände anfallen.

Im „Post-Reformer“ lassen sich die Dämpfe und Biokohle anschließend bei höheren Temperaturen katalytisch weiterveredeln. Johannes Neumann: „Die funktionellen Gruppen werden abgespaltet und alle Säuren eliminiert, um die Gasausbeute und die Produktqualität weiter zu optimieren.“ Danach werden die Dämpfe abgekühlt: Die kondensierte Flüssigkeit wird in Bioöl (säurefrei) und Prozesswasser getrennt, das verbleibende Permanent-Gas in einer Quenche gereinigt und die zum Betrieb des Systems erforderliche Wärme aus dem Einsatzstoff gewonnen. Alternativ lässt sich die Anlage auch mit Überschussstrom beheizen.

Das entstandene Gas kann an Ort und Stelle in einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden. Wegen des hohen Wasserstoffgehalts ist die Synthese von Kraftstoffen möglich. Das Öl eigne sich im Gemisch als lagerfähiger Motorentreibstoff zur nachfragegesteuerten Stromproduktion im Blockheizkraftwerk sowie für Fahrzeuge. Die erzeugte Biokohle diene über den Einsatz als Brennstoff hinaus auch als Bodenverbesserer. Sie fördere die Humusbildung und erlaube die langfristige Bindung von Treibhausgasen im Boden. Wie Neumann noch erwähnte, arbeiten die Wissenschaftler von Fraunhofer Umsicht bereits an Verfahren zur Umsetzung der Produkte in Ausgangsstoffe für chemische Prozesse.

Den Einwand in der Diskussionsrunde zum Ende des PTS-Fachseminars in München, dass in Papierschlämmen enthaltene Carbonate unter den angegebenen Temperaturbedingungen des Fraunhofer-Verfahrens (400 Grad Celsius) keinesfalls vollständig zersetzt werden könnten und folglich als problematischer Reststoff anfielen, konnte der Referent nicht überzeugend widerlegen. Denn dazu müssten – nach Erfahrungswerten – mindestens 500 Grad Celsius aufgewendet werden.

Foto: CPH Chemie + Papier Holding AG

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