Anlagenbestand in Deutschland
Zur Papier- und Zellstoffbranche gehören in Deutschland ca. 160 Anlagen, davon sind sechs Anlagen Zellstoffwerke. Weitere wichtige statistische Daten zur Branche können den Informationen des Verbandes DIE PAPIERINDUSTRIE e.V. entnommen werden.
Bei Papier handelt es sich im Wesentlichen um einen Bogen oder eine Bahn aus Fasern, der zur Verbesserung seiner Eigenschaften und Qualität mit Chemikalien versetzt wird. Neben Fasern und Chemikalien werden bei der Herstellung von Zellstoff und Papier große Mengen Prozesswasser und viel Energie in Form von Dampf und Elektrizität benötigt. Die die deutsche Papierindustrie ist es als energieintensive Branche eine besondere Herausforderung bis 2045 klimaneutral zu werden. Daher betreffen die wichtigsten mit der Zellstoff- und Papierindustrie zusammenhängenden Umweltprobleme den Energieverbrauch sowie die Wasser- und Luftemissionen. Auch vom Abfall geht eine ständig wachsende Umweltbelastung aus. Zentrales Ziel des produktionsintegrierten Umweltschutzes ist die Vermeidung und Verringerung von Reststoffen und Emissionen sowie der effiziente Umgang mit Rohstoffen und Energie. Für die Klimaneutralität kommt es in Zukunft vor allem darauf an, die fossilen Brennstoffe zur Trocknung des Papiers zu ersetzen. Hierzu bietet es sich an verstärkt Strom als Alternative für Erdgas zu nutzen.
Der Faserstoff zur Papierherstellung wird mittels chemischer oder mechanischer Verfahren entweder aus Frischfasern oder durch die Aufbereitung von Altpapier erzeugt. Eine Papierfabrik kann entweder den an einem anderen Standort erzeugten Faserstoff einfach zu Papier verarbeiten oder in den gesamten Aufschlussprozess an ein und demselben Standort integriert sein.
Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Zellstoff- und Papierprodukten, die sich in sechs Obergruppen unterschiedlicher Herstellungsprozesse und Umweltrelevanz wesentlich unterscheiden:
- Sulfatzellstoff: zum Beispiel als Armierungsfaser (hohe Festigkeit)
- Sulfitzellstoff: zum Beispiel für Papiere mit geringeren Festigkeitsanforderungen und Hygienepapiere
- Holzhaltige Papiere gestrichen/ungestrichen: zum Beispiel Werbebeilagen, preiswertes Magazinpapier
- Holzfreie Papiere gestrichen/ungestrichen: zum Beispiel graphische Papiere
- Altpapierhaltige Papiere mit Deinking: zum Beispiel Recyclingpapier, Zeitungsdruckpapier
- Altpapierhaltige Papiere ohne Deinking: zum Beispiel Karton, Verpackungspapiere
Allgemeine Beschreibung des Herstellungsprozesses
Zellstoffherstellung
Der Zellstoff für Papier wird aus entrindetem geschnitzeltem Holz (Hackschnitzel) hergestellt. Es gibt zwei Hauptarten der Zellstoffverfahren:
- das saure Sulfit- und
- das alkalische Sulfat-Verfahren.
Die „Kittsubstanz” des Holzes, das Lignin - und andere nichtfaserige Teile - werden in einem chemischen Aufschluss- und Kochvorgang fast vollständig beseitigt. Da der Ligninlösevorgang nicht gleichmäßig abläuft, kann mit diesen relativ aggressiven Verfahren niemals 100 Prozent des Lignins entfernt werden ohne auch bereits den Zellstoff selbst stark zu schädigen. Aus diesem Grund wird das restliche Lignin in nachfolgenden Bleichvorgängen zum Beispiel mittels Ozon (oder auch nur reinem Sauerstoff) entfernt.
Zur Herstellung eines transportfähigen Produktes wird der Zellstoff schließlich entwässert, getrocknet, in Bögen geschnitten und zu Ballen verschnürt. In dieser Form wird er dann an die Verbraucher, das heißt an die Tissue- und Papierfabriken geliefert. Während des Herstellungsprozesses entstehen die für den Sulfatprozess typischen Geruchsgase. Diese Gase werden erfasst und thermisch behandelt, wonach der Schwefelanteil dem Prozess wieder zugeführt wird.
Die ligninhaltige verbrauchte Kochlauge, Schwarzlauge genannt, wird mit den gelösten Holzsubstanzen sowie den verbrauchten Chemikalien in den Rückgewinnungsanlagen eingedickt und verbrannt. Die bei der Verbrennung des organischen Anteils der Schwarzlauge frei werdende Energie wird zur Dampferzeugung benutzt. Der anorganische Anteil, das heißt die verbrauchten Chemikalien, fällt im Rückgewinnungskessel (Laugenkessel) als Schmelze an und wird über verschiedene Prozessstufen wieder in Einsatzchemikalien umgewandelt.
Zu den Nebenanlagen zählen unter anderem ein Dampfkessel zur Verbrennung der Rinde und Holzreste, ein Kalkofen, um den nach der Zellstoffgewinnung entstandenen Kalkschlamm bei 1200 °C chemisch zu Branntkalk umzuwandeln, eine eigene Energieerzeugung mit einer Dampfturbine, eine Prozesswasseraufbereitung sowie eine Anlage zur Abwasserbehandlung.
Papierherstellung
Holz ist der Grundrohstoff, aus dem Papier hergestellt wird. Es gibt drei Verfahren zur Fasergewinnung:
- chemische Gewinnung von Zellstoff (Primärfasern): Fasern werden durch Kochen in schwefliger Lauge oder Säure werden aus dem Holzverbund herausgelöst. Aus solchen Fasern werden holzfreie Papiere hergestellt (siehe oben).
- mechanische Gewinnung von Holzstoff (Primärfasern): Fasern werden durch mechanische Prozesse wie Zerreiben aus dem Holzverbund herausgelöst. Diese Fasern werden zur Herstellung von holzhaltigen Papieren verwendet.
- Gewinnung von Altpapierstoff (Sekundärfasern): Fasern werden durch das Auflösen des Altpapiers und Waschen der Fasern (Deinking) gewonnen.
Zellstoff, Holzstoff oder Altpapier sind die Faserrohstoffe für die Papierherstellung, durch die die nachfolgenden Eigenschaften des Papierproduktes definiert werden. Die Papierherstellung als solche läuft dann ähnlich ab: Zunächst wird der Faserstoff aufgelöst, mit Sieben sortiert und danach mit Hilfsstoffen und Füllstoffen versetzt. Die Fasern werden anschließend in der Papiermaschine über Zylinder geführt, die mit Dampf beheizt werden und damit indirekt die Fasern zunächst pressen und anschließend trocknen. An die Papiermaschine schließt sich je nach Papierprodukt eine Streichmaschine an. Anschließend wir das fertige Papier geschnitten und entweder auf Rollen gewickelt oder als Bögen gebündelt und verpackt.
Merkblatt zu den Besten Verfügbaren Techniken in der Papier- und Zellstoffindustrie
Die Besten Verfügbaren Techniken zur Emissionsminderung (BVT) für die Branche der Papier und Zellstoffherstellung wurden in einem BVT-Merkblatt der Europäischen Kommission festgehalten. Die aktuelle Version liegt seit Frühjahr 2015 vor. In regelmäßigen Abständen werden die Besten Verfügbaren Techniken im Rahmen eines europäischen Informationsaustausches aktualisiert und die Anwendbarkeit des Dokumentes verbessert. Das Umweltbundesamt organisiert dazu den Informationsaustausch auf nationaler Ebene, erhebt mit Hilfe eines UFOPLAN- Forschungsvorhabens dafür relevante Informationen und Daten und speist diese in den europäischen Prozess ein.
Innovationen (F&E sowie Invest-Vorhaben)
Im Rahmen des Innovationsprogramms des BMU wurden folgende Projekte gefördert:
- Abwasservermeidung durch geschlossenen Produktionskreislauf mit integrierter Kreislaufwasserbehandlungsanlage in einer Papierfabrik
- Einführung von gestuften Wasserkreisläufen mit einer biologischen Hochleistungskläranlage bei der Herstellung von Karton
- Weitergehende Abwasserreinigung und Abwasserwiederverwendung in einer altpapierverarbeitenden Pappenfabrik
- Streichfarbenrückgewinnung in der Papierproduktion