Ökobilanz Papier

Ökobilanz Verpackungspapier
vom Wald bis zum Rohverpackungspapier
von Holger Arntzen, Anke Bredhal, Gesine Bökenkamp, Melanie Degel
Felix Gschnell, Frauke Haake, Sara Moltmann, Matthias Rauh
Übersicht
0. Vorbemerkung
1. Einleitung/Systemabgrenzung
2. Prozessbeschreibung
2.1 Holzherstellung
2.2 Vorbehandlung des Holzes
2.3 Aufschlussverfahren
2.4 Holzstoff
2.5 Altpapier
2.6 Zellstoffaufbereitung
2.7 Papiermaschine
2.8 Kartonmaschine
2.9 Wellkartonmaschine
3. Endprodukte
3.1 Papiersorten
3.2 Karton und Pappe
3.3 Wellkarton
4. Fazit
5. Literatur
6. Flussbild (als externe Datei)
Ökobilanz Papier
1
Gliederung
0. Vorbemerkung
1. Einleitung/Systemabgrenzung
2. Prozessbeschreibung
2.1 Holzherstellung
2.2 Vorbehandlung des Holzes
2.2.1 Entrinden des Holzes
2.2.2 Hacken des Holzes
2.3 Aufschlussverfahren
2.3.1 Sulfitverfahren
2.3.2 Sulfatverfahren
2.4 Holzstoff
2.4.1 Holzschliff
2.4.2 Refinerholzstoff
2.5 Altpapier
2.6 Zellstoffaufbereitung
2.6.1 Pulper/Entstipper
2.6.2 Refiner
2.6.3 Mischbütte
2.6.4 Entklumper
2.6.5 Reinigung
2.7 Papiermaschine
2.7.1 Stoffauflauf
2.7.2 Siebpartie
2.7.3 Pressenpartie
2.7.4 Trockenpartie
2.7.5 Leimpresse
2.7.6 Kreppen
2.7.7 Streichen
2.7.8 Satinieren
2.7.9 Prägen
Ökobilanz Papier
2
2.7.10 Rollenschneidemaschinen
2.8 Kartonmaschine
2.9 Wellkartonmaschine
3. Endprodukte
3.1 Papiersorten
3.1.1 Kraftpapier einseitig gestrichen
3.1.2 Kraftpapier gebleicht
3.1.3 Kraftpapier ungebleicht
3.1.4 Swisskraft
3.1.5 Sackpapier S
3.1.6 Sackpapier A
3.2 Karton und Pappe
3.2.1 Graukarton (GK)
3.2.2 Duplex-, Triplex-Karton (GD/GT)
3.2.3 Chromokarton (GC)
3.2.4 Zellstoffkarton (GZ)
3.2.5 Liquid Packaging Board (LPB)
3.3 Wellkarton
3.3.1 Recycling-Wellkartonrohpapiere
3.3.2 Neufaser-Wellkartonrohpapiere
3.3.3 Recyclingfaser-Wellkarton
3.3.4 Neufaser-Wellkarton
3.3.5 Gemischtfaser-Wellkarton
4. Fazit
5. Literatur
6. Flussbild (als externe Datei)
Ökobilanz Papier
3
0. Vorbemerkung
Die folgende Arbeit stützt sich weitestgend auf die in der Literatur angegebene Arbeit des
BUWAL und auf Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie. Deshalb wurde in weiten
Strecken auf eine genaue Quellenangabe verzichtet. Wenn andere Literatur verwendet wird,
wird diese explizit im Text erwähnt
Abschnitt
2
und
3
beinhaltet
zu
Einem
die
allgemeine
(2.)
und
spezielle
Prozessbeschreibung (3.) , zum anderen die Schadsstoffe, die bei dem jeweiligen Prozess
bzw. bei dem jeweiligen Produkt anfallen. Diese sind, wenn vorhanden, nach dem jeweilig
Prozess/Produkt in standartisierter Form angegeben.
Dazu folgende Anmerkung:
Bei diesen Tabellen findet sich eine konstante Liste der Emissionen, die für jedes Inventar
gleich aussieht. Die Emissionen sind nach chemischen Gesichtspunkten gruppiert, während
restliche Emissionen alphabetisch aufgeführt werden.
Laut BUWAL wird bei den Emissionen in Luft und Wasser eine Differenzierung zwischen
Umwelteinwirkungen aus Prozessen, aus der Energienutzung (thermisch oder elektrisch) und
aus Transporten vorgenommen. Die Einwirkungen, die nicht eindeutig einer dieser Quellen
zuzuordnen sind, sind unter der Rubrik „nicht diff.“ (= nicht differenzierbar)
zusammengefasst. Die Emissionen sind so genau wie möglich erfasst und ausgewiesen.
In der Liste der Wasserschadstoffe wird zusätzlich noch die Abwassermenge angegeben.
Für die Wasserschadstoffe ist darauf zu achten, dass aufgrund der verwendeten,
gebräuchlichen Summenparameter ein und dieselbe Emission mehrmals auftauchen kann
(z.B. organisch gebundener Kohlenstoff in DOC und im TOC). Bei der Anwendung einer
Bewertungsmethode (Bewertungsschritt in einer Ökobilanz) ist dies zu beachten.
In dieser Ökobilanz werden die Emissionen in Luft und Wasser in zusammengefasster Form
in nachfolgenden Tabellen dargestellt. Die einzelnen Anteile an Schadstoffen an den oben
genannten Differenzierungen werden aufsummiert und als ein Wert aufgeführt.
Ökobilanz Papier
4
Die Werte in den Tabellen, die in roten Farbe hervorgehoben sind, sind die spezifischen
Umwelteinwirkungen aus Prozessen. Sie sind in der danebenstehenden Summe bereits
enthalten, werden aber besonders gekennzeichnet, weil im Text davor vor allem auf die
Prozesse der Papierherstellung eingegangen wird.
Die nachfolgende kurze Auswertung der Tabellen geht deshalb fast ausschließlich auf
prozessbedingte Luft – und Wasserschadstoffe ein.
Verzeichnis der abgekürzten Wasserschadstoffe:
BOD
Biological Oxygen Demand (identisch mit BSB)
COD
Chemical Oxygen Demand (identisch mit CSB)
AOX
Absorbable Organic Halogenes
PAH
Polyzyklischen aromatische Kohlenwasserstoffe
DOC
Dissolved Organic Carbon
TOC
Total Organic Carbon
KW
Kohlenwasserstoffe
Ökobilanz Papier
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1. Vorwort
In dieser Arbeit wird eine Ökobilanz für Verpackungspapiere erstellt. Betrachtet werden die
Prozesse vom Holz bis zum Papier. Die Systemgrenzen wurden von der Studie „Ökoinventare
für Verpackungen“ des Bundesamtes für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL)
übernommen. Auch in der vorliegenden Arbeit haben die Systemgrenzen einen
entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisse und Aussagekraft der Ökobilanz.
Eingangsstoffe in das System sind Rohstoffe, Hilfsstoffe, Energien wie Elektrizität oder
Fernwärme und weitere Endenergien. Die Ausgangsstoffe aus dem System sind im
wesentlichen Produkte, Co-Produkte und Emissionen in Luft und Wasser. Nicht betrachtet
wird anfallender Abfall, der Recyclingprozess ist nur im Zusammenhang mit Altpapier
aufgeführt. Alle Stoff- und Energieflüsse, die in das System hinein und hinaus fließen werden
quantitativ und qualitativ beschrieben. Die wesentlichen Prozesse zur Papierherstellung
werden vorgestellt. Nicht bei allen Prozessen können Ein- und Ausgangsstoffe eindeutig
zugeordnet werden. Schadstoffe sind den Vorgängen nicht zuzuordnen. Umwelteinwirkungen
werden
ausschließlich
bei
sehr
auffälligen
Prozessschadstoffen
aufgezeigt.
Der
Energieverbrauch bezieht sich auf Daten aus der Schweiz, die ebenfalls vom BUWAL
vorgegeben sind. Länderspezifische Produktionsmixe werden nach dieser Formel berechnet:
Landesmix = Landesverbrauch = Eigenproduktion – Export + Import. Abschließend folgt die
Interpretation und Bewertung der Arbeit
Zur besseren Übersicht wurde ein Flussbild zum Verfahren der Papierherstellung erstellt.
Dieses kann im Anhang eingesehen werden.
Ökobilanz Papier
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2. Prozessbeschreibung
2.1 Holzherstellung
Die Herstellung von Papier fängt nicht erst in der Papierfabrik an. Das Holzwachstum und
die aufgenommene Sonnenenergie werden nicht in die Systembetrachtung aufgenommen,
weil es sich beim Wachstum um einen CO2-neutralen Kreislauf handelt. Erst die Waldpflege,
das Holzfällen und der Abtransport werden in die Betrachtung einbezogen. In der folgenden
Tabelle wird der Energieaufwand für die Waldpflege und das Holzfällen und –rücken in der
Schweiz dargestellt.
Prozess
Energieeinsatz
Maschinentyp
Waldpflege
1,4 g Diesel / kg Holz im Baumaschinen, Traktor
Wald
Holzfällen, -rücken
1,7 g Diesel / kg Holz
Baumaschinen, Traktor
0,5 Betriebsstunden / t
Kettensäge
(0,4 g Benzin / kg Holz)
Quelle: BUWAL, S. 174
Um 1000 kg Holz zu gewinnen muss man also 6,2 kg Diesel und 0,8 kg Benzin aufbringen.
Es entstehen keine prozessbedingten Emission in Luft oder Wasser und es fallen keine festen
Abfälle an (s. BUWAL, S. 502.)
In Schweden muss bei der Waldbewirtschaftung zwischen Nadel- und Laubhölzern
unterschieden werden. Bei Laubhölzern kommen nur die Prozesse der Waldpflege und der
Holzfällung zum Tragen, da sie größtenteils auf natürlicher Art nachwachsen. Nadelhölzer
werden in entsprechenden Rodungsgebieten aktiv nachgezogen und nachgepflanzt. Daher
muss man das Aufziehen und die damit verbundene Herstellung von Dünger und Pestiziden
mit einbringen. In Schweden wurden 1992 und 1993 durchschnittlich 24 Mio. m³ Nadelhölzer
und 9,9 Mio. m³ Laubhölzer (Birken) gewonnen. (vgl. BUWAL, S.174)
Bei der Holzgewinnung in Schweden entstehen mehrere Emissionen in Luft und Wasser.
Um 1000 kg Laubholz zu bekommen wird ca. 4,32 kg Diesel benötigt. Bei den Nadelhölzern
benötigt man für 1000 kg Holz 4,32 kWh Strom und 5,43 kg Diesel. Desweiteren braucht man
Ökobilanz Papier
7
0,36 kg Stickstoffdünger für die Aufzucht. Bei der Holzgewinnung fallen unterschiedliche
Emissionen an.
Laubholz
Nadelholz
Kohlendioxid fossil
14.530 g
19.320 g
Kohlenmonoxid
55 g
73 g
Emissionen Luft
3g
Lachgas
Schwefeldioxid
29 g
39 g
Stickoxide
241 g
320 g
NMVOC
38 g
50 g
Staub, Partikel
19 g
25 g
0,22 g
0,30 g
Wasserbelastung
COD
Ammonium
0,45 g
Nitrat
0,45 g
Quelle: BUWAL, S. 503
Nadelholz
Laubholz
Baumschule
Pestizidher
stellung
Düngemittel
herstellung
Transport
Waldpflege
Waldpflege
Holzfällung
Holzfällung
Abb. 2.1: Holzherstellung (Quelle: BUWAL, S. 175)
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8
2.2 Vorbehandlung
2.2.1 Entrinden des Holzes
Vor dem Aufschluss muss das Holz entrindet werden. „Zur Entrindung verwendet man
große Trommeln, die nach dem Reibungsprinzip arbeiten, sowie Messerschälmaschinen,
Kettenentrinder oder auch Wasserstrahlentrinder“ (Ullmann, Band 17, Seite 534) Wendet man
die Messerentrindung an, muss jedoch mit Verlusten an Holz über 10% gerechnet werden.
„Bei der Nassentrindung ist der Trommelmantel der nassen Sektion geschlossen, während die
Trockensektion einen geschlitzten Mantel zum Auswerfen der Rinde aufweist. Bei reiner
Trockenentrindung ist die ganze Trommel mit Rindenschlitzen versehen. […]
Bei der so genannten chemischen Entrindung wird der lebende Baum im Frühjahr
ringförmig eingeschnitten und an den Einschnittstellen mit arsenikhaltigen Pasten oder
ähnlichen Präparaten bestrichen. Der Baum stirbt dadurch ab, und seine Rinde kann nach dem
Fällen im Herbst leicht abgelöst werden.“ (Ullmann, Band 17, Seite 534)
2.2.2 Hacken des Holzes
„Um das Eindringen der Kochflüssigkeit bei der Zellstoffkochung zu erleichtern, wird das
Holz nach der Entrindung zerkleinert („gehackt“). Man führt Rund- oder auch Spreißelholz
über eine Dosieranlage den Hackmaschinen zu, die auf diese Weise gleichmäßiger belastet
werden. […]
Die gebräuchlichsten Maschinen bestehen aus einer rotierenden, mit mehreren Messern
ausgestatteten Scheibe, gegen die der Holzstamm unter einem Winkel von etwa 45° schräg
von oben oder horizontal zugeführt wird.“ (Ullmann, Band 17, Seite 534-535)
Ökobilanz Papier
9
2.3 Aufschlussverfahren
2.3.1 Sulfit-Verfahren
„Beim Sulfitaufschluss werden die Hackschnitzel mit Lösungen von Hydrogensulfiten oder
Sulfiten
gekocht.
Schwefeldioxid
Je
nachdem,
enthalten
oder
ob
die
nicht,
Hydrogensulfit-Lösungen
bezeichnet
man
die
überschüssiges
Verfahren
als
saure
der
Kälte
Bisulfitverfahren oder nur als Bisulfitverfahren.“ (Ullmann, Band 17, Seite 537)
Überblick über die Verfahren und deren Aufschlusslösungen:
Verfahren
In
der
Lösung
enthaltene pH-Wert
Verbindungen
Saures Calciumbisufit-
Ca(HSO3)2/H2SO3
Saures Magnesiumbisulfit-
Mg(HSO3)2/ H2SO3
Saures Natriumbisulfit-
NaHSO3/ H2SO3
Saures Ammoniumbisulfit-
(NH4)HSO3/ H2SO3
Magnesiumbisulfit-
Mg(HSO3) 2
Natriumbisulfit-
NaHSO3
Neutralbisulfit-
(NH4)SO3/ NH3
(in
gemessen)
1,5 – 2
Um 4
7-9
Quelle: Ullmann, Band 17, Seite 537
„Beim Sulfitaufschluss arbeitet man bis jetzt fast ausschließlich diskontinuierlich, wobei
man die Kochung in großen, bis zu 350m³ fassenden und bis 15m hohen aufrechtstehenden,
säurefest ausgelegten Druckgefäßen (Zellstoffkochern) vornimmt. […] Vor Beginn der
Kochung ist für eine möglichst gute Durchtränkung des Holzes mit Kochsäure zu sorgen.“
(Ullmann, band 17, Seite 538) Dazu gibt es folgende Möglichkeiten:
-
mehrmaliges erzeugen eines hohen Dampfdruckes und dann Entspannung
-
mehrmalige schnelle Druckstöße
-
hoher hydrostatischer Druck
-
Dämpfung
-
Evakuierung
„Zur Vervollständigung der Imprägnierung erhöht man die Temperatur zunächst nur auf
etwa 110°C und hält den Kocher 2-4h bei dieser Temperatur. Danach kann bis zu einem
Viertel der Kochsäure in den Vorratsbehälter zurückgeleitet und später wieder verwertet
Ökobilanz Papier
10
werden. Die Kochtemperaturen werden anschließend beim sauren Bisulfitverfahren auf 125150°C erhöht […]. Aus Frischsäure, rückgeführter Kochsäure und rückgeführten
Kocherabgasen wird dann in einem Druckbehälter neue Kochsäure hergestellt.“ (Ullmann,
Band 17, Seite 538)
Je nach Verfahren wird mit verschiedenen pH-Werten und unterschiedlichen Temperaturen
gearbeitet und dementsprechend unterschiedlich ist auch die Zellstoffausbeute. „Da Lignin
und Hemicellulosen dabei bevorzugt aus der Mittellamelle zwischen den Fasern entfernt
werden, löst sich der Faserverband schon nach einer geringen Delignifizierung auf, so dass
man
Zellstoffe
höherer
Bisulfitaufschluss
Ausbeute
45-55%
erhält.
Während
(Papierzellstoffe)
[…]
die
Ausbeuten
betragen,
beim
lassen
sich
sauren
beim
Bisulfitaufschluss etwa 60% Zellstoff gewinnen.“ (Ullmann, Band 17, Seite 538)
Neben diesen Verfahren gibt es noch einige Mehrstufen-Verfahren, die hier jedoch nicht
genannt werden, da die Zellstoffproduktion an sich nur ein Unterpunkt der Papierherstellung
ist und das Sulfit-Verfahren wiederum nur ein Unterverfahren der Zellstoffherstellung.
Einsatzmaterialien der Endstufe
Die Zahlen hinter den einzelnen Materialien ermöglichen es, diese den einzelnen
Sulfitzellstoffarten zuzuordnen
•
Holz
1, 2, 3
•
Kalziumkarbonat
1, 2
•
Chlor
1, 2
•
Salzsäure
1
•
Natronlauge
1, 3
•
Sauerstoff
1, 3
•
Peroxide
1, 3
•
Schwefel
1, 3
•
Magnesiumoxid
3
In BUWAL werden drei verschiedene Sulfitzellstoffarten unterschieden, und zwar:
1. Sulfitzellstoff gebleicht
2. Sulfitzellstoff ungebleicht
3. Sulfitzellstoff gebleicht Mg(HSO3)2
Ökobilanz Papier
11
2.3.2 Sulfatverfahren
Eine noch größere Bedeutung als das Sulfitverfahren hat das Sulfatverfahren, weil…
-
damit nahezu alle Hölzer aufschließbar sind
-
das Holz nicht sorgfältig entrindet sein muss
-
die Chemikalien nach der Ablaugenverbrennung wieder zurückgewonnen
werden können
-
man ein besonders festes und zähes „Kraftpapier“ erhält.
Heute entstehen 70% der Weltproduktion an Zellstoff nach dem Sulfataufschluss. „Die
Kochflüssigkeit ist beim Sulfataufschluss stark alkalisch (pH14). Da bei der Kochung Alkali
verbraucht wird, sinkt der pH-Wert während des Aufschlusses auf etwa 10-12 ab. […]
Unter
der
Einwirkung
des
Alkali
werden
im
Lignin
bei
hoher
Temperatur
Alkylarylätherbrücken zwischen benachbarten Bausteinen gesprengt, und die entstehenden
Lignin-Bruchstücke
gehen
als
Phenolat
(Alkalilignin)
in
Lösung.
Die
in
der
-
Aufschlussflüssigkeit vorhandenen SH Ionen werden hierbei vorübergehend an das ά-CAtom der Lignin-Seitenkette gebunden und aktivieren in dieser Stellung die alkalische
Hydrolyse der Alkylarylätherbrücken. Außerdem wird während des Aufschlusses ein Teil der
Methoxylgruppen des Lignins als Methylalkohol, Methylmercaptan oder Dimethylsulfid
abgespalten. Die Auflösung des Lignins ist von einer Lignin-Rekondensation begleitet. Beim
alkalischen Aufschluss, der unter Quellung des Holzgefüges vor sich geht, werden ferner die
Hemicellulosen gelöst und ein Teil der Cellulose abgebaut. […]
Beim diskontinuierlichen alkalischen Kochprozess […] verwendet man Druckgefäße von
etwa 250m³ Inhalt und arbeitet bei Kochtemperaturen von 160-180°C. […] Während man bei
gut aufgeschlossenen Nadelholzzellstoffen Ausbeuten von 42-52% (je nach Holzart und
Aufschlussgrad) erhält, beträgt die Ausbeute bei Laubholzzellstoffen 45-55%.
Die Imprägnierung spielt beim Sulfataufschluss keine so große Rolle wie beim
Sulfitaufschluss, da die alkalische Kochflüssigkeit die Faserwände quellen lässt und deshalb
leichter eindringt. […]
Da beim Sulfataufschluss im Gegensatz zum Sulfitaufschluss die
Hemicellulosen in einer nachfolgenden Veredlungsstufe nicht im erforderlichen Maße
entfernt werden können, schaltet man dem Sulfataufschluss bei der Erzeugung von
Ökobilanz Papier
12
Kunstfaser-Zellstoffen eine so genannte Vorhydrolyse vor. Bei dieser werden die
Hemicellulosen des Holzes durch Einwirkung von Mineralsäure verschiedener Konzentration
bei Temperaturen zwischen 70 und 140°C oder durch Einwirkung organischer Säuren, die bei
der Behandlung des Holzes mit Wasser oder Dampf von etwa 160-175°C frei werden,
hydrolysiert und in Lösung gebracht.“ (Ullmann, Band 17, Seite 539-541)
Einsatzmaterialien der Endstufe
Auch hier geben die Ziffern hinter den einzelnen Materialien an, in welchem Sulfatzellstoff,
dieses Material zu finden ist
•
Holz
1, 2, 3, 4
•
Kalziumkarbonat
1, 2, 3
•
Kalziumoxid
1, 2, 3, 4
•
Natriumchlorat
1, 2, 3
•
Natronlauge
1, 2, 3, 4
•
Sauerstoff
1, 2, 3
•
Peroxide
1, 2, 3
•
Natriumsulfat
2, 3, 4
•
Schwefeldioxid
2, 3, 4
•
Schwefelsäure
2, 3, 4
•
Entschäumungsmittel
2, 3
•
Komplexbildner
2, 3
•
Magnesiumsulfat
2, 3
•
Andere
2, 3, 4
1) Sulfatzellstoff gebleicht Kanada
2) Sulfatzellstoff Nadelholz gebleicht Schweden
3) Sulfatzellstoff Laubholz gebleicht Schweden
4) Sulfatzellstoff ungebleicht Schweden
Ökobilanz Papier
13
(der folgende Abschnitt erfolgt an enger Ahnlehnung an ( Ullmann, Band 17, S.577 ff), daher
wird auf ein exaktes Zitieren verzichtet)
2.4 Holzstoff
Holzstoff ist ein „wichtiger Grundstoff für die Papier- und Pappeherstellung.“ Es ist eine feine
Holzmasse, die durch das Abschleifen von Nadelhölzern entsteht. (Der Brock Haus, S. 86)
Es gibt zwei Arten des Holzstoffes. Zum einen der ältere Holzschliff und zum anderen das
neuere Verfahren des Refinerholzstoffs. Das Ziel beider Verfahren ist es den Faserverband
des Holzes in einzelne, möglichst lange Fasern aufzuschließen. Dies erfolgt unter der
Berücksichtigung, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Holzes nicht
verändert werden.
2.4.1 Holzschliff
Die Produktion von Holzschliff beläuft sich z.Zt. auf 22 Mio. t weltweit (vgl. Ullmann S.
562). Es wird vor allem für die Herstellung von Druckpapier verwendet, allerdings unter
Zugabe von Zellstoff um die Festigkeit zu erhöhen. Holzschliff hat eine gute Faserstruktur
und eine gut Absorptionsfähigkeit von Druckfarbe. Anderseits ist es nicht für hochwertiges
Papier geeignet, da es nicht sehr Alters- und Lichtbeständig ist, d.h. es ist nicht für langlebige
Dokumente etc. geeignet (s. Ullmann, S. 562).
Die Herstellung von Holzschliff erfolgt im groben durch das Zerfasern des Holzes auf
einem Sandstein. Als Rohstoff werden in erster Linie Nadelhölzer, wie Fichten und Tannen,
verwendet, da sie langfaserige Hölzer sind. Weiterhin sollte das Holz möglichst astarm sein
und die Stämme einen Durchmesser von 10 – 20 cm aufbringen.
Die Stämme werden dann zu 1 – 2 m langen Holzprügeln verarbeitet, die dann dem
eigentlichen Schleifprozess zugeführt werden. Die Holzprügel werden dann senkrecht auf den
Schleifstein gebracht. Es gibt zwei Verfahren, wie das Holz dem Stein zugeführt wird.
Einerseits geschieht dies intermittierend durch Pressstempel, dies das Holz auf den
Schleifstein
pressen
(Pressenschleifer),
oder
andererseits
werden
die
Holzprügel
kontinuierlich an den Schleifstein gedrückt (Kettenschleifer). An dem Schleifstein findet eine
Ökobilanz Papier
14
sogenannte Fibrillation statt. Das bedeutet, dass das Holz zerfasert wird, bzw. dass die
Holzfasern „herausgekämmt“ werden. Zuvor muss die Faser jedoch aufgelockert werden.
Dies wird durch eine thermische Aufweichung der Lignin- Zwischenschichten erreicht. Das
Holz ist somit plastifiziert. In der Schleifzone herrschen um die 180°C.
Der gewonnene Schliff enthält noch neben den wertvollen langen Fasern unterschiedliche
Bestandteile, wie Späne, kleinere Splitter oder große Holzstücke. Diese gilt es
herauszusortieren. Die Sortierung erfolgt in mehreren Stufen. Der Grobstoff kann nochmals
aufbereitet und verfeinert werden und wird dem Schleifprozess abermals zugeführt (vgl.
Ullmann, S. 563-565).
Der gewonnene Holzschliff hat eine leichte gelbbraune Färbung. Deswegen wird er
gebleicht. Es gibt zwei Arten von der Holzschliff-Bleiche. Die eine ist die reduzierende
Bleiche mit Natriumdithionit oder mit Natriumhydrosulfit (Na2S2O4). Die andere Bleichung
erfolgt mit Natrium- und Wasserstoffperoxydlösungen und Wasserglas1 als Stabilisator
(Oxidbleiche) (s. Ullmann, S.565).
Ökoinventar: 1000 kg Holzschliff
Ressourcen, energetisch verwendet
Ressourcen, rohstofflich verwendet
Rohbraunkohle
Holz
Rohgas
Rohsteinkohle
Einsatzmaterialen der Endstufe
Rohöl ab Bohrloch
Holz (trocken)
Uran ab Erz
Holz
Hauptprodukt
Pot. Energie Wasser
Markt-Holzschliff
(BUWAL, S. 182)
1
Sammelbegriff für erstarrte Schmelzen aus verschiedenen Natrium- und Kaliumsilicaten, u.a. Bindemittel für Farbpigmente (vgl. Schüler
Duden, Die Chemie)
glasartige Alkalisilicate (Der Brock Haus)
Ökobilanz Papier
15
Ausgangsstoffe für Papierherstellung: Holzschliff/Sulfitzellstoff/Sulfatzellstoff
Hauptprodukt
Holzschliff
Sulfitzellstoff
Sulfitzellstoff
Sulfitzellstoff
Sulfatzellstoff
gebleicht
ungebleicht
(D) gebleicht
(CAN) gebleicht
Luftschadstoffe
Staub/Partikel
g
311
141 (1)
45,1 (1,3)
884
5870 (110)
Benzol
PAH
Aromat. KW
g
g
g
1,1
0,0062
3,31
0,325
0,0014
5,01 (4,2)
0,265
0,0007
0,507
0,487
0,0104
13,8 (7,5)
0,502
0,0069
4,83 (0,75)
Halon H 1301
Halogenierte KW
Methan
Nicht-Methan KW
g
g
g
g
0,0396
0,000507
629
825
0,0047
0,000104
155
461 (17)
0,0038
0,0000279
83,2
279
0,00456
0,000269
1260
354 (30)
0,0091
0,000201
1260
876 (3)
CO2 fossil
CO
g
g
367000
373
155000
297
103000
257
560000
690
451000 (6000)
442
NH3
HF
N 2O
HCl
SO2
NOX
g
g
g
g
g
g
0,498
2,88
6,55
27
3540
1500
0,122
0,67
1,73
9,33
4950 (2720)
1590
0,2293
0,186
1,36
1,74
4570 (2700)
1320
1,62
11,9
4,28
113
6320 (1830)
3280
1,56
8,22
9,98
83,1
3970 (10)
4440
Blei
Cadmium
Mangan
Nickel
Quecksilber
Zink
Metalle
g
g
g
g
g
g
g
0,165
0,0776
0,014
1,73
0,00432
0,2
16
0,0203
0,006
0,0034
0,166
0,0011
0,0396
2,57
0,0138
0,0052
0,0008
0,126
0,0004
0,0241
1,1
0,0707
0,00902
0,0365
0,267
0,0187
0,178
31,2
0,0692
0,0044
0,0344
0,329
0,0104
0,131
21,6
Radioaktive Sub.
kBq 1610000
358000
93200
897000
575000
Aldehyde
Chlor (Cl2)
Mercaptane
g
g
g
3400
0,336 (0,336)
70
H 2S
g
140
Ökobilanz Papier
16
Hauptprodukt
Holzschliff
Sulfitzellstoff
Sulfitzellstoff
Sulfitzellstoff
Sulfatzellstoff
gebleicht
ungebleicht
(D) gebleicht
(CAN) gebleicht
Wasserschadstoffe
Abwassermenge
m3 15 (15)
52
23
80
0,004 (0,004)
BOD
COD
AOX als Cl susp. Stoffe
g
g
g
g
0,233
2500 (2500)
0,0146
291
1300
56000
500
1100
500
20000
0,0031
1040
200
17000
100
203 (4)
3000
55000
700
8230
Phenole
Toluol
PAH
Aromatische KW
Chlorierte KW
Fette/Öle
DOC
TOC
g
g
g
g
g
g
g
g
0,589
0,491
0,0541
3,54
0,0037
110
600 (600)
38,9
0,132
0,115
0,0126
0,829
0,0008
25,8
0,0212
10,1
0,11
0,096
0,0105
0,69
0,000725
21,4
0,0051
7,5
0,134
0,114
0,0125
0,83
0,001001
25,7
0,164
19,7
0,262
0,227
0,0248
1,62
0,0018
50,6
0,0865
22,6
Ammonium NH4+
Nitrat NO3Stickstoff org.
Stickstoff ges.
g
g
g
g
7,66
4,44
0,583
4,83
2,36
1,07
0,272
1,71
1,66
0,636
0,241
1,48
3,33
6,7
0,245
1,57
5,54
8,29
0,523
3,3
Arsen
Chlorid
Cyanid
Phosphat
Sulfat
Sulfid
Anorg. Salze
g
g
g
g
g
g
g
0,136
2680
0,0174
3,88
1750
0,129
1960
0,0341
1340 (60)
0,0042
0,978
496
0,0306
545 (1)
0,009
460
0,0033
0,252
114
0,0254
335
0,512
2360 (110)
0,00773
15,1
2690
0,033
2110
0,511
5030 (10)
0,0098
15,1
2030
0,0609
3220 (1470)
Aluminium
Barium
Blei
Cadmium
Chrom
Eisen
Kupfer
Nickel
Quecksilber
Zink
Metalle
g
g
g
g
g
g
g
g
g
g
g
69,6
15,5
0,64
0,0092
0,689
70,1
0,331
0,341
0,000141
0,708
33,3
17,3
3,73
0,152
0,0022
0,173
18,2
0,0833
0,0859
0,0000366
0,177
9,34
4,39
2,35
0,0396
0,0012
0,0484
4,71
0,022
0,0231
0,0000145
0,0498
5,45
255
22,5
1,44
0,0148
2,54
470
1,26
1,28
0,000399
2,56
32,7
253
24,9
1,38
0,0156
2,54
80,2
1,26
1,28
0,000418
2,56
40,5
Radioaktive Sub.
kBq 14800
3290
858
8250
5300
Chrom VI
g
0,397 (0,397)
Ökobilanz Papier
17
Auswertung prozessbedingter Schadstoffe:
-
große Unterschiede in der Emission von Staubpartikel (Faktor 130 zwischen Sulfit
ungebleicht und Sulfat Kanada), auch CO2 – Emissionen nur Sulfat Kanada
-
SO2 fällt in der Kocherei prozessbedingt bei den Sulfit – und Sulfatverfahren an
-
Chlor Cl2 als Luftemission fällt nur in der Sulfatzellstoffherstellung, als
Wasserschadstoff aber bei allen bleichenden Verfahren an
-
große COD und DOC – Belastung bei Holzschliffaufarbeitung
-
Belastung durch anorganische Salze und Chrom VI entsteht nur in der
Sulfatherstellung
-
relativ geringe Abwasserentstehung in diesem Prozessabschnitt
2.4.2 Refinerholzstoff
Der Refinerholzstoff, oder auch Hackschnitzel genannt, stellt eine gute Alternative für
Zellstoff dar. Bei der Zeitungspapierherstellung wird es z.b. mit 100 % eingesetzt. Im
Gegensatz dazu wird beim Einsatz von Holzschliff nur 85 % Holzschliff und 15 % Zellstoff
verwendet. Die Weltproduktion für die thermische Refinerverfahren beläuft sich auf ca. 4
Mio. t pro Jahr (Ullmann, S.566).
Die Holzprügel werden wie bei dem Holzschliff hergestellt. Allerdings werden sie dann
nicht in einer Schleifmaschine sondern in einer Hackmaschine zerkleinert. Dies erfolgt wie
bei der Hackschnitzelherstellung bei der Zellstoffproduktion. Bei diesem Verfahren kann
man zusätzlich auf Holzabfälle, z.B. aus dem Sägewerk, zurückgreifen.
Das Refinerverfahren ist größtenteils das Mahlen des Hackgutes. Zuvor muss es gut sortiert
und ausgewaschen werden. Dann kann das Hackgut zwischen den Mahlscheiben
aufgebrochen und in der eigentlichen Mahlzone zermahlen werden. Die dabei entstehende
Reibungswärme bewirkt das Plastifizieren des Holzes und erleichtert somit Separierung und
Fibrillierung (s. Ullmann, S.566-567).
Ökobilanz Papier
18
2.5Altpapier
Laut dem Verband Deutscher Papierfabriken e.V. lag der Verbrauch von Altpapier im Jahre
2002 bei 12.038 kt in Deutschland. Die Einsatzquote, d.h. der Altpapiereinsatz in der
Papierherstellung ist in den letzten Jahren gestiegen. Im Jahr 1995 lag die Quote bei 58 % und
bei 65 % im Jahre 2002. Die Rücklaufquote (Altpapieraufkommen) ist höher als die
Einsatzquote. Die Rücklaufquote lag 1995 bei 67 %. Im Jahre 2002 ist sie um 5 % auf 72 %
gestiegen. (Vgl. VDP, Papierkompass 2003).
Fasern aus Altpapier können bis zu 4-6 mal wiederverwendet werden. Mit jedem
Aufbereitungsprozess werden die Fasern kürzer und schwächer, so dass ständig neue Fasern
zugegeben werden (vgl. BUWAL S. 170). Der Einsatz von recycelten Fasern nimmt mit
zunehmender Qualität des herzustellenden Papiers ab (Ullmann, S. 570). Verpackungspapiere
weisen einen sehr hohen Anteil von Altpapier auf. Manche Wellkartonarten werden z.B. aus
100 % Recyclingfasern hergestellt (BUWAL, S.171).
Altpapiersortierung
Materialeinsatz
Energiebedarf
Altpapier
Strom ab Netz
Pressdraht
Diesel
Schmieröl
Quelle: BUWAL, S.503
Die Aufbereitung von Altpapier erfolgt in mehreren Schritten. Im Pulper, oder auch
„Stofflöser“ genannt, wird das Altpapier im Wasser suspendiert und erstmals zerfasert. Der
entstandene Faserstoff wird über den Siebboden abgeleitet. Je nach Bedarf werden weitere
Siebsortierer und Zerfaserer (z.B. Entstipper) nachgeschaltet. Druckfarbe wird in sogenannten
„De-Inking-Anlagen“ entfernt. Andere Stoffe, wie Bitumina oder Wachse werden durch
Wärmeeinwirkung und Knetvorgänge dispergiert. Zum Schluss wird die AltpapierFasersuspension noch gemahlen, wobei die Fasern nochmals aufgelockert werden (vgl.
Ullmann, S. 569-570).
De – Inking
De – Inking ist der Prozess bei dem die Druckfarbe aus dem Altpapier entfernt wird, um
dieses heller und vielseitig verwendbarer zu machen. Das geschieht vor allem bei
Ökobilanz Papier
19
Zeitungspapieren. Das Verfahren läuft in mehreren Schritten ab. Zuerst wird das Altpapier im
Pulper „aufgelöst“ und gleichzeitig werden die Chemikalien zum Ablösen der Druckfarbe
zugegeben. Der zweite Schritt erfolgt im Siebsortierer, wo Fremdstoffe entfernt werden. Der
letzte Schritt ist dann das Abtrennen der Druckfarbe (s. Ullmann, S.570-571).
Es gibt zwei Wege das De – Inking durchzuführen. Beim „Wasch – De – Inking“ wird die
Druckfarbe im Pulper möglichst gut dispergiert (wird erst herausgewaschen und dann fein
verteilt). Die Druckfarbe verbleibt dann in der Flotte (Flotte: Flüssigkeit in der Textilien
gebleicht, gefärbt oder imprägniert werden). Das Wasser (Flotte) muss dann in
nachgeschalteten Entwässerungsstufen gereinigt werden. Dieses Verfahren weist jedoch hohe
Stoffverluste von bis zu 15 – 25% an der Faser auf und benötigt einen hohen Wasserbedarf
von 160 m³ Wasser pro Tonne Fertigstoff. (Ullmann, S.571).
Eine andere weitaus bessere Methode ist das „Flotations – De – Inking“. Bei diesem
Verfahren wird sich die unterschiedliche Benetzbarkeit von Druckfarbe und Papierfaser zu
nutze gemacht. Hydrophobe (Wasser abstoßende) Druckfarbe wird zuerst geflockt, dann
gesammelt und zuletzt im Flotationsschaum abgeschieden. Die hohe Ausbeute und der
geringe Wassergehalt machen dieses Verfahren attraktiv (Ullmann, S.571)
Die Chemikalien, die für den De-Inking Prozess verwendet werden bewirken das Ablösen,
Dispergieren und Sammeln der Druckfarbe. Sie werden meist im Pulper zugegeben. Dort
erhalt man dann eine alkalisch, waschaktive Flotte, die oftmals mit bleichenden Komponenten
versetzt ist.
Folgende Chemikalien werden bei dem Verfahren eingesetzt:
Bleichkomponente: 0,5-1,0 % H2O2
Zur Quellung des Faserstoffs und Aktivierung der Bleiche: 1,5-2,0 % NaOH
Stabilisierung
der
Bleiche:
0,1-0,3
%
DTPA-Handelsware
(=
40%ige
Lösung
desPentanatriumsalzes der Diäthylentriaminpentaessigs)
2,0-4,0 % Wasserglas
Emulgator: meist 0,1-0,3 % Fettalkoholpolyglykoläther
Sammler: 0,6-1,2 % Fettsäure oder Seife
(Vgl. Ullmann, S. 571-572)
Ökobilanz Papier
20
Daten zum Deinking von Altpapier (BUWAL, S.511)
Deinking von Altpapier
Altpapier deinkt
Materialeinsatz: Altpapier
Natronlauge (30%)
Natron-Wasserglas
Schwefelsäure
Wasserstoffperoxyd (30%)
Kaolin
diverse
Einsatzmaterialien bei der Papierherstellung
Verpackungspapiere
Recycling-Kraftpapier (BUWAL, S. 516)
Materialeinsatz: Zellstoffe
Altpapier Zellulosekarton
Wellkarton
Zeitungen
Kraftliner
Hilfsstoffe Blanose
Kartoffelstärke
Harzleim
Aluminiumsulfat
Graphische Papiere
Recyclingpapier ohne Deinking (BUWAL, S. 521)
Materialeinsatz: Altpapier Zellulosekarton
Zeitungen
EDV-, Couvert-Späne
Etikettenabfälle bedruckt
Hilfsstoffe Kartoffelstärke
synth. Leim
Ökobilanz Papier
21
Zeitungsdruckpapier (BUWAL, S. 522)
Materialeinsatz: Zellstoffe, Holzstoffe
TMP (t100)
Altpapierstoff deinkt (t100)
Hilfs- und Füllstoffe
Alaun
Malusil
Kartoffelstärke
diverse
Recyclingpapier mit Deinking (BUWAL, S. 522)
Materialeinsatz: Zellstoffe, Holzstoffe
Sulfatzellstoff gebleicht (t90)
Sulfatzellstoff ungebleicht (t90)
Altpapierstoff deinkt (t100)
Hilfs- und Füllstoffe
Alaun
Harzleim
Kaolin
Kartoffelstärke
Wasserstoffperoxyd
diverse
Karton (BUWAL, S. 524)
Chromokarton (GC)
Materialeinsatz: Nadelholz-Sulfatzellstoff gebl. (t90)
Sulfitzellstoff gebl. (t90)
Holzschliff (t90)
...
Duplex-/Triplex-Karton (GD/GT)
Materialeinsatz: Sulfitzellstoff gebl. (t90)
Sulfitzellstoff ungebl. (t90)
Holzschliff (t90)
Altpapier (t90)
...
Ökobilanz Papier
22
Wellkarton
Wellkarton-Rohpapiere (BUWAL, S. 531)
Materialeinsatz: Kaufhausabfälle
gemischtes Altpapier
2.6 Die Zellstoffaufbereitung
2.6.1 Pulper/Entstipper
Kommt der Zellstoff nicht aus dem chemischen Auflösungsprozeß in einer integrierten
Papierfabrik, wird er in Ballen von externen Zellstofffabrikanten angeliefert. Diese Ballen
müssen, bevor sie weiter verarbeitet werden können, im sog. PULPER aufgelöst werden.
Dies sind große Tröge, in denen durch mechanische Durchmischung eine Suspension aus
Wasser und Zellstoff hergestellt wird.
Teilweise wird diesem Prozeß noch ein Entstipper nachgeschaltet, da für die
Papierherstellung eine möglichst stippenfreie Suspension benötigt wird. Im sog. Entstipper
werden noch vorhandene Knoten(Stippen), die noch aus dem Pulper austreten, aufgelöst. Dies
geschieht nach dem sog. Turbulenz- und Prallsystem. Die Stippen werden axial eingeführt
und durch die hohe Umdrehungszahl nach aussen geschleudert, so dass sie gegen die
Aussenwände geschleudert werden und sich auflösen. Dies geschieht in mehreren Stufen, d.h.
die Stippen werden auf ihrem Weg nach aussen wiederholt abgebremst und beschleunigt.
Als einzige Eingangsgröße neben dem Zellstoff und Wasser wird elektrische Energie für die
Motoren benötigt.
2.6.2 Refiner
Im anschliessenden Refiner werden die Fasern aufgelockert und je nach Bedarf auch noch
zerkleinert. Zur Anwendung kommen hier vor allem Kegelmühlen oder Scheibenrefiner. Die
horizontal gelagerte Kegelmühle mahlt und pumpt die Zellstoffsuspension gleichzeitig und
kontinuierlich. Durch den modularen Aufbau und durch die Möglichkeit, den Stoff teilweise
Ökobilanz Papier
23
zurückzuführen, können sowohl große Mengen als auch unterschiedliche Mahlgrade erreicht
werden.
Mehr und mehr werden heute allerdings Scheibenrefiner eingesetzt, da diese
leistungsfähiger und günstiger als Kegelrefiner sind. Es wird unterschieden zwischen
Einfachscheibenrefiner mit einer beweglichen, und Doppelscheibenrefinern mit zwei
beweglichen Scheiben. Die Zellstoffsuspension wird dabei axial eingeführt und verlässt den
Scheibenrefiner an seinen Rändern. Auch hier wird nur elektr. Energie für den Antrieb der
Scheiben benötigt.
2.6.3 Mischbütte
In der anschliessenden Mischbütte wird der Papierbrei zu einem mit Wasser aus dem Sieb
der Papiermaschine verdünnt, zum anderen werden auch Füllstoffe hinzugeben. Ob diese
Füllstoffe hier oder beim Leimen in der Papiermaschine hinzugeben werden, hängt von der
Verwendung des Papieres ab und wird hier nicht weiter untersucht.
Eine Zusammenstellung der verwendeten Füllstoffe wird in folgender Tabelle gegeben .
Stoff
Verwendung in der Papierindustrie
Kaoline
Schreib- u. Druckpapiere; Kartone; Streichen von Papier und Karton
Talkum
Druckpapiere mit besonders glatter Oberfläche; Buntpapier; Streichen
Asbestine
Isolier- und Asbestpapiere
Ca-Silicat
zum Strecken bzw. als Ersatz für Titanoxid
Gips
vollgeleimte und mattere, wenig glänzende Schreibpapiere und Kartone; Elfenbeinkarton
Kreide
ungeleimte Papiere; Kartone
Magnesit
Dünndruckpapiere; Zigarettenpapiere
Anatas
Dünn- und Bibeldruckpapiere, sehr weiße Feinpapiere, Streichen
Kieselgur
Volumenerhöhung bei Federleicht- oder Dickdruckpapieren
Zinkoxid
photoelektrische Kopierpapiere
Sachtolith
Fein- und Spezialpapiere
Ökobilanz Papier
24
2.6.4 Entklumper
Im anschliessenden Entklumper, bzw. Knotenfänger, werden Verunreinigungen entfernt, die
eine ähnliche Dichte und spezifisches Gewicht wie die Faserstoffe haben. Der Papierbrei wird
durch ein Sieb gepresst. Rotierende Propellerflügel sorgen dafür, dass dieses Sieb nicht
verstopft.
2.6.5 Reinigung
Bevor der Papierbrei in die Papiermaschine geleitet wird, wird er in einem
Zentrifugalreiniger von Sand und anderen Verunreinigungen befreit. Die Suspension wird in
Drehung versetzt, wobei der leichte Zellstoff in der Mitte bleibt und abgesaugt werden kann,
während die schweren Verunreinigungen an den Wänden sich sammeln, zu Boden sinken und
abgesaugt werden können.
2.7 Langsiebpapiermaschine
In der Papiermaschine werden die Fasern aus Holzschliff, Zellstoff oder Altpapier dann zu
Papier verarbeitet.2 Dabei kann man verschiedene Arten von Papiermaschinen unterscheiden.
Die Langsiebpapiermaschine wird zur Herstellung von einlagigem Papier verwendet. Sie
besteht aus den Elementen Stofflauf, Siebpartie, Pressenpartie, Trockenpartie, Leimpresse,
Nachtrockenpartie, Streichanlage, Glättwerk und Aufrollung.3 Leimpresse, Streichanlage und
Glättwerk verändern die Eigenschaften des Papiers, sind aber nicht notwendig. Moderne
Maschinen haben eine Länge von über 120 m. Sie benötigen zu ihrem Antrieb ca. 150
Elektromotoren
mit
insgesamt
ca.
2,94
MW.
Die
Produktionsleistung
einer
Langsiebpapiermaschine ist von der Siebbreite und der Laufgeschwindigkeit bestimmt und
beträgt bei großen Papiermaschinen über 6000 Tonne pro Tag.
2.7.1 Stofflauf
Die Stoffdichte des Gemischs, dass über den Stoffauflauf in die Papiermaschine gegeben
wird beträgt etwa 1%. Die in einer Rohrleitung möglichst gleichmäßig anströmende
Suspension wird unter Druck durch einen 10 – 20 m hohen und bis 10 mm breiten Düsenspalt
2
3
Der folgende Abschnitt ist angelehnt an Foerst (1962) S.126ff.
Schuh (1980) S. 3177
Ökobilanz Papier
25
mit Laufgeschwindigkeit des Siebes auf das bis zu 10m breite4 Sieb gepumpt. Konsistenz und
Menge der Stoffzufuhr wird vom Stoffauflaufsystem geregelt.5
2.7.2 Siebpartie
In der Siebpartie bewegt sich das endlos waagerecht umlaufende, aus feinen Bronze- oder
Kunststofffäden gewebte6 Sieb mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2000m/min7, das
entspricht ca. 33 m/s. Dabei ist das Sieb auf der Eintrittseite des Stoffstromes um
„Brustwalze“ und am Ablaufende der Stoffbahn um die Saugwalze geführt. Bei älteren
Maschinen wird statt der Saugwalze noch eine zweiwalzige Gautschpresse verwendet, wobei
die Stoffbahn um die untere Walze geführt wird. Die Art und Dichte des Siebes, sowie die
Laufgeschwindigkeit sind Bestimmungsgrößen für das Flächengewicht des entstehenden
Papiers.8 Durch seitliche Schüttelbewegung des 15 – 40 m langen Siebes verfilzen die Fasern
auch senkrecht zur Bewegungsrichtung und es entsteht eine Papierbahn. Auf dem Sieb
werden die Faserorientierung und die Zweiseitigkeit des Papiers bestimmt. Ein großer Teil
des Wassers läuft durch das Sieb ab. Die erste Hälfte des Siebes wird von einer Anzahl von
Registerwalzen getragen, die durch ihre Drehung das Wasser abschleudern und so die
Entwässerung förden. Auf der zweiten Hälfte der Siebpartie wird durch ein Vakuum in
Saugkästen weiteres Wasser abgezogen, das von Pumpen oder Kompressoren erzeugt wird.
Nach den Saugkästen läuft die Papierbahn noch über eine Gautschpresse oder eine
Saugwalze. Die feuchte Papierbahn wird so zu etwa 20% – 24% entwässert, und kann nun
freitragend in die Pressenpartie überführt werden.
2.7.3 Pressenpartie
In der Pressenpartie wird die Bahn an Filzen geführt, zwischen 4 – 8 Presswalzen geleitet
und dort verdichtet wobei das Wasser an die Filze abgegeben wird. Dabei sind jeweils die
unteren Presswalzen mit Gummi bezogen, die oberen bestehen aus Granit oder sie haben
einen Stonite-Bezug, ein Gemisch aus Hartgummi und feinem Quarzsand. Eventuell wird
gleichzeitig durch Saugnasspressen Wasser entzogen.9 Die Papierbahn hat nun einen
Trockengehalt von etwa 28% - 42%. In der Sieb- und Pressenpartie werden pro funktionaler
4
McGraw-Hill (1997) S. 89
Schuh (1980) S. 3177
6
Schuh (1980) S. 3177
7
Römp (1998) S. 3111
8
Schuh (1980) S. 3177
9
Schuh (1980) S. 3177
5
Ökobilanz Papier
26
Einheit 270 l – 410 l Wasser abgegeben. Das in Sieb- und Pressenpartie abgeschiedene
Wasser wird gegebenenfalls nach Durchlauf von Reinigungsaggregaten wieder in den
Herstellungsprozess zurückgeführt.10 Danach gelangt die Bahn in die Trockenpartie.
2.7.4 Trockenpartie
In der Trockenpartie wird die Papierbahn mit Hilfe von Trockenfilzen am Ende meist
freitragend zwischen bis zu 100 in zwei Reihen übereinanderliegenden dampfbeheizten
Trockenzylindern mit einem Durchmesser von ca. 1,5 m11 bis 2m12 durchgeleitet. Der
Dampfdruck beträgt 0,2 – 1,2 bar. Zum Trocknen von 1 kg Papier sind ca. 3 kg Dampf
erforderlich. Beim Kondensieren des Dampfes wird Wärme abgegeben, die durch die dünnen
Zylinderwände auf die Papierbahn übertragen wird. Die Oberflächentemperatur der Zylinder
am Anfang der Trockenpartie beträgt 60° C und darf nur langsam bis auf 120° C angehoben
werden, da die meisten Harzleime bei einer Feuchterwärmung über 70° C die Papierkapillaren
verkleben. Der ganze Bereich wird zusätzlich mit Heißluft belüftet. Der entstandene Dampf
wird
aus
der
geschlossenen
Trockenhaube
abgesaugt
und
in
eine
Wärmerückgewinnungsanlage geführt.13
Am Ende der Trockenpartie hat das Papier eine Temperatur von 75- 85° C und seinen
endgültigen Wassergehalt von ca. 5% erreicht. Pro funktionaler Einheit werden 530 l – 670 l
Wasser abgegeben. Beim Trocknen schrumpft die Papierbahn zusammen, wobei die
Schrumpfung in der Querrichtung größer ist als in der Längsrichtung. Das liegt daran, dass
die Fasern vor allem in Längsrichtung orientiert sind und außerdem die Zugspannung
zwischen den Trockenzylindern der Schrumpfung in Längsrichtung entgegenwirkt. Über
Kühlzylinder, durch die dauernd kaltes Wasser läuft, wird das Papier auf 20 - 30° C
abgekühlt. Nach der Trockenpartie wird die Papierbahn durch ein Trockenglättwerk geführt
und erhält dort die Maschinenglätte. Das Trockenglättwerk besteht aus mehreren polierten
übereinanderliegenden Hartgusswalzen. Danach kann die Papierbahn in die Leimpresse
gelangen.
10
Römp (1998) S. 3112
Brockhaus (1989) S. 51
12
McGraw-Hill (1997) S. 90
13
Papiermachen S. 3
11
Ökobilanz Papier
27
2.7.5 Leimpresse
Um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern, oder die Festigkeit der äußeren Schichten
zu erhöhen, wird mit zwei gummibezogenen Walzen und/oder Rakelauftrag ein- oder
beidseitig alternativ oder zusätzlich zum Leimzusatz im Ganzstoff die Papierbahn
oberflächengeleimt. Dafür werden meistens modifizierte Stärke, Carboxy-methyl-cellulose,
Gelatinelösungen und Melaminharze benutzt. In der Leimpresse können auch Pigmente auf
die Oberfläche aufgetragen werden.
2.7.6 Kreppen
Dieser Prozeß erfolgt um die Dehnbarkeit der Papierbahn zu erhöhen. Gleichzeitig wird das
Papier durch das Aufbringen feiner Falten verkürzt. Innerhalb der Papiermaschine wird das
Verfahren Naßkrepp und außerhalb Trockenkrepp genannt.
2.7.7 Streichen
Das Streichen ist eines der häufigsten Veredelungsverfahren der Papierherstellung. Man
versteht darunter das ein- oder beidseitige Beschichten mit Dispersionen aus Pigmenten,
Bindemitteln und Hilfsstoffen. Pigmente sind Kaolin, Bariumsulfat und Kreide. Die am
häufigsten in der Papiermaschine verwendente Füllstoffsorte ist das Pigment China Clay. Die
Bindemittel können natürlicher oder synthetischer Herkunft sein. Natürliche Bindemittel sind
Casein
und
Stärke,
synthetischer
Art
sind
Styrol-,
Butadein-
oder
Acrylsäure-
Mischpolimerisat. Unter Hilfsstoffen werden Dispergiermittel, Stearate zur besseren
Glättbarkeit, optische Aufheller, Verdickungs-und Vernetzungsmittel verstanden.
Beim Streichverfahren wird eine flüssige Streichmasse mit Walzen, Luftbürsten oder
Schabern auf die trockene Papierbahn aufgetragen. Anschließend wird das Papier wieder
getrocknet. Der Stärkestrich ist nicht wasserfest und eine Härtung ist nicht ohne weiteres
möglich. Die Wasserfestigkeit und Härtung hängt vom Abbaugrad der Stärke ab. Zur Härtung
werden bezogen auf die trockene Stärke 15-20% Harnstoff- und Melanimharze angewendet.
Um die Viskosität der Streichmasse zu verringern werden Wachse zugegeben, sie sollen den
Feststoffgehalt auf 55-70% steigern. Beim Streichen muss der Feststoffgehalt des
verwendeten Sriches so hoch wie möglich sein. Dem Flächengewicht entsprechend kann der
Strichauftrag des Papiers bis zu 30g/m2 betragen.
Ökobilanz Papier
28
Da in der Papiermaschine kein Platz für eine Trockenanlage vorhanden ist, kann eine
größere Wassermenge nicht verdampft werden. Die Feuchtigkeit vor dem Streichen beträgt
10%, nach dem Streichen beträgt sie 15-20%. Nach dem Streichprozess durchläuft die
Papierbahn die Heißlufttrockenschnecke und anschließend die Zylindernachtrockenpartie.
Gestrichene Papiere werden nach dem Trocknen auf Superkalandern satiniert.
Durch den Streichprozess soll eine Verbesserung der Bedruckbarkeit von Papier und Karton
erreicht werden. Die Beschichtung mit Kunststoffdispersionen macht die Papiere
wasserdampf- und aromadicht.
Das bekannteste Verfahren des Streichens innerhalb der Papiermaschine ist von P.J.
Massey. Darüber hinaus gibt es außerdem das Trockenstrichverfahren. Dies ist für kleinere
Mengen von Spezialpapieren geeignet. Der Strichauftrag ist zwischen 4-30g/m2 schwer,
besteht aus 8% Pigment und aus hitzebeständigem Bindemittel. Bei diesem Verfahren werden
pulverförmige Teilchen elektrisch aufgeladen und zwischen zwei Plattenelektroden
niedergeschlagen.
2.7.8 Satinieren
Wenn die Maschinenglätte nicht ausreicht, werden die Papiere in Satinierkalandern
glänzend gemacht. Je nach Verwendungszweck des Papieres können die Glätte- und
Glanzgrade von matter bis Hochglanzsatinage reichen. Die Papiere müssen elastisch sein, um
geglättet zu werden. Deshalb werden sie angefeuchtet. Für die Satinage gewöhnlicher Papiere
genügt die Anfeuchtung in der Papiermaschine, die besseren Papiersorten müssen in die
Feuchtmaschine.
Zum Befeuchten wird die Papierbahn ab- und wieder aufgerollt. Das Wasser wird durch
Düsen oder rotierende Bürsten oder Walzen auf die Bahn gebracht. Die Wassermenge ist von
der Papiersorte und dem Grad der Satinage abhängig. Sie liegt bei Schreib- und
Druckpapieren bei 4-8%, bei Illustrationsdruck und ähnlichen Hochglanzpapieren bei 1215%, bei Pergamin- und anderen Spezialpapieren bei 20-30%. Um die Feuchtigkeit
gleichmäßig zu verteilen, lagert man die gefeuchteten Rollen mehrere Tage in Räumen mit
hoher Luftfeuchtigkeit.
Ökobilanz Papier
29
Im Satinierkalander kommt es zur Verdichtung des Papiergefüges. Er besteht aus bis zu 18
schweren Stahlwalzen, elastischen Papier- oder Baumwollwalzen, die in wechselnder
Reihenfolge übereinander gelagert sind. Die polierte Oberfläche der Stahlwalzen hat den
Hauptanteil am Satinieren. So erhält die der Walze zugewandte Papierseite eine höhere
Glätte. Um eine einseitige Glättung zu vermeiden, liegen je zwei Walzen aufeinander. Durch
Zusammenpressen der Walzen mit Liniendrucken von 100- 500Kg/cm Walzenlänge erhält
das Papier ein gleichmäßige Oberfläche und einen entsprechenden Glanz, der durch die
Reibung zwischen den Walzen gefördert wird. Um bei Illustrations- und Hochglanzpapieren
eine geschlossene Hochglanzoberfläche zu erhalten, wird zweimal satiniert. Besonders
empfindliche Papier- und Kartonsorten, wie z.B. Kunstdruckpapiere mit Pigmentstrichen
werden zwei- oder dreimal mit geringerem Druck satiniert, da sie große Belastungen nicht
vertragen.
Aufgrund des hohen Druckes im Kalander kommt es zu einer starken Wärmeentwicklung,
dadurch verdampft das Feuchtwasser. Damit auch das Wasser stark befeuchteter Papiere (z.B.
Pargaminpapier) verdampft, werden mehrere Stahlwalzen mit Dampf beheizt. Es kann zu
Oberflächentemperaturen von bis zu 150°C kommen.
Es
gibt
auch
Bogenkalander
mit
Bänderführung,
ähnlich
aufgebaut
wie
Satinierkalander.Diese werden zum Glätten schwerer Kartonsorten benutzt. Aber auch
Konturen, Landkarten und ähnliche möglichst flächenbeständige Papiere werden in
Bogenkalandern nachsatiniert.
Weiterhin gibt es Dreiwalzenkalander mit Friktion, bestehend aus zwei Stahlwalzen und
einer Papierwalze. Die Stahlwalzen sind oben und unten angeornet und laufen mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit und sind mit Dampf beheizt. Durch den Preßdruck und die
hohe Friktion, die durch die unterschiedliche Geschwindigkeit der drei Walzen entsteht, erhält
das Papier oder der Karton eine spiegelblanke Glätte.
In einigen Fällen muss die Dicke genau eingehalten werden. Hierfür gibt es
Kalibrierkalander, welcher aus zwei genau auf gewünschte Dicke einstellbaren Stahlwalzen
besteht.
Ökobilanz Papier
30
2.7.9 Prägen
Ein weiterer Prozeß in der Papierveredelung ist das Prägen. Es werden in Gaufrier- oder
Grainierkalandern Muster mit gravierten Stahlwalzen eingeprägt.
2.7.10 Rollenschneidemaschinen
Die papiermaschinenbreiten Mutterrollen werden in schmalere Rollen geteilt, da diese
besser zur Weiterverarbeitung geeignet sind. Die Formate erhält man durch Schneiden in
Querschneidern. Anschließend wird das Papier in Papier oder Kunststoff verpackt, gewogen
und ist zum Versand bereit.
2.8 Rundsiebmaschine
Diese Maschine zur Karton- und Pappenherstellung14 besteht aus siebüberzogenen
Rundsiebzylindern, Nasspressen und einer Trockenpartie. Die Siebzylinder tauchen zu 2/3 in
die Stoffsuspension ein. Durch den Druckunterschied zwischen Trog und Zylinderinnerem
bildet sich eine Papierbahn auf dem Zylinder, während das Wasser ins Innere des Zylinders
fließt und von dort abgeleitet wird. Abnahmefilze nehmen die Papierbahnen vom Sieb und
tragen sie zu den Nasspressen.
Einfache Rundsiebmaschine
Die einfache Rundsiebmaschine15 dient zur Eindickung und Entwässerung von Holzschliff
sowie zur Herstellung von Schrenz- und Spezial-Handpappen. Sie besteht aus ein oder zwei
Zylindern ohne anschließenden Trockenapparat.
Mehrrundsiebmaschine
Die Mehrrundsiebmaschien16 wird zur Herstellung von schweren Pappen und Kartons
genutzt. Mehrere Rundsiebe sind hinter einander geschaltet. Die auf den einzelnen
Rundsieben erzeugten Stoffbahnen werden von einem gemeinsamen Filz von den Sieben
genommen und in den nachfolgenden Pressen zusammengegautscht.
14
Nach Foerst (1962), S. 131
Nach Foerst (1962), S. 131
16
Nach Foerst (1962), S. 131
15
Ökobilanz Papier
31
Kombinierte Langsieb-Rundsieb-Maschinen
Die kombinierte Langsieb-Rundsieb-Maschine17 wird genutzt, wenn es sich um sehr große
Stoffbahnen handelt und eine weniger hochwertige Bahn eine bessere Deckschicht erhalten
soll. Die Trockenpartie beinhaltet meistens noch Glättzylinder, Leimpressen und
Streicheinrichtungen.
2.9 Wellkartonmaschine
Zur Wellkartonherstellung18 wird eine Papierbahn erwärmt und befeuchtet. Die anschleißende
Riffelung erfolgt unter Druck- und Hitzeeinwirkung durch eine Riffelwalze. Danach wird sie
mit erhitztem Leim mit zwei Papierbahnen (Deckbahnen) verleimt und die Bahnen werden
zusammengepresst. Für mehrwellige und somit stabilere Wellkartons können mehrere
Riffelpapiere (Wellenstoff) und Deckschichten abwechselnd verleimt werden. Abbildung
2.9.1 zeigt eine Wellkartonmaschine zur Herstellung von einwelligem Wellkarton mit zwei
Deckbahnen.
Abb. 2.9.1: Herstellung einer einwelligen Wellpappe mit zwei Deckbahnen. (Quelle: http://www.wellpappenindustrie.de/pw/pw_we_1.htm, 24.06.2003)
17
18
Nach Foerst (1962), S. 131
Nach Foerst (1962), S. 131
Ökobilanz Papier
32
3. Endprodukte
3.1 Papiersorten
Manche Einsatzmaterialien lassen sich aufgrund fehlender Daten nicht bis zu den Ressourcen
zurückverfolgen.
3.1.1 KRAFTPAPIER EINSEITIG GESTRICHEN
Das einseitig gestrichene Kraftpapier besteht zu gleichen Teilen aus gebleichtem LaubholzSulfatzellstoff und gebleichtem Nadelholz-Sulfatzellstoff. Zur Herstellung von 1000 kg
Kraftpapier benötigt man je 366 kg der beiden Zellstoffe.
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Zellstoffaufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
•
Leimpresse
•
Streichanlage
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Einsatzmaterialien
der
Verwendete
Endstufe
Ressourcen,
rohstofflich
verwertet
Kalziumkarbonat
105,0 kg
Kaolin
172,0 kg
Styrolbutadien-Latex
25,9
kg
Carboxymethylcellulose
3,5
kg
Harzleim
7,8
kg
Kalkstein
Eisenerz,
Kalkstein,
Sand,
Steinsalz
Schwefelhaltige Rohstoffe
Ökobilanz Papier
33
Stärke
7,1
kg
Hofdünger,
Kartoffeln,
Mais,
Harnstoff,
Peroxitan, Pestizide
Es wurde ein Betrieb (CH) betrachtet .
3.1.2 KRAFTPAPIER GEBLEICHT
Das gebleichte Kraftpapier besteht zu gleichen Teilen aus gebleichtem LaubholzSulfatzellstoff und gebleichtem Nadelholz-Sulfatzellstoff. Zur Herstellung von 1000 kg
Kraftpapier benötigt man je 511 kg der beiden Zellstoffe.
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Zellstoffaufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Energieaufwand: 54. 950 MJ
Einsatzmaterialien der
Endstufe
Kaolin
20,70
kg
Stärke
7,24
kg
synth. Leimungsmittel
diverse
1,45
1,65
kg
kg
Verwendete Ressourcen,
rohstofflich verwertet
Eisenerz, Kalkstein, Sand, Steinsalz,
Schwefelhaltige Rohstoffe
Hofdünger, Kartoffeln, Mais, Harnstoff,
Peroxitan, Pestizide
Es wurde ein Betrieb (CH) betrachtet .
3.1.3 KRAFTPAPIER UNGEBLEICHT
Das ungebleichte Kraftpapier besteht aus ungebleichtem Nadelholz-Sulfatzellstoff. Zur
Herstellung von 1000 kg Kraftpapier benötigt man 1023 kg Zellstoff.
Ökobilanz Papier
34
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Zellstoffaufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Einsatzmaterialien der
Verwendete Ressourcen,
Endstufe
rohstofflich verwertet
Kaolin
20,70 kg
Stärke
7,24
kg
synth. Leimungsmittel 1,45
kg
diverse
kg
1,65
Eisenerz,
Kalkstein,
Sand,
Steinsalz,
Mais,
Harnstoff,
schwefelhaltige Rohstoffe
Hofdünger,
Kartoffeln,
Peroxitan, Pestizide
ES WURDE EIN BETRIEB (CH) BETRACHTET .
3.1.4 SWISSKRAFT
Das Papier Swisskraft besteht aus ungebleichtem Sulfatzellstoff, ungebleichtem
Sulfitzellstoff, Zellulosekarton, Wellkarton, Zeitungen, und Kraftliner in folgenden
Mengenanteilen für je 1000 kg Papier:
Sulfatzellstoff ungebleicht 96,3
kg
Sulfitzellstoff ungebleicht 96,3
kg
Zellulosekarton
289,0
kg
Wellkarton
385,0
kg
Zeitungen
72,2
kg
Ökobilanz Papier
35
48,1
Kraftliner
kg
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Zellstoffaufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Einsatzmaterialien
Verwendete Ressourcen,
der Endstufe
rohstofflich verwertet
Blanose
5,9
kg
Kartoffelstärke
5,9
kg
Harzleim
27,0
kg
Aluminiumsulfat 27,0
kg
Hofdünger, Kartoffeln und Pestizide
Bauxit
3.1.5 SACKPAPIER S
Das Sackpapier S besteht aus Holzschliff. Zur Herstellung von 1000 kg Kraftpapier benötigt
man 1968 kg Holz.
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Faseraufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
Ökobilanz Papier
36
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Einsatzmaterialien
Verwendete Ressourcen,
der Endstufe
rohstofflich verwertet
Aluminiumsulfat
12,2
kg
Bauxit
Natronlauge 50%
6,900
kg
Eisenerz, Kalkstein, Sand, Steinsalz
Schwefelsäure
6,200
kg
SO2 sekundär
Stärke
4,800
kg
Synth. Binder
2,800
kg
Kalziumkarbonat
6,200
kg
Kalkstein
Kalziumoxid
4,550
kg
Kalkstein
Natriumsulfat
0,103
kg
Steinsalz
Entschäumungsmittel
0,517
kg
Andere
15,800
kg
Hofdünger,
Kartoffeln,
Mais,
Harnstoff,
Peroxitan und Pestizide
ES WURDE DER LANDESDURCHSCHNITT VON SCHWEDEN BETRACHTET.
3.1.6 SACKPAPIER A
Das Sackpapier A besteht aus Holzschliff. Zur Herstellung von 1000 kg Kraftpapier
benötigt man 1860 kg Holz.
Bei der Verarbeitung der Zellstoffe zu einseitig gestrichenem Kraftpapier werden die
folgenden Produktionsschritte durchlaufen:
•
Faseraufbereitung
•
Siebpartie
•
Presspartie
•
Trockenpartie
•
Glättwerk
Zusätzlich zum Zellstoff werden noch die folgenden Ressourcen benötigt:
Ökobilanz Papier
37
Einsatzmaterialien
Verwendete Ressourcen,
der Endstufe
rohstofflich verwertet
Aluminiumsulfat
20
kg
Bauxit
Kalziumoxid
6
kg
Kalkstein
Natriumsulfat
7
kg
Steinsalz
Soda
3,5
kg
Stärke
6
kg
Synth. Binder
7
kg
Talkum
5
kg
Hofdünger, Kartoffeln, Mais, Harnstoff, Peroxitan
und Pestizide
Es wurde ein Betrieb (A) betrachtet.
Endprodukt: graphische Papiere
Hauptprodukt
Recyclingpapier
Recyclingpapier
ohne Deinking
mit Deinking
Zeitungsdruckpapier
Luftschadstoffe
Staub/Partikel
g
63,1 (6,9)
864 (51)
539 (19)
Benzol
g
3,65
1,05
0,672
Polyzykl. Arom. KW
g
0,0901
0,0103
0,0074
Aromat. KW
g
2,16
6,29 (3,22)
4,85 (2,3)
Halon H 1301
g
0,0016
0,0181
0,0116
Halogenierte KW
g
0,00000336
0,000412
0,000606
Methan
g
1610
693
581
Nicht-Methan KW
g
299
789 (13)
495 (9)
CO2
g
586000
413000 (13000)
311000 (6000)
CO
g
317
536
337
NH3
g
80,1 (80)
93,9 (84,2)
9,28 (1,33)
HF
g
0,52
2,93
3,21
N 2O
g
16,7 (10,2)
16,9 (10,7)
4,35 (0,17)
HCl
g
4,89
29,6
31,4
SO2
g
538
5130 (70)
3400 (50)
NOX
g
901 (3)
2650 (10)
1590
Blei
g
0,0077
0,154
0,107
Ökobilanz Papier
38
Cadmium
g
0,0013
0,0737
0,0439
Mangan
g
0,0025
0,0127
0,0154
Nickel
g
0,0557
1,64
1,06
Quecksilber
g
0,0177
0,0053
0,0052
Zink
g
0,0164
0,194
0,14
Metalle
g
1,59
15,5
13,2
Radioaktive Substanzen
kBq
113000
1220000
1890000
Aldehyde
g
77,9
Chlor
g
0,0077 (0,0077)
Mercaptane
g
1,6
Schwefelwasserstoff
g
3,71
Hauptprodukt
Recyclingpapier
Recyclingpapier
ohne Deinking
mit Deinking
Zeitungsdruckpapier
Wasserschadstoffe
Abwassermenge
m3
0,123 (0,123)
46,3 (45,5)
11,2 (11,2)
BOD
g
0,257 (0,009)
1630 (1550)
1710 (1710)
COD
g
9,2
8330 (6860)
7550 (7550)
AOX als Cl -
g
0,0036 (0,0023)
17,1 (1)
1,16 (1,15)
suspendierte Stoffe
g
292
4150 (2570)
3890 (2800)
Phenole
g
0,0904
0,543
0,347
Toluol
g
0,0842
0,452
0,288
PAH
g
0,0044
0,0495
0,0316
Aromatische KW
g
0,776
3,26
2,08
Chlorierte KW
g
0,00433
0,0036
0,0023
Fette/Öle
g
20,2
101
64,5
DOC
g
4,17
0,294
0,169
g
275
2950 (2900)
3220 (3190)
g
0,806
18,3 (7,3)
17,6 (8)
Nitrat NO3
g
791 (791)
837 (833)
16,8 (13,2)
Stickstoff org. gebunden
g
0,0944
0,486
0,292
Stickstoff gesamt
g
1,6
10,8
2,62
Arsen
g
0,0247
0,139
0,159
Chlorid
g
791
837
16,8
Cyanid
g
0,0018
0,0159
0,0109
Phosphat
g
0,724
24,3 (20,3)
26,8 (22,4)
Sulfat
g
180
8720 (7260)
10000 (8000)
Sulfid
g
0,0111
0,118
0,0767
TOC
+
Ammonium NH4
-
Ökobilanz Papier
39
Anorg. Salze und Säuren
g
302
10800
8470 (10)
Aluminium
g
12,3
70,3
81,8
Barium
g
1,81
14,7
12,1
Blei
g
0,0824
0,575
0,75
Cadmium
g
0,001
0,0086
0,0082
Chrom
g
0,151
0,705
0,791
Eisen
g
18
6504
81
Kupfer
g
0,0606
0,339
0,384
Nickel
g
0,0617
0,349
0,395
Quecksilber
g
0,000908
0,000207
0,000141
Zink
g
0,125
0,719
0,811
Metalle
g
3,41
31,8
24,7
Radioaktive Substanzen
kBq
1040
11200
17400
Chrom VI
g
P-Total
g
-
0,0091 (0,0091)
0,626 (0,626)
Recyclingpapiere
haben
im
0,957 (0,659)
Vergleich
zum
0,0104 (0,0104)
Zeitungsdruckpapier
hohen
prozessbedingten Anteil an NH3 und N20 Freisetzung
-
Belastung durch Chlor entsteht nur bei Recyclingpapier mit Deinking
-
große Unterschiede im absoluten Abwasseranfall, der jedoch immer komplett
prozessbedingt entsteht
-
Sulfat - und Phospat – Belastungen entstehen nur beim Recyclingpapier mit Deinking
und beim der Zeitungspapierherstellung, eine Nitratbelastung entsteht bei allen drei
Herstellungsprozessen
Endprodukt: Verpackungspapiere
Hauptprodukt
Kraftpapier
Kraftpapier
gebleicht
ungebleicht
Swisskraft
Luftschadstoffe
Staub/Partikel
g
2220 (200)
1790 (160)
283 (88)
Benzol
g
4,11
4,26
3,75
Polyzykl. Arom. KW
g
0,0863
0,0858
0,0902
Aromat. Kohlenwasserstoffe
g
6,63 (1,69)
4,6
2,43
Halon H 1301
g
0,0179
0,0221
0,004
Halogenierte KW
g
0,000519
0,000618
0,00006
Methan
g
2170
2430
1690
Ökobilanz Papier
40
Nicht-MethanKW
g
1310 (10)
1220
330
CO2
g
913000 (11000)
1080000 (10000)
633000 (1000)
CO
g
760
980
352
NH3
g
24,5 (23,7)
24.3 (23,7)
15,8 (15,7)
HF
g
4,15
2,46
0,663
N 2O
g
15,7 (3,3)
16,6 (3,3)
9,22 (2,01)
HCl
g
42,3
23,6
6,33
SO2
g
3780 (330)
2620 (100)
1210 (390)
NOX
g
4750 (20)
5130 (10)
1320 (10)
Blei
g
0,0702
0,069
0,0171
Cadmium
g
0,0135
0,015
0,0049
Mangan
g
0,0221
0,0186
0,0039
Nickel
g
0,545
0,618
0,151
Quecksilber
g
0,0212
0,0238
0,0184
Zink
g
0,223
0,221
0,0313
Metalle
g
13,1
9,35
2,45
Radioaktive Substanzen
kBq
1570000
1890000
204000
Aldehyde
g
522
Chlor
g
0,184 (0,184)
Mercaptane
g
10,7
Schwefelwasserstoff
g
39,6
22,5
2,12
Kraftpapier
Kraftpapier
Swisskraft
gebleicht
ungebleicht
Hauptprodukt
Wasserschadstoffe
Abwassermenge
m3
89,2 (13,9)
51,7 (13,9)
5,82 (0,04)
BOD
g
9210 (460)
767 (460)
77
g
42300 (1700)
11100 (1700)
2810
g
550
4,1
0,388
suspendierte Stoffe
g
3080 (500)
1230 (480)
456 (22)
Phenole
g
0,557
0,705
0,161
Toluol
g
0,484
0,604
0,143
PAH
g
0,0489
0,0604
0,0108
Aromatische KW
g
3,64
4,55
1,21
Chlorierte KW
g
0,007
0,0092
0,0049
Fette/Öle
g
108
136
32,9
DOC
g
3,66
5
4,09
TOC
g
277
375
283
COD
AOX als Cl
-
Ökobilanz Papier
41
Ammonium NH4+
g
9,11
9,95
1,64
Nitrat NO3
g
243 (238)
244 (238)
155 (155)
Stickstoff org. gebunden
g
0,885
0,804
0,172
Stickstoff gesamt
g
283
303
29,1
Arsen
g
0,234
0,129
0,0315
Chlorid
g
4200 (30)
3230
586
Cyanid
g
0,0163
0,0191
0,0037
Phosphat
g
6,81
3,65
0,916
Sulfat
g
2160
2020
286
Sulfid
g
0,117
0,144
0,0263
Anorg. Salze und Säuren
g
6020 (3880)
5330 (3060)
536 (22)
Aluminium
g
119
66,7
15,8
Barium
g
18,5
16,5
3,3
Blei
g
0,879
0,677
0,116
Cadmium
g
0,0144
0,0099
0,0019
Chrom
g
1,21
0,69
0,187
Eisen
g
79,9
64,9
21,7
Kupfer
g
0,576
0,311
0,0773
Nickel
g
0,588
0,324
0,0793
Quecksilber
g
0,00102
0,00121
0,000915
Zink
g
1,2
0,679
0,163
Metalle
g
37,7
36,4
6,87
Radioaktive Substanzen
kBq
14500
17500
1870
Chlorat
g
1780
Chrom VI
g
0,218 (0,218)
P-Total
g
51,3 (0,2)
13,5 (0,2)
1,37 (0,12)
-
-
Kraftpapier gebleicht fällt besonders dadurch auf, dass durch die Bleichung Chlor,
Chlorid, Chlorat sowie aromatische Kohlenwasserstoffe und Chrom VI freigesetzt
werden
-
bei Swisskraft entsteht besonders wenig Abwasser und die Freisetzung von
anorganischen Substanzen und Säuren beträgt nur 1 % der Werte der anderen
betrachteten Endprodukte
3.2 Karton und Pappe
Karton besteht im Gegensatz zu Papier aus mehreren Schichten, also einer Deckschicht, einer
Mittelschicht und einer Rückseite. Karton besteht aus Frisch- und Recyclingfaser, wobei der
jeweilige Anteil je nach Kartonsorte und Herstellung sehr unterschiedlich sein kann. Man
unterscheidet zwischen der integrierten und der nicht integrierten Produktion sowie zwischen
Ökobilanz Papier
42
gestrichenen und nicht gestrichenen Sorten. Alle folgenden Daten beziehen sich auf einen
Trockengehalt von 92% (t92).19
3.2.1
Graukarton (GK)
Graukarton wird nicht gestrichen und besteht aus Recyclingfasern und wenig Sulfitzellstoff.
Er wird im nicht integrierten Verfahren hergestellt. Es wurde ein Betrieb (CH) betrachtet.
Prozesse:
Zellstoffe, Altpapier und Hilfsstoffe werde in folgenden Prozessen weiterverarbeitet:
Auflösung/ Reinigung, Mischbütten/ Reinigung, Kartonmaschine (Rundsiebmaschine),
Kalander.
Einsatzmaterialien in kg
Suliftzellstoff ungebleicht (t90)
Altpapier (t90)
Aluminiumsulfat
Harzleim
Endprodukte
Graukarton
75,5
960,0
10,9
3,6
1000,0 kg
zu entsorgende Abfälle *
18,6 kg
Energieverbrauch pro 1000 kg Total 12.550,0 MJ
Tab. 3.2.1: Ökoinventar Graukarton (Quelle: BUWAL (1996) S. 254, Tab. 12.66 und S. 266, Tab. 12.72)
3.2.2
Duplex-, Triplex-Karton (GD/GT)
Duplex- und Triplex-Kartons werden gestrichen bestehen aus mehreren stofflich
unterschiedlichen
Lagen
(Recyclingfasern,
wenig
Sulfitzellstoff
gebleicht),
die
zusammengegautscht werden. Sie werden im nicht integrierten Verfahren hergestellt. Es
wurden 14 Betriebe (A, DH, D, GB, I, NL, SLO) betrachtet.
Prozesse:
Zellstoffe, Altpapier und Hilfsstoffe werden in folgenden Prozessen weiterverarbeitet:
Auflösung/ Reinigung, Mischbütten/ Reinigung, Kartonmaschine (Mehrrundsiebmaschine),
Streicherei/ Kalander.
Einsatzmaterialien in kg
Sulfitzellstoff gebleicht (t90)
Sulfitzellstoff ungebleicht (t90)
19
20,5
8,8
Endprodukte
Duplex/ Triplex-Karton 1000,0 kg
Alle Angaben in 3.2 basieren auf den Daten des BUWAL (1996) ab S. 249
Ökobilanz Papier
43
Holzschliff (t90)
Altpapier (t90)
Kaolin
Kalziumkarbonat fein
Aluminiumsulfat
synth. Binder
12,0
909,0
42,9
42,9
11,1
7,1
zu entsorgende Abfälle
122,2 kg
Energieverbrauch pro 1000 kg Total 12.550,0 MJ
Tab. 3.2.2: Inventar für Duplex-/ Triplex-Karton (Quelle: BUWAL (1996) S. 256, Tab. 12.67 und S. 266, Tab.
12.73)
3.2.3
Chromokarton (GC)
Chromokarton wird aus mehreren stofflich unterschiedlichen Lagen zusammengegautscht und
gestrichen. Er besteht aus Holzschliff, Sulfatzellstoff gebleicht und Sulfitzellstoff gebleicht
und wird im nicht integrierten Verfahren hergestellt (Ausnahme in Deutschland: integriertes
Verfahren). Es wurden acht 8 Betriebe (D, GB, S, SF) betrachtet.
Prozesse:
Zellstoffe, Altpapier und Hilfsstoffe werden in folgenden Prozessen weiterverarbeitet:
Auflösung/ Reinigung, Mischbütten/ Reinigung, Kartonmaschine (Mehrrundsiebmaschine),
Streicherei/ Kalander.
Einsatzmaterialien in kg
Nadelholz-Sulfatzellstoff gebl. (t90)
Sulfitzellstoff gebleicht (t90)
Holzschliff (t90)
Kaolin
Kalziumkarbonat fein
Aluminiumsulfat
Harzleim
synth. Binder
Stärke
andere
309,0
54,6
499,0
57,0
57,0
4,0
8,0
7,1
8,0
2,0
Energieverbrauch pro 1000 kg Total
Endprodukte
Duplex/ Triplex-Karton 1000,0 kg
Tallöl
7,1 kg
Terpentin
0,4 kg
Überschussenergie
0,2 GJ
zu entsorgende Abfälle
206,0 kg
41.880,0 MJ
Tab. 3.2.3: Inventar für Chromokarton (Quelle: BUWAL (1996) S. 258, Tab. 12.68 und S. 267, Tab. 12.74)
Ökobilanz Papier
44
3.2.4
Zellstoffkarton (GZ)
Zellstoffkarton wir im integrierten Verfahren hergestellt. Es besteht aus Sulfatzellstoff
gebleicht und wird gestrichen. Es wurde ein Betrieb (S) betrachtet.
Prozesse:
Holz wird in folgenden Prozessen weiterverarbeitet: Entrinden/ Hacken, Kocherei, Sortierung,
Bleicherei, Kartonmaschine (Rundsiebmaschine), Streicherei/ Kalander
Einsatzmaterialien in kg
Nadelholz (tocken)
Laubholz (trocken)
Kalziumoxid
Schwefelsäure
Natriumchlorat
Natronlauge
Sauerstoff
Schwefeldioxid
Stärke
Wasserstoffperoxid
Kaolin
synth. Binder
1.232,0
860,0
14,2
30,1
27,3
21,6
13,1
11,3
24,6
2,2
137,0
10,5
Endprodukte
Zellstoffkarton
1000,0 kg
zu entsorgende Abfälle
366,5 kg
Energieverbrauch 1000Kg Total 43.890,0 MJ
Tab. 3.2.4: Inventar für Zellstoffkarton (Quelle: BUWAL (1996) S. 260, Tab. 12.69 und S. 267, Tab. 12.75)
3.2.5
Liquid Packaging Board (LPB)
Liquid Packaging Board wird im integrierten Verfahren hergestellt und gestrichen. Der
Sulfatzellstoff ist zu 1/3 gebleicht und zu 2/3 ungebleicht. Es wurde ein Betrieb (S) betrachtet.
Prozesse:
Holz wird in folgenden Prozessen weiterverarbeitet: Entrinden/ Hacken, Kocherei, Sortierung,
Bleicherei, Kartonmaschine (Rundsiebmaschine), Streicherei/ Kalander
Einsatzmaterialien in kg
Nadelholz (tocken)
Laubholz (trocken)
Kalziumoxid
Schwefelsäure
1.564,0
335,0
9,0
7,7
Ökobilanz Papier
Endprodukte
Liquid Packaging Board
(t92)
Tallöl
Terpentin
1000,0 kg
32,0 kg
2,0 kg
45
Natriumchlorat
Natronlauge
Sauerstoff
Schwefeldioxid
Kaolin
synth. Binder
7,7
10,5
5,0
3,6
80,0
12,0
Energieverbrauch pro 1000 kg Total
Überschussenergie
1,9 GJ
zu entsorgende Abfälle
210,2 kg
36.370,0 MJ
Tab. 3.2.2: Inventar für Liquid Packaging Board (Quelle: BUWAL (1996) S. 262, Tab. 12.70 und S. 267, Tab.
12.76)
Endprodukt: Karton
Liquid Packaging
Hauptprodukt
Grau-
Duplex/Triplex
Chromo
Zellstoff
board
Karton GK
Karton GD/GT
Karton GC
Karton GZ
LPB
Luftschadstoffe
Staub/Partikel
g
494 (29)
202 (41)
2000 (90)
1370 (260)
890 (164)
Benzol
g
2,27
3,29
4,23
1,3
0,894
Poly. Arom. KW
g
0,009
0,073
0,0412
0,0083
0,0046
Aromat. KW
g
5,61
3,05 (0,09)
12,1 (0,4)
3,43 (0,66)
1,99
Halon H 1301
g
0,0507
0,0103
0,0704
0,025
0,019
Halogenierte KW
g
0,0000252
0,0000427
0,000428
0,000303
0,000404
Methan
g
892
1500
2420
671
444
Nicht-Methan KW g
1760
557
2790
1290
988
CO2
g
709000
612000 (3000)
1460000 (10000) 467000 (21000) 331000 (13000)
CO
g
348
329
777
3480
380
NH3
g
0,0944
0,191
27,6 (26,3)
81,4 (81)
0,277
HF
g
1,7
1,32
9,71
1,61
0,981
N2O
g
14,3
7,73
28,2 (3,7)
18,6 (11,4)
7,54
HCl
g
16,6
12,5
93,5
16,9
9,87
SO2
g
9900 (250)
2310 (130)
14800 (200)
3300 (390)
1760 (110)
NOX
g
2140
1190
4920 (10)
3960 (30)
2990 (10)
Blei
g
0,444
0,0857
0,618
0,0545
0,0504
Cadmium
g
0,251
0,0429
0,312
0,0101
0,0075
Mangan
g
0,0029
0,0055
0,0389
0,0152
0,0148
Nickel
g
5,17
0,93
6,74
0,508
0,461
Quecksilber
g
0,00284
0,0153
0,0193
0,0032
0,00184
Ökobilanz Papier
46
Zink
g
0,49
0,105
0,732
0,128
0,0965
Metalle
g
31,1
8,07
59,1
6,6
4,8
Radioaktive Sub.
kBq
83700
142000
1470000
996000
1250000
Aldehyde
g
315
Chlor
g
0,0632 (0,0632)
0,138 (0,138)
0,0389 (0,0389)
Mercaptane
g
6,49
H2S
g
17,7
11
40
Liquid Packaging
Hauptprodukt
Grau-
Duplex/Triplex
Chromo
Zellstoff
board
Karton GK
Karton GD/GT
Karton GC
Karton GZ
LPB
Wasserschadstoffe
Abwassermenge
m3
6,75 (5,01)
9,58 (8,31)
48,3 (24,7)
105
84,2 (0,2)
BOD
g
398 (360)
159 (128)
3530 (1010)
2720 (20)
4100
g
2460 (940)
2560 (1230)
18800 (4300)
28700 (100)
23100
g
0,0369
10,3
174
200
40
susp. Stoffe
g
741 (56)
384 (15)
2630 (730)
575 (94)
809 (24)
Phenole
g
1,52
0,341
2,13
0,741
0,562
Toluol
g
1,25
0,29
1,76
0,624
0,473
PAH
g
0,139
0,028
0,192
0,0684
0,0521
Aromatische KW
g
9,03
2,21
12,7
4,49
3,4
Chlorierte KW
g
0,00931
0,0051
0,0141
0,0048
0,0035
Fette/Öle
g
280
65,6
394
140
107
DOC
g
0,0256
10,4 (7,2)
300 (299)
0,415
0,311
g
84,5
230
194
58,8
8330
Ammonium NH4
g
11,2
2,76
18,9
9,03
8,03
Nitrat NO3-
g
7,05
2,06
279 (265)
820 (815)
4,12
Stickstoff org. geb.
g
1,13
0,287
1,71
0,861
0,675
Stickstoff gesamt
g
10,9
3,16
88,9
7,69
266
Arsen
g
0,0363
0,0607
0,411
0,0965
0,058
Chlorid
g
5730
1350
9650 (10)
4030 (10)
2660
Cyanid
g
0,0412
0,0092
0,0622
0,0208
0,0157
Phosphat
g
0,939
1,77
11,9
2,73
1,59
Sulfat
g
316
322
2830
1250
1240
Sulfid
g
0,326
0,0669
0,457
0,163
10,1
Anorg. Salze
g
14600 (10500) 1070 (10)
7250 (340)
3050 (790)
1880 (180)
Aluminium
g
14,2
202
48,1
30,2
COD
AOX als Cl
-
TOC
+
29,6
Ökobilanz Papier
47
Barium
g
27,6
7,7
52,8
16,7
12,1
Blei
g
0,098
0,177
1,29
0,425
0,377
Cadmium
g
0,0122
0,0039
0,0273
0,0089
0,0067
Chrom
g
0,228
0,331
2,11
0,501
0,304
Eisen
g
23,5
30,2
283
23,7
15,4
Kupfer
g
0,0883
0,15
1,01
0,235
0,139
Nickel
g
0,0997
0,153
1,04
0,245
0,146
Quecksilber
g
0,000106
0,000738
0,000609
0,000207
0,000141
Zink
g
0,234
0,314
2,13
0,512
0,316
Metalle
g
66,4
16,2
113
38,4
28,6
Radioaktive Sub.
kBq
776
1300
13500
9170
11400
Chlorat
g
411
100
40
Chrom VI
g
0,0747 (0,0747) 0,163 (0,163) 0,046 (0,046)
P-Total
g
12,6 (0,3)
-
0,77 (0,77)
40
insgesamt große Unterschiede bei der anfallenden Abwassermenge bei den fünf
betrachteten Kartonsorten
-
sehr hoher DOC – Anteil beim GD/GT und GC
-
Nitrat – Anfall auffällig bei GC und GZ
-
Belastung durch anorganische Salze und Säuren nur durch GK, GC und LPB
3.3 Wellkarton
Bei Wellkarton20 kann zwischen einseitigem, ein-, zwei-, oder dreiwelligem Wellkarton
unterschieden werden. Die einzelnen Schichten bestehen aus Wellkartonrohpapieren, die aus
Recycling- und Frischfasern hergestellt werden. Meistens ist der Recyclinganteil sehr hoch
ist, so dass über 75% des Rohstoffbedarfs21 mit Papiersorten auf Altpapierbasis gedeckt
werden. Die angegeben Sorten stellen keine genormten Rezepturen dar, sondern eine
Durchschnittliche Zusammensetzung.
20
21
Alle Angaben in 3.3 basieren auf den Daten des BUWAL (1996) ab S. 249
http://www.wellpappen-industrie.de/pw/pw_we_1.htm, 24.06.2003
Ökobilanz Papier
48
3.3.1
Recycling-Wellkartonrohpapiere
Zu den Recycling-Wellkartonrohpapieren gehören Testliner, Schrenz und Wellenstoff. Es
wurden vier Betriebe (CH) betrachtet. Schrenz ist einfachstes Packpapier, das aus
unsortiertem Altpapier hergestelltes wird. Testliner und Schrenz werden als Deckschicht
verwendet, Wellenstoff als mittlere, gewellte Schicht.
Prozesse:
Schrenz
Das Altpapier durchläuft die folgenden Prozesse: Altpapiersammlung22, Stoffauflösung/
Reinigung, Papiermaschine (Einfache Rundsiebmaschine).
Testliner
Das Altpapier durchläuft die folgenden Prozesse: Altpapiersammlung23, Stoffauflösung/
Reinigung, Papiermaschine (Einfache Rundsiebmaschine).
3.3.2
Neufaser-Wellkartonrohpapiere
Zu den Neufaserrohpapieren zählen Fluting (ein Betrieb, S) und Kraftliner (drei Betriebe, S,
A). Kraftliner kann allerdings aus verschiedenen Fasersorten bestehen und sowohl Frisch- als
auch Recyclingfasern enthalten.
Prozesse:
Fluting
Zur Fluting Herstellung durchläuft Laubholz die folgenden Prozesse: Entrinden/ Hacken,
Kocherei, Refiner, Papiermaschine.
Kraftliner braun
Zur Kraftliner braun Herstellung durchläuft Holz die folgenden Prozesse: Entrinden/ Hacken,
Kocherei, Sortierung, Mischbütten (+ Altpapier aus Altpapieraufbereitung), Papiermaschine.
Kraftliner white top
22
Für detaillierte Annahmen siehe BUWAL (1996), S. 269
Ökobilanz Papier
49
Zur Herstellung des Kraftliner white top durchläuft Holz die folgenden Prozesse: Entrinden/
Hacken, Kocherei, Sortierung, Bleicherei, Mischbütten, Papiermaschine, Streicherei/
Kalander.
3.3.3
Recyclingfaser-Wellkarton
Zusammensetzung:
Recyclingfaser 1: 67% Testliner, 33% Wellenstoff
Recyclingfaser 2: 67% Schrenz, 33% Wellenstoff
Recyclingfaser 1
Einsatzmaterialien in kg
Testliner (t92)
Wellenstoff (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
Borax
700,0
345,0
26,5
1,5
0,3
Endprodukte
Wellkarton Recyclingfaser 1
(t92)
Verwertbare Abfälle:
Wellkartonausschuss
zu entsorgende Abfälle
Energieverbrauch pro 1000 kg Total
1000,0 kg
64,1 kg
97,9 kg
16.000,0 MJ
Tab. 3.3.3a: Inventar für Recyclingfaser-Wellkarton 1 (Quelle: BUWAL ( 1996) S. 290, Tab. 12.91 und S. 310,
Tab. 12.107)
Recyclingfaser 2
Einsatzmaterialien in kg
Schrenz (t92)
Wellenstoff (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
Borax
700,0
345,0
26,5
1,5
0,3
Endprodukte
Wellkarton Recyclingfaser 2
(t92)
Verwertbare Abfälle:
Wellkartonausschuss
zu entsorgende Abfälle
Energieverbrauch pro 1000 kg Total
1000,0 kg
64,1 kg
84,9 kg
14.530,0 MJ
Tab. 3.3.3b: Inventar für Recyclingfaser-Wellkarton 2 (Quelle: BUWAL (1996) S. 292, Tab. 12.92 und S. 311,
Tab. 12.108)
3.3.4
Neufaser-Wellkarton
Zusammensetzung:
Neufaser: 67% Kraftliner braun, 33% Fluting
23
Für detaillierte Annahmen siehe BUWAL (1996), S. 269
Ökobilanz Papier
50
Einsatzmaterialien in kg
Kraftliner braun (t92)
Fluting (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
Borax
Endprodukte
Wellkarton Frischfaser (t92)
Überschussenergie
700,0
345,0
26,5
1,5
0,3
Energieverbrauch pro 1000 kg Total
1000,0 kg
0,1 GJ
Verwertbare Abfälle:
Wellkartonausschuss
64,1 kg
24.510,0 MJ zu entsorgende Abfälle
34,7 kg
Tab. 3.3.4: Inventar für Neufaser-Wellkarton (Quelle: BUWAL (1996) S. 294, Tab. 12.93 und S. 311, Tab.
12.109)
3.3.5
Gemischtfaser-Wellkarton
Zusammensetzung:
Gemischt 1: 34% Kraftliner braun, 33% Wellenstoff, 33% Testliner
Gemischt 2: 34% Kraftliner white top, 33% Wellenstoff, 33% Testliner
Gemischt 3 Doppelwelle: 20% Kraftliner braun, 20% Schrenz, 40% Wellenstoff, 20%
Testliner
Wellkarton gemischt 1
Einsatzmaterialien in kg
Kraftliner braun (t92)
355,0
Wellenstoff (t92)
Testliner (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
Borax
345,0
345,0
26,5
1,5
0,3
Endprodukte
Wellkarton gemischt 1
(t92)
Tallöl
Terpentin
Überschussenergie
1000,0 kg
9,8 kg
0,9 kg
0,4 GJ
Verwertbare Abfälle:
Wellkartonausschuss
64,1 kg
zu entsorgende Abfälle
79,2 kg
Energieverbrauch pro 1000 kg Total 17760 MJ
Tab. 3.3.5a: Inventar für Gemischtfaser-Wellkarton 1 (Quelle: BUWAL (1996) S. 296, Tab. 12.94 und S. 311,
Tab. 12.110)
Wellkarton gemischt 2
Einsatzmaterialien in kg
Kraftliner white top (t92)
Wellenstoff (t92)
Testliner (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
355,0
345,0
345,0
26,5
1,5
Endprodukte
Wellkarton gemischt 2
(t92)
Tallöl
Terpentin
Überschussenergie
Ökobilanz Papier
1000,0 kg
12,8 kg
0,9 kg
0,6 GJ
51
Borax
0,3
Verwertbare Abfälle:
Energieverbrauch pro 1000 kg Total 24390 MJ Wellkartonausschuss
zu entsorgende Abfälle
64,1 kg
98,1 kg
Tab. 3.3.5b: Inventar für Gemischtfaser-Wellkarton 2 (Quelle: BUWAL (1996) S. 298, Tab. 12.95 und S. 312,
Tab. 12.111)
Wellkarton gemischt 3 Doppelwelle
Einsatzmaterialien in kg
Kraftliner (t92)
Schrenz (t92)
Wellenstoff (t92)
Testliner (t92)
Maisstärke
Natronlauge (30%)
Borax
209,0
209
418,0
209,0
26,5
1,5
0,3
Endprodukte
Wellkarton gemischt 3 DW 1000,0 kg
(t92)
Tallöl
5,7 kg
Terpentin
0,5 kg
Überschussenergie
0,3 GJ
Verwertbare Abfälle:
Wellkartonausschuss
64,1 kg
zu entsorgende Abfälle
83,7 kg
Energieverbrauch pro 1000 kg Total 16630 MJ
Tab. 3.3.5c: Inventar für Gemischtfaser-Wellkarton 3 Doppelwelle (Quelle: BUWAL (1996) S. 300, Tab. 12.96
und S. 312, Tab. 12.112)
Endprodukt: Wellkarton
Hauptprodukt
Wellkarton
Wellkarton
Wellkarton
Recycling 1
Frischfaser
gemischt
Luftschadstoffe
Staub/Partikel
g
155 (4)
642 (122)
347 (17)
Benzol
g
2,76
1,96
2,25
Polyzykl. Arom. KW
g
0,0589
0,0215
0,0436
Aromat. Kohlenwasserstoffe
g
2,77
3,77
2,61
Halon H 1301
g
0,0096
0,026
0,0122
Halogenierte KW
g
0,000402
0,000121
0,000309
Methan
g
1260
1090
1030
Nicht-Methan KW
g
580
1120
665
CO2
g
522000
644000 (4000)
467000 (1000)
CO
g
392
755
365
NH3
g
229 (229)
156 (150)
191 (191)
HF
g
1,42
2,28
1,32
N 2O
g
39,7 (33,2)
26,5 (22,1)
34,2 (27,9)
HCl
g
13,1
23,3
12,7
Ökobilanz Papier
52
SO2
g
1430
2810 (440)
1500 (50)
NOx
g
1370 (10)
3010 (10)
1730 (10)
Blei
g
0,0539
0,0478
0,0522
Cadmium
g
0,0227
0,0132
0,0186
Mangan
g
0,0066
0,0112
0,0084
Nickel
g
0,545
0,462
0,517
Quecksilber
g
0,013
0,009
0,0099
Zink
g
0,269
0,325
0,274
Metalle
g
6,46
8,36
6,1
Radioaktive Substanzen
kBq
1150000
403000
1090000
Schwefelwasserstoff
g
0,0418 (0,0418)
9,04
17,8
Wellkarton
Wellkarton
Wellkarton
Recycling 1
Frischfaser
gemischt
Hauptprodukt
Wasserschadstoffe
Abwassermenge
m3
6,71 (6,71)
13,8 (0,1)
11,2 (4,5)
BOD
g
261 (261)
2610 (60)
2890 (190)
COB
g
1490 (1490)
11100 (300)
6590 (1080)
AOX als Cl -
g
0,0152 (0,0082)
0,0244 (0,0055)
0,0158 (0,0069)
Suspendierte Stoffe
g
612 (292)
1740 (140)
1080 (240)
Phenole
g
0,306
0,784
0,378
Toulol (C7H8)
g
0,267
0,661
0,325
PAH
g
0,0263
0,0712
0,0336
AromatischeKW
g
2,02
4,8
2,41
Chlorierte KW
g
0,0044
0,0061
0,0041
Fette/Öle
g
60,2
147
73,2
DOC
g
2,62
1,31
1,93
TOC
g
208 (20)
152 (20)
167 (20)
Ammonium
g
4,87
10,4
5,49
Nitrat
g
2310 (2310)
1520 (1520)
1930 (1930)
Stickstoff org. geb.
g
0,418
0,787
0,484
Stickstoff gesamt
g
9,62 (6,26)
96
32,2 (4,1)
Arsen
g
0,0681
0,096
0,065
Chlorid
g
1590 (270)
13200
1860 (180)
Cyanid
g
0,0083
0,0235
0,0105
Phosphat
g
1,97 (0,05)
2,8 (0,05)
1,86 (0,05)
Sulfat
g
1670 (510)
817
1460 (340)
Sulfid
g
0,0609
0,167
0,0779
Anorg. Salze u. Säuren
g
1570 (530)
8890 (400)
1700 (470)
Ökobilanz Papier
53
Aluminium
g
35,8
46,5
33,9
Barium
g
7,58
17,3
8,85
Blei
g
0,385
0,311
0,365
Cadmium
g
0,0048
0,0085
0,0054
Chrom
g
0,362
0,509
0,344
Eisen
g
40,4
100
36,9
Kupfer
g
0,165
0,236
0,157
Nickel
g
0,17
0,245
0,163
Quecksilber
g
0,000649
0,000422
0,000451
Zink
g
0,357
0,507
0,343
Metalle
g
16,6
38,9
20
Radioakt. Substanzen
g
105000
3710
9950
Molybdän
g
0,252 (0,252)
P-Total
g
2,82 (2,82)
-
0,157 (0,157)
3,61 (1,54)
6,54 (2,28)
Recycling –Wellkarton hat keine prozessbedingten CO2 – Emissionen, aber die
gesamte Abwassermenge fällt durch Prozesse an
-
Ammoniak und Lachgas (als Luftemission) und Nitrat (im Wasser) entstehen
ausschließlich prozessbedingt
Ökobilanz Papier
54
4. Fazit – Auswirkungen der Schadstoffe auf die Umwelt
Bei der Papierherstellung fallen unterschiedliche Luft- und Wasserschadstoffe an. Die
Auswirkungen der Schadstoffe sollen im Folgenden kurz betrachtet werden. Bei den
Luftschadstoffen sind vor allem klimawirksame Gase, wie Distickstoffoxid (N2O),
Schwefeldioxid (SO2) oder NOx gegenwärtig. Auch Kohlendioxid, Kohlenwasserstoff und
Staub sind gewichtige Bestandteile der Schadstoffe.
Schwefeldioxid (SO2) ist z.B. an der Ozonbildung und an der Entstehung von Saurem Regen
beteiligt. Der Saure Regen ruft vor allem Wald- und Gebäudeschäden hervor. Überdies
verursacht Schwefeldioxid und auch NOx Reizungen der Atemwege beim Menschen und
wirkt bei hohen Konzentrationen und über einen längeren Zeitraum tödlich. Die
Kohlenwasserstoffe können z.T. karzinogen wirken.
Nitrate, Phosphate und Stickstoffe weisen bei den Wasserschadstoffen einen hohen Anteil auf.
Des weiteren ist auch biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB-Wert) und der chemische
Sauerstoffbedarf
(CSB-Wert)
zu
beachten,
die
wesentliche
Parameter
zur
Schadstoffkonzentrationsmessung darstellen. Insbesondere Phosphate und Nitrate begünstigen
das Algenwachstum in vor allem stehenden oder langsam fließenden Gewässern. Ein starkes
Algenwachstum führt zu Sauerstoffmangel im Gewässer, wodurch dieses „umkippt“ und die
darin lebenden Tiere etc. vernichtet.
Ökobilanz Papier
55
Literatur:
Brockhaus (Hrsg.). (2000) Der Brockhaus in drei Bänden, Mannheim: F. A. Brockhaus
GmbH, Sonderausgabe für den Weltbild Verlag GmbH, Augsburg,
Brockhaus (Hrsg.). (1989). Naturwissenschaft und Technik, Band 4. Mannheim: F. A.
Mannheim.
BUWAL (Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft) (1996): Ökoinventare für
Verpackungen. In Schriftenreihe Umwelt, 2 Bände, Nr. 250-D
Foerst, W. (1962): Ullmans Encyklopädie der technischen Chemie, Band 13, 3. Auflage,
München
Foerst, W. (1962): Ullmans Encyklopädie der technischen Chemie, Band 17, 3. Auflage,
München
McGraw-Hill (Hrsg.). (1997). Encyclopedia of Science and Technology (8. Auflage).
Römp (Hrsg.). (1998). Lexikon Chemie (10. Auflage). Stuttgart: Georg Thieme Verlag.
Schuh, F. (Hrsg.). (1980). Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik.
München: Verlag Moderne Industrie.
Schüler Duden - Die Chemie (1998), Bibliographisches
Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim
Verband Deutscher Papierfabriken (Hrsg.). (2003). Papiermachen. Bonn: Verband Deutscher
Papierfabriken.
Verband Deutscher Papierfabriken e.V., Papierkompass (2003),
www.vpd-online.de, 12.07.2003.
Verband der Wellpappen-Industrie e.V. (2003)
www.wellpappen-industrie.de/pw/pw_we_1.htm, 24.06.2003
Ökobilanz Papier
56
Zellstoffherstellung
BLEICHEREI
WALD
ENTRINDEN
HACKEN
KOCHEREI
SORTIERUNG
ENTWÄSSERUNG
TROCKNUNG
SÄGEREI
RESTHOLZ
zur Zellstoffaufbereitung
zur Kartonherstellung(s.5/6)
Zellstoffaufbereitung
ENTSTIPPER
PULPER
REFINER
MISCHBÜTTE
ENTKLUMPER
REINIGUNG
Holzschliff/Altpapier
(optional)
Zur Papiermaschine
Papiermaschine
LEIMPRESSE
(optional)
TROCKNER
(optional)
STREICHEN
(optional)
TROCKNEN
(optional)
GLÄTEN
SATINIERUNG
(optional)
SIEB
PRESSE
TROCKNEN
KÜHLEN
GLÄTTEN
AUFROLLEN
Zur Weiterverarbeitung/Gebrauch
Kartonherstellung
integrierte Kartonherstellung
ZELLSTOFF AUS
PAPIERPROZESS
KARTONMASCHINE
zur Weiterverarbeitung/
Gebrauch
nicht integrierte Kartonherstellung
ZELLSTOFFE
ALTPAPIER
HILFSSTOFFE
AUFLÖSUNG
REINIGUNG
MISCHBÜTTE
REINIGUNG
KARTONMASCHINE
AUSRÜSTUNG
Weiterverarbeitung/Gebrauch
Eigene Grafiken, basierend auf Ullmann, Band 17; Buwal