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| Abb. 1: Die CTC-Technologie ist ein bedeutender Teil der Integrated EcoMill. |
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| Abb. 2: Die Amortisationszeit einer CTC-Anlage liegt zwischen vier und sechs Jahren. |
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| Abb. 3 + 4: In Duiven, Niederlande, werden jährlich bis zu 200.000 t Papierschlamm zu reaktiven Mineralien verarbeitet. |
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| 06.02.2012 - Ausgabe: Papier + Technik 01/2012 |
Umwandlung von Schlamm in wertvolle Mineralien und Energie
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Erhöhte Wertschöpfung
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Die CTC-Technologie ist ein Prozess zur Umwandlung von Papierschlamm in wertvolle mineralische Produkte sowie thermische Energie. Dadurch ist es gelungen, sowohl die kostenintensive Reststoffentsorgung als auch den Energieverbrauch zu minimieren.
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Bei der Altpapieraufbereitung entstehen heute weltweit über 25 Mio. t Papierschlamm. Die Tendenz steigt, da Recyclingfasern bei immer mehr und immer höherwertigeren Papieren eingesetzt werden. Dies führt zu stärkeren Anforderungen an die Faserqualität, die nur durch eine höhere Ausschleusrate beim Aufbereitungsprozess erreicht werden kann. Die Folge: mehr Papierschlamm.
Wurden früher große Mengen an Schlamm deponiert oder als mineralischer Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt, so wird er heute hauptsächlich in Kraftwerken mit Wirbelschichttechnologie verbrannt und damit Dampf bzw. Strom erzeugt. Der dabei entstehende ‧Heizwert ist jedoch niedrig. Zudem fallen hier immer noch etwa 25 % des eingesetzten Schlammes als
Asche an, die wiederum Entsorgungskosten verursacht.
CTC verschafft Schlamm mehr Wert
Mit der CTC-Technologie ist es nun gelungen, den Papierschlamm in reaktive Mineralien und thermische Energie umzuwandeln. CTC steht dabei für „Controlled Thermal Conversion“. Die kontrolliert erzeugten Mineralien weisen eine große reaktive Oberfläche auf und eignen sich dadurch unter anderem hervorragend als hydraulische Bindemittel in unterschiedlichen Industrien. Damit können z. B. zementähnliche Stoffe erzeugt werden. Durch die CTC-Technologie wird somit aus dem anfallenden Schlamm ein verkaufsfähiges Produkt erzeugt. Darüber hinaus entstehen Strom und Dampf, die in der Papierfabrik verwendet werden können. Die zu entsorgenden Reststoffmengen und damit die Entsorgungskosten reduzieren sich deutlich.
Die CTC-Technologie ist ein weiterer wichtiger Baustein der Integrated EcoMill (IEM) von Voith Paper, die eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Papierfabrik darstellt (Abb. 1). Entwickelt wurde die Technologie von ‧Experten der niederländischen MinPlus – CDEM Gruppe, die auf Schlammverwertung spezialisiert ist. Im Januar 2011 hat Voith Paper die Technologie inklusive der Patente übernommen. Anhand einer „full scale“-Pilotanlage mit einer Kapazität von bis zu 200 000 t/Jahr wurde der Prozess dieser Technologie verfeinert und zur industriellen Einsatzreife gebracht. Seit 2007 werden an der Pilotanlage Schlämme von mehreren Papierfabriken verarbeitet. Der CTC-Prozess hat sich dabei bewährt und erwies sich als äußerst stabil.
Herausgelöste Mineralien sind deutlich reaktiver
Beim CTC-Verfahren findet der Verbrennungsprozess im Wirbelschichtverfahren kontrolliert bei exakt der definierten Verbrennungstemperatur statt. Dabei werden die im Schlamm enthaltenen Minerale dehydriert: Kaolin wird in Metakaolin umgewandelt, das deutlich reaktiver ist. Dem Kalziumkarbonat wird ein Teil des Karbonats entzogen. Dies entspricht dem Prozess des Kalk- bzw. Zementbrennens.
Die so hergestellten Mineralien haben hohe pozzolanische Eigenschaften, d. h. sie wollen mit Wasser und Kalzium reagieren, um eine feste Struktur zu bilden. Sie können daher gut zu Zement zugemischt werden, da sie die Bindungs-und Festigkeitseigenschaften von konventionellem Zement aufbessern. Andere Einsatzgebiete sind Adsorptionsprozesse in flüssiger und gasförmiger Phase, wie z. B. die Bindung von Schwermetallen. Hierbei wirken die Mineralien mit ihren großen reaktiven Oberflächen als Sorptionsmittel. Damit sind nur zwei der bisher bekannten Anwendungsbereiche dieser reaktiven Mineralien aufgezeigt. Potenzial für weitere Anwendungsgebiete ist vorhanden.
Durch die niedrige Verbrennungstemperatur bleibt ein wesentlicher Teil des Karbonats erhalten und der Ausstoß am Treibhausgas Kohlendioxid wird somit verringert. Auch reicht der niedrige Heizwert des Papierschlamms aus, um den CTC-Prozess ohne Zufeuerung zu betreiben.
Mehrjährige Erfahrung durch Pilotanlage
Seit 2007 werden in der Pilotanlage in den Niederlanden jährlich rund 200 000 t Schlämme aus mehreren Papierfabriken verarbeitet und dabei über 50 000 t an reaktiven Mineralien hergestellt. Da es sich hier um einen exothermen Prozess handelt, werden mittels Dampfturbine gleichzeitig über 6 MW Strom erzeugt. Die spezifische Stromerzeugung beträgt 120 kWh pro Tonne Schlamm.
Für den optimalen Betrieb eines CTC-Prozesses muss die Schlammzusammensetzung bekannt sein. Über die Jahre wurde sehr viel Wissen und Erfahrung über den Einfluss der Schlammzusammensetzung auf die Verbrennungsbedingungen aufgebaut. Grundlage hierfür ist eine Datenbank mit mehr als 200 verschiedenen Schlammsorten aus aller Welt sowie das eigens entwickelte Messverfahren zur Analyse der Zusammensetzung und der Verbrennungseigenschaften.
Interessierte Papierfabriken können ihren Papierschlamm bei Voith Paper an der Pilotanlage verarbeiten und das dabei gewonnene Mineral auf Produkteigenschaften untersuchen lassen. Außerdem kann die gewonnene Energie ermittelt werden.
Referenzanlagen ermöglichen individuelle Anpassung
Voith Paper bietet CTC-Anlagen weltweit an. Dazu wurden Referenzbaugrößen entwickelt, die an die Bedürfnisse der Kunden individuell angepasst werden können. Die größten Anlagen verarbeiten bis zu 200 000 t Schlamm pro Jahr. Die kleinste Baugröße ist für rund 50 000 t ausgelegt und bietet sich damit auch für mittlere und kleinere Fabriken an.
Als Modul der Integrated EcoMill trägt die CTC-Technologie dazu bei, die Gesamtökobilanz einer Papierfabrik nachhaltig zu verbessern. Weit häufiger jedoch bietet sich eine CTC-Anlage zur Nachrüstung in vorhandenen Papierfabriken an. Dafür hat Voith ein komplettes Paket entwickelt, bei dem – vom Vorprojekt über die Anlagenplanung bis hin zur gesamten Installation und Inbetriebnahme – alles aus einer Hand kommt. Die Investitionskosten liegen zwar höher als bei konventionellen Verbrennungskraftwerken, jedoch ist die Wirtschaftlichkeit durch den Erlös für die Mineralien in kürzester Zeit gegeben. Zudem ist die Ökobilanz durch die Reduzierung des Kohlendioxidausstoßes wesentlich besser.
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