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Häufiger rezyklierbar als gedacht

Die deutsche Papierindustrie nutzt die Fasern zur Papierherstellung durch umfassendes Recycling mehrfach im Kreislauf. Damit trägt sie wesentlich zur Nachhaltigkeit bei. Aber wie oft lassen sich Fasern wiederaufbereiten? Ein Forschungsprojekt an der Technischen Universität Darmstadt brachte erstaunliche Ergebnisse.

Frederic Kreplin, M.Sc.PMV, TU Darmstadt

Wie häufig kann eine Papierfaser rezykliert werden? Die häufigsten Antworten auf diese Frage liegen im Bereich von vier bis sieben Mal. Eine Faser wird statistisch betrachtet heute in Europa circa vier Mal wiederverwendet, bevor sie aus dem Recyclingkreislauf ausgeschleust wird. Dies geschieht einerseits, weil nicht alle Fasern im Recyclingsystem eingesammelt werden, andererseits werden in der Stoffaufbereitung Fasern mit Verunreinigungen aussortiert. Es kann also passieren, dass eine Faser nach der ersten Nutzung bereits ausgeschleust wird. Eine andere Faser kann aber schon deutlich häufiger rezykliert worden sein. Wie häufig eine Faser bereits rezykliert wurde, lässt sich aktuell nicht bestimmen. Diese statistische Betrachtung beantwortet allerdings nur die Frage, wie häufig eine Faser aktuell rezykliert wird, aber nicht, wie häufig eine Faser rezykliert werden könnte.

Daher führen aktuell im Rahmen des Projektes „Mehrfachrecycling von Wellpappe“ Wissenschaftler am Fachgebiet für Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV) der TU Darmstadt eine Studie zu diesem Thema durch. Deren Ziel ist es abzuschätzen, wie häufig eine Faser rezykliert werden kann. Wellpappe ist dafür ein gutes Beispiel, da sie in der Regel aus Recyclingpapieren hergestellt wird und die Wellpappe auch wieder zu Wellpappenrohpapier verarbeitet wird.

Was passiert, wenn Wellpappenrohpapier mehrfach rezykliert wird?

Mit dieser Frage beschäftigten sich die Forscher im ersten Arbeitsschritt der Studie. Sie verwendeten fünf verschiedene Papiere und eine repräsentative Mischung für den Einsatz in der Wellpappenrohpapierherstellung in Deutschland. Die Papiere wurden zerfasert, die Suspensionseigenschaften bestimmt, Laborblätter gebildet und auf Festigkeitseigenschaften geprüft (siehe Grafik). Anschließend wurden die Laborblätter wieder zerfasert und diese Prozedur bis zu 25 Mal wiederholt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fasern auch nach bis zu 25 Recyclingzyklen noch für die
Papierproduktion geeignet sind. Der Schopper-Riegler-Wert steigt zwar im Verlauf der Zyklen an, die Fasern werden aber nicht, wie oft vermutet, gekürzt. Im Verlauf der Untersuchungen wurden Füllstoffe ausgewaschen. Dies wirkte sich teilweise sogar festigkeitssteigernd aus.

Diese Erkenntnisse unterstützen auch Untersuchungen aus den 1970er und 1990er Jahren. Hierbei zeigte sich bereits für grafische Papiere, dass die Fasern häufiger als anfangs angegeben rezykliert werden können. Bis zu zwölf Mal wurden Fasern damals rezykliert. Die Fasern verloren in den ersten zwei bis drei Zyklen an Festigkeit, die Werte pendelten sich aber nach drei Zyklen auf einem konstanten Niveau ein. Die Versuche wurden meist wegen Faserverlusten durch die Aufbereitungsschritte abgebrochen. Die Faserqualität war jedoch noch ausreichend, um Papier herzustellen.

Welchen Einfluss hat der Einsatz von Stärke beim Mehrfachrecycling?

Im zweiten Schritt untersuchten die Forscher an der TU Darmstadt, wie sich der Stärkeeinsatz im Mehrfachrecycling auswirkt. Hierzu führten sie zwei Versuchsreihen durch. Zunächst wurde ein Testliner 3 zu Laborblättern verarbeitet und in jedem Zyklus Stärke mit einer Laborleimpresse aufgetragen. In der zweiten Versuchsreihe wurde Massestärke bei der Laborblattbildung eingesetzt. Die Ergebnisse der Suspensionsprüfung zeigen auch hier keine Schädigung oder Kürzung der Fasern. Die Festigkeitswerte sind wie erwartet höher als bei der Probe ohne Stärkeeinsatz.

Schadet die Wellpappenherstellung den Fasern?

Im dritten Schritt betrachteten die Wissenschaftler den Einfluss der Wellpappenherstellung genauer. Hierzu untersuchten sie Proben aus industriell hergestellter Wellpappe und den dazugehörigen unverarbeiteten Wellpappenrohpapieren. Die Wellpappenrohpapiere mischten sie mengenmäßig so, dass sie der Zusammensetzung der Wellpappe entsprechen. Die Wellpappen und die Rohpapiermischungen wurden jeweils zerfasert und zu Laborblättern verarbeitet. Wie in den vorherigen Arbeitsschritten wurden die Suspensions- und Festigkeitskennwerte bestimmt. Der direkte Vergleich der Laborblätter lässt Rückschlüsse über den Einfluss der Wellpappenherstellung auf das Recyclingverhalten zu.

Zusätzlich konnten im Technikum von BHS Corrugated Wellungsversuche unter verschiedensten Bedingungen durchgeführt werden. Variiert wurden Temperatur der Vorheizer, Anpressdruck der Riffelwalze und Geschwindigkeit der Wellenbildung. Auch diese Proben wurden zu Laborblättern verarbeitet und geprüft. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt bisher keine starke Veränderung der Fasern und Festigkeitswerte der Laborblätter. Insgesamt wurden für die bisher beschriebenen Untersuchungen am PMV mehr als 12.000 Laborblätter gebildet.

Pilotversuche stehen noch aus

Abschließend soll auf der Versuchspapiermaschine des PMV Wellpappenrohpapier mehrfach rezykliert werden. In den beschriebenen Laboruntersuchungen können viele Einflüsse der industriellen Papierproduktion nicht nachgestellt werden. Daher sollen diese Versuche im Pilotmaßstab diese Einflüsse einbeziehen und die Erkenntnisse der vorherigen Arbeitsschritte bestätigen.