Papier, Pappe, Kartonagen (PPK)

Rohstoffe/Werkstoffe

Papier besteht überwiegend aus pflanzlichen Fasern. Um den Werkstoff herzustellen, werden Naturfasern verfilzen. Dies geschieht, indem Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern ausgebildet werden und sich dadurch flexible, feste Bindungen bilden, die auch Eigenverklebung genannt werden. Bei der Papierproduktion besteht die Faustregel: „Je länger die Fasern, desto besser die Qualität des Papiers.“ Papier wird entweder aus Holzstoff oder aus Zellstoff hergestellt, bei deren Produktion das Holz unterschiedlich aufbereitet wurde. Die eingesetzten Fasern unterscheiden, ob das produzierte Papier als holzfreies Papier (Zellstoff) oder als holzhaltiges Papier (aus Holzstoff) klassiert wird. Bei Holzstoff wird das Holz mechanisch aufbereitet und unter Wasserzugabe zerfasert . Holzstoff enthält einen hohen Anteil an Lignin. Refiner-Holzstoff wird bei dem mechanischen Holzaufschlussverfahren hergestellt, indem Holz gegen zwei rotierende Schleifsteine gepresst wird und somit zu Fasern verschliffen wird. Eine andere Möglichkeit der Zerfaserung ist die Herstellung von thermomechanischem Holzstoff (TMP), bei dem die Holzhackschnitzeln unter Wärme und Druck von zwei rotierenden Refinerscheiben bearbeitet werden. Bei der Herstellung von chemisch-thermomechanischem Refiner-Holzstoff werden die Hackschnitzel zusätzlich noch chemisch vorbehandelt . Bei der Herstellung von Zellstoff wird das Ausgangsmaterial mehrstündig in schwefelhaltiger Lösung gekocht, sodass verholzende und verfestigte Anteile (Lignin) aus den Fasern entfernt werden. Holzfreies Papier hat daher einen höheren Anteil längerer, stabilerer Fasern, die häufiger recycelt werden können. Aufgrund des Produktionsprozesses müssen Chemikalien (z.B. Chlor) eingesetzt werden, die aber Umwelt-Problematiken mit sich bringen. Zur Herstellung von holzhaltigem Papier muss hingegen nur wenig Holz aufgewendet werden, da die Produktion eine hohe Ausbeute hat, das Papier ist aber brüchig und vergilbt schnell . In Tabelle 1 Werden die unterschiede zwischen mechanischer und chemischer Fasergewinnung dargestellt. Tabelle 1: mechanische und chemische Fasergewinnung Fasergewinnung Mechanisch / Holzstoff Fasergewinnung Chemisch / Zellstoff Ausgangsmaterial Holz Holz Verarbeitung unter Wasserzugabe zerrieben in schwefelsalzhaltiger Lösung mehrstündig gekocht Ergebnis Holzstoff Zellstoff Vorteile hohe Ausbeute, inländische Herstellung, gute Abdeckwirkung im Papier lange & stabile Fasern, für alle Papiersorten geeignet, bis zu sechs Mal wiederverwendbar Nachteile hohe Energieverbrauch, brüchiges Papier, rasches Vergilben fast ausschließlich Importe, niedrige Ausbeute, großer Bleichaufwand Die aufbereiteten Fasermaterialien weisen eine graue bis braune Färbung auf, die auf den Restgehalt von Lignin zurückzuführen ist. Bevor die Faserstoffe dem Papierherstellungsprozess zugeführt werden, werden sie zuerst gebleicht. Aufgrund der hohen Toxizität des traditionellen Bleichmittels Chlor werden häufig Chlordioxid, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff oder Ozon verwenden . Abbildung 1: Anteil am Rohstoffeinsatz 2021 Neben den primären Rohstoffen ist in der Papierindustrie der sekundäre Rohstoff Altpapier prägend. So wurden 2021 68% des Rohstoffeinsatzes durch Altpapier gedeckt; 19% des Rohstoffeinsatzes beliefen sich auf primäre Faserstoffe. Die restlichen 13 % sind Mineralien und Additive (s. Abbildung 1). Die Altpapiereinsatzquote wird in Deutschland in der Regel mit 79% angegeben, da die Additive in der Rechnung nicht berücksichtigt werden. Im Vergleich ist die Altpapiereinsatzquote in Deutschland höher als in der EU, dort liegt sie bei 73,9% . Die Nutzung von Altpapier bei der Papierproduktion hat einen deutlich geringeren Energie- und Wasserbedarf. Zur Herstellung von Recyclingpapier wird ca. 70% weniger Wasser und 60% weniger Energie benötigt. Dies ist entscheidend, da die deutsche Papierindustrie nach der Metallerzeugung und chemischen Industrie den dritten Platz des meisten Endenergieeinsatzes belegt. Der Wasserbedarf ist in den letzten Jahren aufgrund von verstärkter Kreislaufführung gesunken und liegt nun zwischen 9 und 10 Litern pro Kilogramm Papier. . In Tabelle 2 sind diese Einsparpotentiale zusammengefasst dargestellt. Tabelle 2: Einsparpotential bei Nutzung von Altpapier pro Kilo Recyclingpapier pro Kilo Primärfaserpapier Wasser 15 Liter 50 Liter Energie 2 kWh 5 kWh Fasergrundlage 1,2 Kilo Altpapier 2,2 Kilo Holz Altpapier hat im Vergleich zu den Frischfasern qualitative Nachteile, da die Fasern sich pro Recyclingzyklus verkürzen. Deshalb werden bei der Papierproduktion Altpapier und primäre Faserstoffe miteinander gemischt, abhängig von den Qualitätsanforderungen. Das Einsatzpotential von Altpapier in neuen Papierprodukten ist abhängig von der produzierten Papiersorte. Ein hohes Einsatzpotential haben beispielsweise die Bereiche Zeitungsdruckpapier und Verpackungen, wohingegen bei der Produktion von graphischem Papier nur wenig Altpapierfasern eingesetzt werden. Bei Zeitungsdruckpapieren liegt die Altpapiereinsatzquote bei über 100 %, was an dem Verlust von Kurzfasern im Produktionsverfahren liegt (s. Abbildung 2) </references>