Ressourcenschonung in der Papierindustrie
Forschungsprojekt EnEWA
Das BMWK-geförderte Forschungsprojekt EnEWA steigert die Ressourceneffizienz in der Papierindustrie durch die Erschließung neuer Rohstoffquellen und Optimierungen im Aufbereitungsprozess.
Papier ist ein nachhaltiges, auf nachwachsenden Rohstoffen beruhendes Produkt. Insbesondere die Produktion von Recyclingpapier auf Basis von Altpapier nutzt bereits heute erfolgreich und effizient die etablierten Wertstoffkreisläufe und ist in vielerlei Hinsicht Vorreiter der Kreislaufwirtschaft. Eine Recyclingquote der Verpackungspapiere von über 80 % ist ein deutlicher Beleg hierfür. Dennoch bestehen auch bei der Recyclingpapierproduktion Optimierungspotenziale im Produktions- und Verwertungsprozess. Potenziale bestehen beispielsweise im Bereich der Energieeffizienz, der gesteigerten Nutzung erneuerbarer Energien, der Optimierung geschlossener Wasserkreisläufe und damit verbunden auch in der Reduktion des CO2-Ausstoßes. In Deutschland verursacht die Papierproduktion einen jährlichen CO2-Ausstoß von 10,6 Mio. Tonnen und entspricht damit den Emissionen von rund 4,5 Millionen Autos. Ein Großteil des Bedarfs an Rohstoffen und Emissionen fällt bei der Produktion von Frischfaserpapier an und lässt sich durch eine Erhöhung der Altpapierrücklaufquote, die aktuell laut dem Verband Deutscher Papierproduzenten bei 79,3 % beträgt, spürbar reduzieren.
Um die Umweltbilanz der Papierproduktion nachhaltig zu verbessern, verfolgt das Forschungsprojekt EnEWA (Energieeinsparung bei der Papierproduktion durch Erschließung der Wertschöpfungsketten Altpapier aus Leichtverpackungen, Restabfall und Gewerbeabfall) den Ansatz, neue Quellen für das umweltfreundliche Altpapierrecycling zu erschließen und nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck forschen das Institut für Anthropogene Stoffkreisläufe (ANTS) der RWTH Aachen und der Lehrstuhl für International Production Engineering and Management (IPEM) der Universität Siegen gemeinsam mit den Industriepartnern Tomra Sorting GmbH, STADLER Anlagenbau GmbH und PROPAKMA GmbH sowie dem Papierproduzenten LEIPA Group GmbH an einer Lösung. Das zentrale Element des Forschungsprojektes ist die Untersuchung des Potenzials zur (Rück-)Gewinnung der Papierfasern aus gemischten Abfallströmen (Leichtverpackungsabfälle, Gewerbeabfall und Restabfall) für die Papierproduktion. Schon heute haben papierbasierte Verpackungen aus der Lebensmittelindustrie einen signifikanten Anteil mit steigender Tendenz. Eine Rückgewinnungsmöglichkeit der Fasern aus diesen Leichtverpackungen würde zur gesteigerten Akzeptanz bei Produzenten und Verbraucher:innen - und damit zu vermehrtem Einsatz dieser Verpackungslösungen - beitragen. Letztendlich kann so die Menge der zur Verfügung stehenden Recyclingfasern durch einen weiteren Stoffstrom zum Nutzen von Umwelt, Mensch und Kreislaufwirtschaft erhöht werden. Darüberhinausgehend wird die Nutzbarmachung des vor allem im privaten Umfeld falsch entsorgten Papiers – sogenannte Fehlwürfe – geprüft, um dieses ebenfalls zu neuem Recyclingpapier aufzubereiten.
Im Zuge dessen befassen sich die Projektbeteiligten mit den verschiedenen Phasen der Altpapiersammlung, -gewinnung und -aufbereitung. Nach einer Analyse der zu gewinnenden Altpapiersorten und Altpapierverbunde sowie deren Qualität im Rahmen von Stoffstromanalysen wird im zweiten Projektabschnitt die notwendige Sortiertechnik entwickelt und angepasst.
Das ANTS verbindet im Projekt die angewandte Forschung mit dem Schwerpunkt der Stoffstromcharakterisierung und verknüpft die Primärdatenerhebung mit der ökologischen Bewertung und Modellierung der Prozesse. Zusätzlich wird die Verwertbarkeit der Rejekte analysiert und erprobt. Die Stoffstromcharakterisierung im ersten Schritt legt nicht nur das sekundäre Wertstoffpotential offen, sondern ist auch unerlässlich für alle weiteren Aufbereitungs-, Sortier- und Recyclingschritte. Eine Analyse von Stoffströmen in dieser Größenordnung stellt besondere Anforderungen an die statistische Auslegung und die praktische Umsetzung der Probennahmen. Die ökologische Bewertung wird projektbegleitend durchgeführt und stellt sicher, dass der Recyclingprozess die Entwicklung hin zu einer Circular Economy fördert. Eine Szenarioanalyse zeigt zudem unterschiedliche Möglichkeiten des Recyclingverfahrens auf und gibt maßgebliche Impulse bei der Prozessmodellierung. Die Verwertung der Rejekte ist ein wichtiger Schritt, um den gesamten Kreislauf auf Dauer zu schließen.
Die in der Sortierung gewonnenen Altpapier- und Papierverbundsorten durchlaufen zur Gewinnung von Papierfasern sowohl reguläre als auch spezielle Aufbereitungsprozesse im Altpapierrecycling, welche im Projekt durch eine zusätzliche Hygienisierung – zur Vermeidung einer mikrobiologischen Belastung - erweitert werden. Abschließend erfolgt die Überprüfung der Papierqualität durch die LEIPA Group GmbH, um sicherzustellen, dass die bislang hohe Papierqualität erhalten bleibt.
Die verantwortlichen Projektingenieurinnen Alena Spies und Dr. Karoline Raulf vom ANTS erklären: „Mit der anwendungsorientierten Forschung zur optimierten Kreislaufführung von Papier leisten wir einen essenziellen Beitrag zur zirkulären Wertschöpfung des Stoffstroms.“ „Wir gehen davon aus, dass etwa 30 % der Fehlwürfe wiederverwendet werden könnten“, ergänzt Philipp Nettesheim vom IPEM-Lehrstuhl. So ließe sich durch Recycling des zusätzlich gewonnenen Altpapiers der jährliche CO2-Gesamtausstoß der deutschen Papierindustrie um 2,5 % reduzieren. Im Zuge dessen hat das BMWK unsere Bewerbung im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms „Innovationen für die Energiewende“ mit Unterstützung der EurA AG angenommen und eine Förderung des Vorhabens beschlossen.