Die Migration von kritischen Mineralölbestandteilen aus Verpackungen in Lebensmittel und die erhöhten Mineralölgehalte in unbedruckten Verpackungen aus Recyclingkarton können unter anderem auf das Recycling von Zeitungen und die darin enthaltene Druckfarbe zurückgeführt werden. Aus unserer Sicht kann die Mineralölbelastung graphischer Altpapiere eine Enschränkung der Verwertbarkeit des Altpapiers für die ökologisch sinnvolle Herstellung von Recyclingkarton für Verpackungszwecke darstellen. Produkte sollen gemäß KrwG so entwickelt werden, dass bestehende Stoffkreislaufsysteme nicht gefährdet werden. Die Mineralölbelastung im Karton kann am effektivsten reduziert werden, wenn an der wesentlichen Quelle, den mineralölhaltigen Druckfarben für den Coldset-Offset Druck (Zeitungsdruck) angesetzt wird. In dem abgeschlossenen Forschungsvorhaben 37114333/3 'Druckversuche mit alternativen Druckfarben' wurde gezeigt dass mineralölfreie Druckfarben technisch herstellbar und einsetzbar sind. Ihr dauerhafter Einsatz erfordert allerdings die längerfristige Anpassung und Optimierung der Druckmaschine. Auch die Deinkbarkeit der Farben muss noch optimiert werden. In diesem Folgeprojekt sollen die mineralölfreien Farben nun für einen Langzeittest in einer Druckerei weiterentwickelt und langfristig für mindestens 6 Monate in einer Druckerei getestet werden. Derzeit noch bestehende technische Einschränkungen, wie die zu geringe Wegschlaggeschwindigkeit, die Verbesserung der farbrichtigen Wiedergabe mehrfarbiger Announcen, die Verbesserung der Deinkbarkeit sowie den problemlosen Wechsel von Farbe und Feuchtmittel sollen in dem Projekt bearbeitet werden.
Ausgangssituation/Problemstellung: Bei der Altpapieraufbereitung fallen gemäß der Rückstandsumfrage 2013 des Verbandes Deutschen Papierfabriken e. V. (vdp) und der Papiertechnischen Stiftung (PTS) pro Jahr feuchte, faserhaltige Rückstände von ca. 3 Mio. Tonnen an. Sie werden bisher zumeist energetisch verwertet oder in der Zement- und Ziegelherstellung eingesetzt. Die Verbrennung verursacht vor allen in kleinen und mittelgroßen Papierfabriken, die über keine eigenen Feuerungsanlagen für die energetische Reststoffverwertung verfügen, erhebliche Entsorgungskosten.
Gleichzeitig wächst der Markt für Produkte aus naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) kontinuierlich. Wood Polymer Composites (Abkürzung: WPC, deutsch: Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe) sind dabei eine relativ große Untergruppe. Für WPC wird vorranging Holzmehl als Ressource für die benötigten Naturfasern eingesetzt. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach biogenen Energieträgern und damit auch nach Pellets aus Holzmehl verteuert sich der Rohstoff zusehends.
Forschungsziel/Forschungsergebniseide Entwicklungen bewegen die Professur für Papiertechnik der TU Dresden dazu, dem Forschungsansatz nachzugehen, inwieweit faserhaltige Reststoffe aus der Altpapieraufbereitung als Ersatz für Holzmehl bei der Herstellung von NFK/WPC eingesetzt werden können. Ebenfalls sollen die For-schungsarbeiten einen Beitrag zum effizienten Umgang mit Ressourcen liefern und umweltpolitische Zielstellungen wie die verstärkte Kaskadennutzung biogener Rohstoffe sowie den Vorrang des Recycling vor der energetischen Verwertung unterstützen.
Sowohl Fangstoffe aus der Feinsortierung bei der Kartonherstellung als auch Deinkingschlämme, die bei der Druckfarben-entfernung für die Herstellung grafischer Papiere anfallen, werden für den Einsatz in Kompositen mit thermoplastischer Matrix getestet. Die Eigenschaften der in den Reststoffen enthaltenen Fasern sind mit denen von Holzmehl vergleichbar, wobei die Fasern der Reststoffe wegen ihres günstigeren Schlankheitsgrads (Längen-/Dickenverhältnis) hinsichtlich der Verstärkungswirkung Vorteile aufweisen. Die bereits hergestellten Komposite aus behandelten Reststoffen der Papierherstellung und Kunststoffen werden als Paper Polymer Composites (PPC) bezeichnet.
Ziel des Projektes ist es, das im Labormaßstab erprobte Verfahren zur Herstellung von PPC auf eine industrielle Produktionskette zu adaptieren. Hierfür soll vor allem die Schnittstelle zwischen Papierherstellung und Kunststoffverarbeitung im Vordergrund stehen, an der eine dosierbare, aus Reststoffen der Papierindustrie gewonnene Faserstoffkomponente an die Kunststoffverarbeitung übergeben wird. Aufbauend auf den Erfahrungen bereits durchgeführter Untersuchungen soll die für die Weiterverarbeitung entscheidende Dosierbarkeit mittels einer geeigneten Pelletierung der Faserkomponente sichergestellt werden.
a.) Polychlorierte Biphenyle (PCB) wurden ursprünglich als technische Gemische hergestellt und finden sich mittlerweile aufgrund ihrer Persistenz in allen Umweltbereichen wieder. Kürzlich wurde über die unabsichtliche PCB-Bildung während der Produktion chemischer Produkte (Pigmente, Silikonkleber) berichtet. Die PCB-Kongenere PCB-11, PCB-52 und PCB 209 werden als Nebenprodukte bei der Herstellung von azo- und phthalocyaninähnlichen Pigmenten gebildet. Das niedrigchlorierte PCB 11 ist eines der am häufigsten in Pigmenten vorkommenden Kongenere und wird in allen Umweltmedien (Atmosphäre, Gewässer, Sedimente, Böden) und im menschlichen Serum überall auf der Welt nachgewiesen, obwohl es nie Bestandteil technischer Gemische war. Hauptursache für die Belastung der Umwelt mit PCB 11 sind bedruckte Konsumgüter wie Zeitungen, Magazine, Textilien und Plastikprodukte, aus denen PCB 11 am Ende der Lebensphase über behandelte Abwässer und Abfälle in die Umwelt gelangt. Basierend auf den Erkenntnissen aus einem derzeit laufenden Ufoplan-Projekt (FKZ 3714 313 250) und einer Literaturrecherche werden folgende Abfallschlüssel für eine genauere Betrachtung als relevant erachtet: - 0801 Abfälle aus Herstellung, Zubereitung, Vertrieb und Anwendung von Farben und Lacken (AS 080111*, AS 080113*, AS 080117*) - 04 02 Abfälle aus der Textilindustrie - 03 03 Abfälle aus der Herstellung und Verarbeitung von Zellstoff, Papier, Karton und Pappe - (AS 030305 De-inking-Schlämme aus dem Papierrecycling) b.) Im Rahmen dieses Ufoplan-Vorhabens sollen die oben aufgeführten und ggf., ihm Rahmen weiterer Recherchen zu ermittelnde, zusätzliche Abfallströme auf die relevanten PCB-Kongenere hin untersucht werden. Dazu sind insgesamt 15 Abfallproben, in denen PCB vermutet wird, analytisch zu untersuchen und auszuwerten. Sofern eine Belastung mit PCB erkennbar ist, soll der Entstehungsprozess nachvollzogen und Vorschläge für weitere Untersuchungen und zur Vermeidung der Emissionen abgeleitet werden.
Anlass des Forschungsprojektes: Für die Entsorgung der Papierschlämme sollten derzeit neue, energetisch und klimapolitisch sinnvolle sowie für die Papierindustrie kostengünstige Verwertungswege gesucht werden. Die bislang realisierten Entsorgungswege zur direkten Ausbringung und zur Kompostierung mit anschließender Ausbringung werden in Zukunft nicht mehr möglich sein. Eine energetische Verwertung der Papierschlämme in externen Verbrennungsanlagen ist teuer. Eine energetisch/stoffliche Verwertung in Ziegeleien und Zementwerken ist aufgrund des hohen Wasseranteils nur bedingt sinnvoll. Ein alternativer biologischer Verwertungsweg wird deshalb von Papierfabriken und Entsorgern gewünscht.
Der Einsatz von unterschiedlichen Schlämmen aus der Papierindustrie und deren produktionsbedingter Inhaltsstoffe in der Vergärungsstufe von Abfallbehandlungsanlagen wurde bisher noch nicht näher untersucht und praktiziert. Darüber hinaus fehlten bisher geeignete Testverfahren, um die Hemmmechanismen von Papierschlämmen bei der Vergärung und in Mechanisch-Biologischen Anlagen (MBA's) zu testen.
Zielstellung: Die erste Phase des Forschungsprojekts hatte deshalb das Ziel, die Schlämme und organischen Rückstände der Papierindustrie grundsätzlich einer Co-Vergärung zugänglich zu machen.
Ergebnisse: Die Untersuchung der Zusammensetzung der Papierschlämme ergab sehr geringe Schwermetallgehalte. Die Gehalte an organischen Chlorverbindungen liegen in einem Bereich, wie sie auch im Fermenterinhalt von Vergärungsanlagen zu finden sind. Dies trifft auch für die Mineralölgehalte von Primär- und Bioschlämmen zu. Die Mineralölbestandteile, die sich im Altpapier befinden, das zur Papierproduktion eingesetzt wird, reichern sich vorwiegend in den Deinkingschlämmen an. Die Gehalte in den Deinkingschlämmen übersteigen jedoch nicht die Konzentrationen, die in bedruckten Papieren zu finden sind. Diese Ergebnisse lassen bei einer Zugabe von bis zu 100 % Deinkingschlamm keine Hemmungen bei der Vergärung erwarten. Dies konnte auch im Rahmen der angepassten Vergärungs- und Hemmstofftests bestätigt werden.
Die Ergebnisse des Gasertragstests zeigten, dass die Papierschlämme im Vergleich zu sonstigen Vergärungsstoffen (z.B. Maissilage, Bioabfall) zum Teil gleich hohe Gaserträge haben können. Dabei unterscheiden sich die Schlamm-arten untereinander weniger als die einzelnen Schlammproben innerhalb einer Schlammart. Dabei betragen Die Methangehalte im Biogas 52 % bis 70 %.
Damit sind die meisten Schlämme der Papierindustrie für eine Co-Vergärung sehr gut geeignet und können als Co-Substrat eine gute Ergänzung darstellen. Vor einer praktischen Umsetzung ist im Einzelfall das Abbauverhalten von Papierschlamm im kontinuierlichen Versuch genauer zu analysieren und die Wirtschaftlichkeit dieses alternativen Entsorgungsweges zu prüfen.
Ziel des Projektes ist, das Deinken von graphischen Altpapieren durch den gezielten Einsatz geeigneter Tenside bzw. Hilfsmittel bei neutralen bzw. schwach alkalischen Bedingungen zu verbessern. Im Ergebnis sollen die Vorteile neutraler Deinkingbedingungen, wie Reduzierung der CSB-Belastung, verbesserte Klebstoffabtrennung und damit Vermeidung von Produktionsstörungen sowie Chemikalienreduzierung und Kostensenkung, bei gleichbleibendem Deinkingergebnis im Vergleich zum alkalischen Deinkingverfahren aufgezeigt werden. Das Forschungsprojekt umfasst den Vergleich der Mechanismen des Deinkingprozesses bei alkalischen und neutralen Bedingungen in Abhängigkeit von der Altpapierzusammensetzung, die Verbesserung der Druckfarbenablösung, die Sicherstellung der Flotierbarkeit durch die Agglomeration abgelöster Druckfarbenpartikel und die Bewertung der Wirtschaftlichkeit der entwickelten Verfahren. Die Entwicklung eines Deinkingverfahrens unter neutralen Bedingungen bietet folgende Vorteile: - Reduzierung des Chemikalieneinsatzes, vor allem Verzicht auf Wasserstoffperoxid, und damit Chemikalienkosteneinsparung - Verzicht auf Wasserglas und damit Vermeidung von Beeinträchtigungen des nachfolgenden Papierherstellungsprozesses bei der Retention und Entwässerung sowie von Ablagerungen - Verringerung der organischen Störstoffe und damit der CSB-Belastung des Prozess- und Abwassers - weit geringere Zerkleinerung potenziell klebender Stoffe und damit verbesserte Abtrennbarkeit von Stickies durch Sortieraggregate und damit weniger Probleme durch Ablagerungen. Eine erfolgreiche Bearbeitung des Projektes liefert einen Beitrag zur Kostensenkung bei der Herstellung altpapierhaltiger graphischer Papiere.