Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Verminderung der Metabolisierung vagabundierender Stärke im Prozesswasser von Papierfabriken zur verbesserten Effizienz der Biomassenutzung

Anschrift
Papiertechnische Stiftung (PTS)
80797 München
Heßstr. 134
Kontakt
Dipl.-Ing. (FH) Christian Bienert
Tel: +49 89 12146-469
E-Mail: christian.bienert@ptspaper.de
FKZ
22029211
Anfang
01.02.2013
Ende
31.01.2015
Aufgabenbeschreibung
Mit dem Altpapier werden nennenswerte Mengen an Stärke in die Stoffauflösung eingetragen werden. Bei der Stofflösung im Pulper mit Prozesswasser wird aufgrund geringer Bindungskräfte die Stärke bis zu 70 % von den Fasern abgelöst. Dabei enthält die sogenannte vagabundierende Stärke unmittelbar nach dem Löseprozess wirksame Anteile, die bei der Papierherstellung zum Festigkeitsgewinn führen können. Im Prozesswasser wird die vagabundierende Stärke relativ schnell metabolisiert, so dass nur ein kleiner Teil der mit dem Altpapier eingetragenen Stärke im Faservlies zurückgehalten und daher nur ein geringer Festigkeitsgewinn im Fertigpapier erreicht werden kann. Außerdem verursacht vagabundierende und metabolisierte Stärke eine erhöhte CSB-Fracht im Prozesswasser und im Abwasser. Dies erhöht die Kosten in der Abwasserreinigung. Darüber hinaus führen nicht genutzte vagabundierende Stärke und deren Abbauprodukte zu Korrosion, Ablagerungen, Geruchsbildung und verminderter Wirksamkeit von Additiven. Unter diesen Gesichtspunkten stellt sich insbesondere die Frage, wie die mit dem Altpapier eingetragene Stärke am wirkungsvollsten an der Metabolisierung gehindert werden kann, damit sie ihre Festigkeit steigernde Wirkung im Fertigpapier weiterhin entwickeln kann. Das Forschungsvorhaben hatte deshalb das Ziel, Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass die im Altpapier vorhandene Stärke effektiv zur Festigkeitsentwicklung genutzt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen sollte die Stärkemetabolisierung durch Behandlung des Prozesswassers vermindert werden. Dabei sollte durch geeignete verfahrenstechnische Lösungen und Betriebsbedingungen insbesondere die Wirksamkeit der für die Metabolisierung verantwortlichen Mikroorganismen und Enzyme verringert werden.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen von zahlreichen Laborversuchen und drei Betriebsuntersuchungen zeigte sich, dass durch eine geeignete Behandlung des Prozesswassers die Keimzahlen um mehrere Zehnerpotenzen und somit die mikrobielle Belastung erheblich vermindert werden konnten. Dadurch verringerte sich die Wirkung der stärkeabbauenden Enzyme so stark, dass mit ausgewählten chemischen Substanzen, mit Bioziden, insbesondere Natriumhypochlorit und alternativ mit einer Kurzzeiterhitzung die Stärkemetabolisierung vollständig verhindert werden konnte. Je nach Belastung des Prozesswassers konnte die Wirkung dabei bis zu drei Stunden lang anhalten. Weitere physikalische Verfahren, wie z.B. Ultraschallbehandlung, elektrische gepulste Felder sowie die meisten Biozide bewirkten ebenfalls eine nennenswerte aber nicht vollständige Verringerung der Stärkemetabolisierung. Durch individuelle Weiterentwicklung können auch diese Verfahren so optimiert werden, dass ein nahezu vollständiger Stärkeerhalt erreicht werden kann. Durch die Stärkemetabolisierung baut sich die Stärke innerhalb der Stoffaufbereitung so ab, dass die Festigkeiten um 10 bis 20 % geringer sind, als wenn die eingebrachte Stärke vollständig wirksam wäre. Wurden die Prozesswässer behandelt, so konnte die aus dem Altpapier stammende und durch die Behandlung erhaltene Stärke auch wirksam auf die Papierfasern aufziehen und damit zu einem Festigkeitsgewinn in der genannten Größenordnung führen. Mit den durchgeführten Labor- und Betriebsuntersuchungen konnte das Ziel des Forschungsprojekts vollständig erreicht werden.

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