Die Herstellung von Papier ist ein sehr energieintensiver Prozess, da bei der Entwässerung und Trocknung der Papierbahn enorme Wassermengen von der Faser zurückgewonnen werden müssen. Eine 0,2 % ige Fasersuspension in Wasser wird im Zuge mehrerer Prozessstufen mit Hilfe mechanischer und physikalischer Methoden auf einen Trockengehalt von 93 % entwässert. Diese Verfahrensschritte bestimmen zentral den Energieverbrauch bei der Papierproduktion.
Für nachhaltige Verbesserungen der Energieeffizienz werden innovative Technologien zur Optimierung der Entwässerungs- und Trocknungsprozesse benötigt. Im Rahmen des Projekts „Integrated Ecopaper“ entwickelt der Papierhersteller Mondi Frantschach GmbH aktuell ein neues Verfahren für die energieeffiziente Produktion von Hochleistungsverpackungspapieren, die auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen aus der Region hergestellt werden. Der Energiebedarf zur Herstellung von einer Tonne Sackpapier beträgt 0,9 MWh elektrische und 1,7 MWh thermische Energie und wird bei Mondi Frantschach bereits heute zur Gänze aus Biomasse abgedeckt. Das innovative Verfahren baut auf intelligenten Sensoren und neuen Systemkonzepten auf und soll zu substantiellen Energieeinsparungen führen.
Prozessoptimierungen bei der Entwässerung
Der energieintensive Prozess der Entwässerung gliedert sich strukturell in die drei Abschnitte „Wet End“, „Pressenpartie“ und „Trockenpartie“. In einem umfassenden Ansatz soll gestützt auf neue Erkenntnisse aus der Forschung die Energieeffizienz der einzelnen Prozessschritte gesteigert und das Zusammenspiel der drei Bereiche optimiert werden. Forschungspartner sind das Institut für Papier, Zellstoff und Fasertechnik der Technischen Universität Graz sowie das Kompetenzzentrum Holz GmbH. Zentraler Ansatz ist es, die Prozessgrenzen mit Hilfe neuer Techniken so zu verschieben, dass am Ende jedes Prozessschritts ein höherer Trockengehalt als bisher erzielt wird. Mit dem Verschieben der Entwässerungsleistung hin zu den energetisch spezifisch günstigeren Prozessen („Wet End“ und „Presse“) soll der Gesamtenergieverbrauch gesenkt werden.
Die angestrebten Energieeinsparungen werden sowohl auf dem Gebiet der elektrischen Energie als auch auf dem Gebiet der thermischen Energie erzielt. Elektrisch werden in den Bereichen Siebantrieb, Pressenantrieb und Vakuumpumpen in Summe Einsparungen von mehr als 1.600 MWh/Jahr angestrebt. Thermisch sollen bei der Trocknung durch Maßnahmen in den Bereichen Lufttechnik, Dampf, Entwässerungssteigerung am Sieb und in der Presse Einsparungen in Summe von über 4.000 MWh/Jahr erzielt werden.
Optimierung in 3 Prozessschritten
Eine Verbesserung der Entwässerung in der Nasspartie („Wet End“) durch den Einsatz von Trockenverfestigern und Flockungsmitteln kann zu deutlichen Energieeinsparungen führen. Dieser (für andere Papierarten bereits erprobte) Ansatz wird im Rahmen des Projekts für Sackpapiere getestet und angepasst. Im Prozessschritt Pressenpartie kommt ein verbessertes Filzdesign zum Einsatz, wodurch die Wassermenge, die in der Presse entwässert wird, maximiert und zugleich der Verbrauch an Antriebsenergie und das Saugervakuum minimiert werden. In der Trockenpartie soll die optimierte Regelung des Dampfdrucks mittels Model Predictive Control (MPC) zu Energieeinsparungen führen.
