Zellstoff- und Papierindustrie

Gebündeltes Altpapier und Pappkartonszum Vergrößern anklicken
Die deutsche Papierindustrie setzt zu über 60 Prozent Altpapier ein.
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Jedes Jahr werden in Deutschland große Mengen an Papier verbraucht. 2008 lag der Verbrauch laut VDP bei 250 Kilogramm pro Kopf. Das entspricht einem Gesamtverbrauch von 20,5 Millionen Tonnen.

Anlagenbestand in Deutschland

Zur Papier- und Zellstoffbranche gehören in Deutschland ca. 200 Anlagen, davon sind sechs Anlagen Zellstoffwerke. Weitere wichtige statistische Daten zur Branche können den Informationen des Verbandes deutscher Papierfabriken (VDP) entnommen werden.

Bei Papier handelt es sich im Wesentlichen um einen Bogen oder eine Bahn aus Fasern, der zur Verbesserung seiner Eigenschaften und Qualität mit Chemikalien versetzt wird. Neben Fasern und Chemikalien werden bei der Herstellung von Zellstoff und Papier große Mengen Prozesswasser und viel Energie in Form von Dampf und Elektrizität benötigt. Daher betreffen die wichtigsten mit der Zellstoff- und Papierindustrie zusammenhängenden Umweltprobleme die Wasser- und Luftemissionen sowie den Energieverbrauch. Auch vom Abfall geht eine ständig wachsende Umweltbelastung aus. Zentrales Ziel des produktionsintegrierten Umweltschutzes ist die Vermeidung und Verringerung von Reststoffen und Emissionen sowie der effiziente Umgang mit Rohstoffen und Energie.

Der Faserstoff zur Papierherstellung wird mittels chemischer oder mechanischer Verfahren entweder aus Frischfasern oder durch die Aufbereitung von Altpapier erzeugt. Eine Papierfabrik kann entweder den an einem anderen Standort erzeugten Faserstoff einfach zu Papier verar­beiten oder in den gesamten Aufschlussprozess an ein und demselben Standort integriert sein.

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Zellstoff- und Papierprodukten, die sich in sechs Obergruppen unterschiedlicher Herstellungsprozesse und Umweltrelevanz wesentlich unterscheiden:

  • Sulfatzellstoff: zum Beispiel als Armierungsfaser (hohe Festigkeit)
  • Sulfitzellstoff: zum Beispiel für Papiere mit geringeren Festigkeitsanforderungen und Hygienepapiere
  • Holzhaltige Papiere gestrichen/ungestrichen: zum Beispiel Werbebeilagen, preiswertes Magazinpapier
  • Holzfreie Papiere gestrichen/ungestrichen: zum Beispiel graphische Papiere 
  • Altpapierhaltige Papiere mit Deinking: zum Beispiel Recyclingpapier, Zeitungsdruckpapier
  • Altpapierhaltige Papiere ohne Deinking: zum Beispiel Karton, Verpackungspapiere

Allgemeine Beschreibung des Herstellungsprozesses

Zellstoffherstellung

Der Zellstoff für Papier wird aus entrindetem geschnitzeltem Holz (Hackschnitzel) hergestellt. Es gibt zwei Hauptarten der Zellstoffverfahren:

  • das saure Sulfit- und
  • das alkalische Sulfat-Verfahren.

Die „Kittsubstanz” des Holzes, das Lignin - und andere nichtfaserige Teile - werden in einem chemischen Aufschluss- und Kochvorgang fast vollständig beseitigt. Da der Ligninlösevorgang nicht gleichmäßig abläuft, kann mit diesen relativ aggressiven Verfahren niemals 100 Prozent des Lignins entfernt werden ohne auch bereits den Zellstoff selbst stark zu schädigen. Aus diesem Grund wird das restliche Lignin in nachfolgenenden Bleichvorgängen zum Beispiel mittels Ozon (oder auch nur reinem Sauerstoff) entfernt.

Zur Herstellung eines transportfähigen Produktes wird der Zellstoff schließlich entwässert, getrocknet, in Bögen geschnitten und zu Ballen verschnürt. In dieser Form wird er dann an die Verbraucher, das heißt an die Tissue- und Papierfabriken geliefert. Während des Herstellungsprozesses entstehen die für den Sulfatprozess typischen Geruchsgase. Diese Gase werden erfasst und thermisch behandelt, wonach der Schwefelanteil dem Prozess wieder zugeführt wird.

Die ligninhaltige verbrauchte Kochlauge, Schwarzlauge genannt, wird mit den gelösten Holzsubstanzen sowie den verbrauchten Chemikalien in den Rückgewinnungsanlagen eingedickt und verbrannt. Die bei der Verbrennung des organischen Anteils der Schwarzlauge frei werdende Energie wird zur Dampferzeugung benutzt. Der anorganische Anteil, das heißt die verbrauchten Chemikalien, fällt im Rückgewinnungskessel (Laugenkessel) als Schmelze an und wird über verschiedene Prozessstufen wieder in Einsatzchemikalien umgewandelt.

Zu den Nebenanlagen zählen unter anderem ein Dampfkessel zur Verbrennung der Rinde und Holzreste, eine eigene Energieerzeugung mit einer Dampfturbine, eine Prozesswasseraufbereitung sowie eine Anlage zur Abwasserbehandlung.

Papierherstellung

Holz ist der Grundrohstoff, aus dem Papier hergestellt wird. Es gibt drei Verfahren zur Fasergewinnung:

  • chemische Gewinnung von Zellstoff (Primärfasern): Fasern werden durch Kochen in schwefliger Lauge oder Säure werden aus dem Holzverbund herausgelöst. Aus solchen Fasern werden holzfreie Papiere hergestellt (siehe oben).
  • mechanische Gewinnung von Holzstoff (Primärfasern): Fasern werden durch mechanische Prozesse  wie Zerreiben aus dem Holzverbund herausgelöst. Diese Fasern werden zur Herstellung von holzhaltigen Papieren verwendet.
  • Gewinnung von Altpapierstoff (Sekundärfasern): Fasern werden durch das Auflösen des Altpapiers und Waschen der Fasern (Deinking) gewonnen.

Zellstoff, Holz oder Altpapier sind die Faserrohstoffe für die Papierherstellung, durch die die nachfolgenden Eigenschaften des Papierproduktes definiert werden. Die Papierherstellung als solche läuft dann ähnlich ab: Zunächst werden die Faserstoff aufgelöst, mit Sieben sortiert und danach mit Hilfsstoffen und Füllstoffen versetzt. Die Fasern werden anschließend in der Papiermaschine über Zylinder geführt, die mit Dampf beheizt werden und damit indirekt die Fasern zunächst pressen und anschließend trocknen. An die Papiermaschine schließt sich je nach Papierprodukt eine Streichmaschine an. Anschließend wir das fertige Papier geschnitten und entweder auf Rollen gewickelt oder als Bögen gebündelt und verpackt.

Merkblatt zu den Besten Verfügbaren Techniken in der Papier- und Zellstoffindustrie

Die Besten Verfügbaren Techniken zur Emissionsminderung (BVT) für die Branche der Papier und Zellstoffherstellung wurden in einem BVT-Merkblatt der Europäischen Kommission festgehalten. Die veröffentlichte Version liegt seit Dezember 2001 vor. Derzeit werden die Besten Verfügbaren Techniken im Rahmen eines europäischen Informationsaustausches aktualisiert und die Anwendbarkeit des Dokumentes verbessert. Das Umweltbundesamt organisiert dazu den Informationsaustausch auf nationaler Ebene, erhebt mit Hilfe eines UFOPLAN- Forschungsvorhabens dafür relevante Informationen und Daten und speist diese in den europäischen Prozess ein. Das letzte Abstimmungsgespräch der Technischen Arbeitsgruppe (TWG) hat im November 2007 in Sevilla stattgefunden.

Innovationen (F&E sowie Invest-Vorhaben)

Im Rahmen des Innovationsprogramms des BMU wurden folgende Projekte gefördert:

Kurzbeschreibungen der Projekte sowie vollständige Projektberichte können auf dem Internetportal Cleaner Production Germany eingesehen werden.

Rohstoffe/Recycling

Der Papierverbrauch in Deutschland ist hoch und steigt weiter. Deutschland folgt damit einem europaweiten Trend. Auch weltweit wird Jahr für Jahr immer mehr Papier verbraucht. Angesichts des damit verbundenen hohen Ressourcenverbrauchs (Holz, Energie) und dem mit der Papierherstellung verbundenen Schadstoffeintrag in Wasser, Luft und Boden sollte Papier möglichst sparsam verwendet werden.

Ein Fünftel des Holzeinschlages weltweit geht in die Papierproduktion. In Deutschland werden überwiegend Durchforstungsholz sowie Nebenprodukte aus Sägewerken für die Papierproduktion verwendet. In anderen Ländern wird zunehmend auch Plantagenholz genutzt. In Deutschland wurden insbesondere durch die Substitution von Holz als Einsatzfaktor durch Altpapier (zu ca. 50%) Einsparungen an Energie und Primärrohstoffen erzielt.

Die „Ökobilanzen für graphische Papiere”, die das Umweltbundesamt 2000 veröffentlicht hat, ergaben:

  • dass Altpapier im Vergleich zu Holz ein umweltfreundlicherer Rohstoff zur Papierherstellung ist. Bei der Verwertung von Altpapier zeigt das Recycling ebenfalls Vorteile gegenüber den Alternativen Verbrennung und Deponierung.
  • Der in der deutschen Papierindustrie eingesetzte Anteil an Altpapier konnte kontinuierlich von 60 Prozent im Jahre 1996 auf 67 Prozent im Jahr 2006 gesteigert werden. Diese Entwicklung war vor allem ökonomisch bedingt, da die Aufbereitung von Altpapier in Deutschland kostengünstiger ist als die Herstellung von Zellstoff oder Holzstoff.

Umweltzeichen Blauer Engel für Papierprodukte

Die fachliche Erarbeitung neuer Vergabegrundlagen und die Begutachtung der Anträge für die Umweltzeichen werden vom Fachgebiet III2.3 unterstützend begleitet. Die Vergabegrundlagen für die Papierprodukte sind auf der Internetseite des Blauen Engel zu finden. Der Blaue Engel zeichnet sich gegenüber anderen Umweltzeichen dadurch aus, dass er als Rohstoff die Verwendung von 100 Prozent Altpapier fordert. Des Weiteren werden Anforderungen an Chemikalieneinsatz und Gebrauchstauglichkeit gestellt.

Preis von Recycling Druckpapier

Obwohl der Papiermarkt – wie jeder andere Markt auch – Preisschwankungen unterliegt, ist Recyclingpapier über einen längeren Zeitraum betrachtet immer günstiger als ein qualitativ vergleichbares Frischfaserpapier. Einige Beispiele:

  • Die Senatsverwaltung in Berlin hat für das Jahr 2002 errechnet, dass mit einer Erhöhung des Recyclingpapieranteils von 55 auf 100 Prozent in der Berliner Verwaltung jährlich 324.000 Euro eingespart werden können.
  • Die Stadtverwaltung in Nürnberg spart dank des Einsatzes von Recyclingpapier jährlich 90.000 Euro.

Recyclingpapiere zum Beispiel Hygienepapiere, Kopierpapiere und Recyclingkarton, die den blauen Engel tragen (außer bestimmte Druck und Pressepapiere) sind alle aus 100 Prozent Altpapier gefertigt. Zur Veredelung dieser Papiere dürfen auch keine optischen Aufheller verwendet werden. Der Satz: Recycling funktioniert nur bei gleichzeitiger Zufuhr frischer Fasern aus Zellstoff und Holzstoff ist einfach falsch.

Umweltauswirkungen

Konzepte des produktionsintegrierten Umweltschutzes, vor allem durch Anwendung der besten Verfügbaren Techniken, wurden bereits vor einiger Zeit in der Papier- und Zellstoffbranche eingeführt. So wurden bereits Technologien und Strategien zur weitestgehenden Reduzierung des Einsatzes von Rohstoffen, Chemikalien, Energie und Frischwasser und zu Verminderung der Emissionen in die Gewässer, in die Atmosphäre und in den Boden entwickelt. Seit den 1980er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden umfangreiche Investitionen und Modernisierungen an den Produktionsanlagen zahlreicher europäischer Zellstoff- und Papierwerke durchgeführt.

Abwasser

Die Papier und Zellstoffbranche nach wie vor sehr wasserintensiv. Bei der Herstellung von Papier wird Wasser für die Herstellung (Suspension und Transport des Faserstoffes), zu Hilfszwecken (Sperrwasser, Kühlwasser) und zu Reinigungszwecken (Sieb- und Filzreinigung, Systemreinigung) benötigt, wobei es innerhalb des Produktionsprozesses mehrfach genutzt wird. Sorgfältig gereinigtes Prozesswasser durchläuft heutzutage bis zu zehnmal den Produktionsprozess. In der Papierproduktion fallen pro Tonne luftgetrocknetes Papier circa zehn Kubikmeter Abwasser an. Moderne Zellstoffwerke kommen mit 40 Kubikmeter Abwasser pro Tonne Zellstoff aus.

Das Abwasser aus Papier- und Zellstoffwerken ist meist sehr hoch mit organischen Kohlenstoffverbindungen belastet. Diese sind zum Teil schwer abbaubar und können in den biologischen Kläranlagen nur bedingt abgebaut werden. Aus diesem Grund ist eine der Kernanforderungen an den Ablauf der Kläranlagen der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) als Summenparameter für die organischen Kohlenstoffverbindungen. Der CSB soll mit Inkrafttreten der neuen Abwasserverordnung zukünftig durch den Parameter Gesamtkohlenstoff (TOC) ersetzt werden. Des Weiteren wird in den relevanten Anhängen der Abwasserverordnung (AbwV) der Einsatz bestimmter Chemikalien verboten bzw. beschränkt.

Im Anhang Anhang 28 der Abwasserverordnung finden sich die rechtlichen Anforderungen für Abwassereinleitungen aus der Papierproduktion. Dieser Anhang wird derzeit novelliert. Im Anhang 19 der Abwasserverordnung finden sich die rechtlichen Anforderungen für Abwassereinleitungen aus der Zellstoffproduktion.

Energie

Die Papierindustrie zählt zu den fünf energieintensivsten Branchen in Deutschland. Trotz der Steigerung des Altpapiereinsatzes und der Absenkung des spezifischen Energiebedarfes pro Tonne Produkt in den vergangenen Jahren (seit 1955 um 65 %)  sind die absoluten Emissionen zum Beispiel für fossiles CO2 zwischen 1995 und 2008 von 14,1 Mio. t auf 18,5 Mio. t weiter gestiegen, denn die ökologischen Verbesserungen wurden durch steigende Produktionsmengen zunichte gemacht.

Ein großer Teil der eingesetzten Energie wird aus dem Rohstoff Holz gewonnen und wird damit als klimaneutral angesehen, da bei nachhaltiger Forstwirtschaft pro Jahr ungefähr genauso viel  CO2 freigesetzt wird, wie im nachwachsenden Holz gebunden wird. Trotzdem sollte mit dieser Energie bzw. dem Rohstoff Holz möglichst sparsam umgegangen werden, da damit theoretisch auch fossile Energieträger anderswo ersetzt werden können und der Nutzungsdruck auf die Ressource Holz insgesamt steigt. Der Einsatz energiesparender Techniken in der Branche wird vom Umweltbundesamt begrüßt und ist meist auch im Eigeninteresse der Firmen, da sich relativ hohe Kosteneinsparungen erreichen lassen. Ziel ist es eine Senkung der absoluten Emissionsmengen zum Beipsiel für CO2 zu erreichen.

Luftemissionen (Zellstoff)

Die mit den organischen gelösten Bestandteilen beladene Ablauge aus der Zellstoffkochung wird in einer gesonderten Anlage eingedampft und als sogenannte Dicklauge im Rückgewinnungs­kessel verbrannt. Die anorganischen Bestandteile der Aufschlusslösungen werden anschließend aus den Verbrennungsprodukten in mehreren separaten Schritten weitgehend zurück gewonnen und in den Chemikalienkreislauf zurückgeführt. Daneben deckt die Verbrennung der organischen Bestandteile der Dicklauge im Rückgewinnungskessel in Verbindung mit der Verbrennung der Rinden, Resthölzer - und häufig auch Schlämme aus der Abwasserreinigungsanlage - im sogenannten Rindenkessel den Energiebedarf der Zellstoffgewinnung. Der Rindenkessel unterliegt der 17. BImSchV, sofern andere Abfälle als Rinde und Restholz (Regelbrennstoff) mitverbrannt werden.

Alle bestehenden Rückgewinnungskessel weisen eine Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 MW auf. Sie unterliegen damit der 13. BImSchV. Als Brennstoffe für  Zusatzfeuerungen sowie Hilfskessel zur Dampf- und Stromerzeugung dienen hauptsächlich Erdgas, aber auch Heizöl und Kohle.

Weitere luftrelevante Nebenanlagen für das Sulfatverfahren sind: Kaustizierung und Abluft aus der Bleicherei (z.B. Restgaswäsche) sowie Anlagen zur Geruchserfassung und -entsorgung von sogenannten Stark- und Schwachgasen, welche aus organischen Schwefelverbindungen (z.B. Mercaptane, Dimethylsulfid, Schwefelwasserstoff), auch Total Reduced Sulphur genannt. Starkgase treten in geringer Menge und hoher Konzentration v.a. am Zellstoffkocher und an der Eindampfanlage auf. Schwachgase treten in großer Menge und geringer Konzentration an vielen Stellen im Prozess (z.B. Behälterentlüftungen) auf.

Für das Sulfitverfahren sind weitere SO2-Emissionsquellen und Quellen von Geruchsemissionen an mehreren Stellen zu berücksichtigen (z.B. Entleeren des Zellstoffkochers, Bleicherei, Ablaugeeindampfung).

Staubförmige Emissionen

Staubförmige Emissionen (Holzstaub) werden durch die Entrindung des Holzes unter Verwendung von Nasszyklonen vermieden. Für die Aufbereitung und den Umschlag staubender Güter lassen sich durch herkömmliche Maßnahmen, beispielsweise Kapselung von Anlagenteilen, Filter (Siloaufsatzfilter, Gewebefilter) vermindern. Abgase aus der Kaustizierung und dem Kalkofen (Sulfatverfahren) werden gefasst und über eine Nasswäsche gereinigt.

Gasförmige anorganische Stoffe

Das im Abgas der Anlage zur Chlordioxidherstellung und in der Zellstoffbleiche (Sulfatverfahren) enthaltene Chlor wird mittels Nasswäsche gereinigt.

Geruchsintensive Stoffe

Starkgase aus dem Sulfatverfahren werden in gasdichten Systemen erfasst und in einer Starkgasmuffel, gegebenenfalls zusammen mit einem Methanol-Terpentin-Gemisch aus dem Kondensat der Ablaugeeindampfanlage, verbrannt. Die Starkgassysteme sind redundant ausgelegt (Notfackel).

Schwachgase beider Verfahren werden durch geeignete Absaugeinrichtungen erfasst und in der Regel als Verbrennungsluft dem Rückgewinnungskessel zugeführt.

Emissionen aus Recyclingpapier

Es gibt Emissionen aus dem Recyclingpapier z.B. beim Erhitzen des Kopierpapiers beim Kopieren (z.B. SemiVolatileOrganicCompounds). Diese stammen aber nicht aus dem Herstellungsverfahren des Recyclingpapiers sondern aus dem dafür eingesetzten Altpapier (Druckfarben, Beschichtungen die beim Deinking nicht entfernt werden konnten). Das Umweltzeichen Blauer Engel vertritt nicht nur Umweltgesichtspunkte sondern hat auch einen vorsorgenden Verbraucherschutz zum Ziel. Aus diesem Grunde enthalten die Vergabegrundlagen für die einzelnen Recyclingprodukte strenge Anforderungen für bestimmte Stoffe.

Entsorgung von Papierhandtüchern

Papierhandtücher, Küchentücher, Servietten, Papiertaschentücher und ähnliche Papierprodukte enthalten sogenannte Nassfestmittel, damit sie sich beim Gebrauch nicht gleich auflösen. Leider verhindern diese Stoffe beim Recycling das Lösen der Fasern. Sie können also nur schwer recycelt werden. Die fortgeschrittene Technik der Altpapieraufbereitung macht es allerdings möglich, dass diese Papiere dem Papierrecycling zugeführt werden können, sofern zwei Bedingungen beim Eingang in die Papierfabrik eingehalten werden können: Nassfeste Papiere sollen nur kleine Fraktionen innerhalb der Altpapierlieferung darstellen und die Papiere sollten nicht übermäßig verschmutzt sein.

Da es sich bei gebrauchten Papierhandtüchern in der Regel um wenig verschmutzte Ware handelt und diese in Kleinmengen anfällt, spricht aus unserer Sicht nichts gegen eine haushaltsnahe Erfassung im vorhandenen Altpapiererfassungssystem. Sollte eine getrennte Erfassung von graphischen Papieren und Verpackungspapieren vorhanden sein, sind die Papierhandtücher über den Behälter mit den Verpackungspapieren zu entsorgen. Stark verschmutzte Papierhandtücher können in kleineren Mengen auch als Bioabfall, ansonsten mit dem Restmüll entsorgt werden.

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