Aufgabenstel-lung
Auf der Basis der Ergebnisse der im Labor und Technikum durchgeführten Ver-suche sollte eine praxisrelevante Technologie für den Einsatz modifizierter Ge-treidemehle und Kleiefraktionen erarbeitet werden.
Vorschlag Schonlage
Die für die Projektdurchführung bezüglich der Schonlage gestellt Aufgabe be-stand darin, durch Zusatz preiswerter Trockenfestmittel zur Gesamtfestigkeit des Kartons einen Beitrag zu leisten, wobei sich die Verwendung von Waxywei-zen(-quell)mehl als besonders positiv erwies.
In der Masse zugesetzte kationische Mehle müssen vor ihrem Einsatz in Jet-Kochern bei >130 °C thermisch aufbereitet werden, falls keine in kaltem Wasser quellbare aber preisintensivere Produkte – sogenannte Quellmehle – zum Ein-satz kommen sollen. Der ZuEin-satz nativer Mehle wird nicht empfohlen, da durch verminderte Retention der Mehle die Wasseraufbereitung der Papierfabrik stark belastet werden würde. Kationische Mehle werden nach ihrer Aufbereitung bei einer Konzentration von 1-2% in einer Dickstoffstapelbütte (Stoffdichte ca. 3-4%) zugesetzt und gut verteilt. Wichtig ist eine ausreichende Zeit bis zur Stoff-verdünnung, um eine ausreichende Adsorption des Getreidemehls auf dem Faserstoff zu erreichen.
Vorschlag Einla- Die Ergebnisse bei Anwendung der herkömmlichen Technologie der
Stoffaufbe-Um die Kleie in der Faserstoffmatrix zu retendieren sollte sie kationisiert wer-den, wobei ein Substitutionsgrad von etwa 0,02…0,03 als ausreichend angese-hen wird. Dieser Verfahrensschritt sollte zweckmäßigerweise in Unternehmen vorgenommen werden, die über das technisch-technologische Know-how bei-spielsweise zur trockenen Getreidemehlmodifizierung verfügen.
In der Papier-/Kartonfabrik wird die Kleiekomponente als Slurry oder als Pulver an einer geeigneten scherintensiven Zugabestelle (z. B. vor einer Pumpe) im Dickstoffbereich der Stoffaufbereitung dosiert.
Die Anwendung der Hochkonsistenztechnologie für die Einarbeitung der Funkti-onsadditive Getreidemehl und/oder Kleie brachte bei den Untersuchungen im Rahmen des Projekts keine Vorteile hinsichtlich der produktrelevanten Quali-tätsparameter, weshalb darauf verzichtet wird diesbezüglich einen Technologie-vorschlag zu unterbreiten. Unternehmen, die über Aggregate in der Stoffaufbe-reitung verfügen, die im Hochkonsistenzbereich (SD 20%) arbeiten, werden bei Interesse auf die technologischen Bedingungen der Technikumsuntersu-chungen verwiesen.
6 Wirtschaftlichkeitsrechnung
Anwendungsbe-reiche
Die Ergebnisse des FuE-Projekts können von Unternehmen wirtschaftlich um-gesetzt werden, die Kartone und Pappen sowie volumenorientierte Papiere in ihrem Produktionssortiment haben.
Die Verwertung des FuE-Ergebnisses ist in erster Linie bei der Herstellung der Papiere und Kartone möglich. Förderlich jedoch nicht Voraussetzung ist das Vorhandensein entsprechender Anlagentechnik für die thermische Aufbereitung kationischer Mehle bzw. Dispergiereinrichtungen für die Überführung der Kleien in eine Slurryform.
Hauptanwendungsgebiet für die Kartone ist die Erzeugung von Maschinenkar-ton auf (Mehrfach-)Langsieben oder Rundsieben. Zu dieser KarMaschinenkar-tonsorte gehö-ren auch die ungestrichenen und gestrichenen Faltschachtelkartone, die insbe-sondere für Kleinverpackungen technischer Artikel aber auch in zunehmendem Maße für Umverpackungen für Lebensmittel eingesetzt werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet erschließt sich bei der Herstellung volumenori-entierter Papiersorten, wie sie beispielsweise Werkdruckpapiere, insbesondere für Taschenbücher, darstellen.
Obwohl das Gesamtergebnis des Projekts die Erwartungen nicht in jeder Hin-sicht erfüllt hat, konnten einige Teilerkenntnisse gewonnen werden, die bei Um-setzung in interessierten Unternehmen auch zu wirtschaftlichen Effekten führen können.
In den nachfolgenden Aufstellungen werden die möglichen ökonomischen Ef-fekte unter Verwendung der im Projekt eingesetzten Funktionsadditive beispiel-haft für zwei Kartonsorten und Produktionsmengen zu Grunde gelegt.
Einsatz von Holzmehl (Referenz)
Tab. 16 Wirtschaftliche Effekte durch den Einsatz von Holzmehl +/- kationischem Getreidemehl
Kartonproduktion Dimension FSK Graukarton
(Firma 1) ABL (Firma 2) NBL
Karton Jahresproduktion t/a 250.000 40.000
Preis / t Karton (Normalprodukte) €/t Karton 930,00 510,00
Umsatz (Normalprodukt) €/t Karton 232.500.000 20.400.000
anteilig "neue" Produktion % 12 20
t/a 30.000 8.000
Preisaufschlag für neues Produkt % 5 5
Preis / t Karton (neues Produkt, ohne Fkt.-Add.) €/t Karton 976,50 535,50
Preisvorteil (+ 5% Aufschlag) €/t Karton 46,50 25,50
Mehrerlös durch neues Produkt €/a 1.395.000 204.000 Holzmehl Kosten Fkt.-Additive €/t Karton 15,50 15,50 (Referenz) Preisvorteil €/t Karton 31,00 10,00 Erlösminderung durch Additiveinsatz €/a 465.000 124.000 Mehrerlös durch neues Produkt €/a 930.000 80.000 Holzmehl + Kosten Fkt.-Additive €/t Karton 27,20 27,20 Getreidemehl Preisvorteil €/t Karton 19,30 -1,70
Erlösminderung durch Additiveinsatz €/a 816.000 217.600 Mehrerlös durch neues Produkt €/a 579.000 -13.600
Aufbereitetes Holzmehl als das in der Vergangenheit am Häufigsten eingesetzte Additiv zur Erhöhung des spezifischen Volumens wurde als Referenzprodukt verwendet. Die ausgewiesenen Mehrerlöse gehen von einem alleinigen Einsatz des Produkts als Abstandshalter bzw. einem gemeinsamen Einsatz mit kationi-schem Getreidemehl aus. Für Unternehmen tritt beim Einsatz des Referenzpro-dukts der geringste wirtschaftliche Effekt ein.
Einsatz von Kleie Tab. 17 Wirtschaftliche Effekte durch den Einsatz von nativer Kleie +/- kationi-schem Getreidemehl
Kartonproduktion Dimension FSK Graukarton
(Firma 1) ABL (Firma 2) NBL
Karton Jahresproduktion t/a 250.000 40.000
Preis / t Karton (Normalprodukte) €/t Karton 930,00 510,00
Umsatz (Normalprodukt) €/t Karton 232.500.000 20.400.000
anteilig "neue" Produktion % 12 20
t/a 30.000 8.000
Preisaufschlag für neues Produkt % 5 5
Preis / t Karton (neues Produkt, ohne Fkt.-Add.) €/t Karton 976,50 535,50
Preisvorteil (+ 5% Aufschlag) €/t Karton 46,50 25,50
Mehrerlös durch neues Produkt €/a 1.395.000 204.000 Kleie Kosten Fkt.-Additive €/t Karton 3,50 3,50
Preisvorteil €/t Karton 43,00 22,00
Erlösminderung durch Additiveinsatz €/a 105.000 28.000 Mehrerlös durch neues Produkt €/a 1.290.000 176.000
Einsatz von
Kleie, kation. Tab. 18 Wirtschaftliche Effekte durch den Einsatz von kationischer Kleie +/- katio-nischem Getreidemehl
Kartonproduktion Dimension FSK Graukarton
(Firma 1) ABL (Firma 2) NBL
Karton Jahresproduktion t/a 250.000 40.000
Preis / t Karton (Normalprodukte) €/t Karton 930,00 510,00
Umsatz (Normalprodukt) €/t Karton 232.500.000 20.400.000
anteilig "neue" Produktion % 12 20
t/a 30.000 8.000
Preisaufschlag für neues Produkt % 5 5
Preis / t Karton (neues Produkt, ohne Fkt.-Add.) €/t Karton 976,50 535,50
Preisvorteil (+ 5% Aufschlag) €/t Karton 46,50 25,50
Mehrerlös durch neues Produkt €/a 1.395.000 204.000 Kleie, kat. Kosten Fkt.-Additive €/t Karton 9,20 9,20
Preisvorteil €/t Karton 37,30 16,30
Erlösminderung durch Additiveinsatz €/a 276.000 73.600 Mehrerlös durch neues Produkt €/a 1.119.000 130.400 Kleie, kat. + Kosten Fkt.-Additive €/t Karton 20,90 20,90 Getreidemehl Preisvorteil €/t Karton 25,60 4,60 Erlösminderung durch Additiveinsatz €/a 627.000 167.200 Mehrerlös durch neues Produkt €/a 768.000 36.800
Durch den Zusatz kationischer Kleie wurde in Einzelfällen ein qualitativer Vorteil erzielt. Die Erlöse sind gegenüber dem Einsatz nativer Kleie geringer, bedeuten aber für interessierte Unternehmen noch einen ökonomischen Vorteil gegen-über dem Einsatz des Referenzprodukts.
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Dr.-Ing. Eckehard Möller Tel. 03529 / 551-640
Eckehard.Möller@ptspaper.de
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Abkürzungen und Symbole
Symbol [Einheit] Bedeutung
-c03, -c05 (Substitutions-, Derivatisierungsgrad) CSB [mg/l] Chemischer Sauerstoffbedarf
EWR dyn. [g/s] Entwässerungsrate, dynamisch ermittelt (DFR-05) EWR stat. [s/700ml] Entwässerungsrate, statisch ermittelt (SR-Prüfgerät)
FSK Faltschachtelkarton
HC Hochkonsistenz
HM-100, -320 Holzmehl mit unterschiedlicher mittlerer Partikelgröße
KL Kraftliner
kwq in kaltem Wasser quellbar
LAB Labor
LB Laborblatt
LBB Laborblattbildner
LF [µS/cm] Elektrische Leitfähigkeit MF-EL Modell-Faserstoff Einlage MF-SL Modell-Faserstoff Schonlage MW-EL Modell-Prozesswasser Einlage MW-SL Modell-Prozesswasser Schonlage
n (Suffix) nativ
NBL Neue Bundesländer
NP Nullpunkt
q (Suffix) Quell-(Mehl)
PKP Papier, Karton, Pappe
RK(X) Roggenkleie (Codierung der Mühle) RM(X) Roggenmehl (Codierung der Mühle)
TEC Technikum
WK(X) Weizenkleie (Codierung der Mühle) WM(X) Weizenmehl (Codierung der Mühle)
wx (Suffix) Waxy-(Mehl)
Anhang
1_Weizenmehl, nativ (Typ 550) 2_Weizenquellmehl
3_Waxy-Weizenmehl, nativ 4_Waxy-Weizenquellmehl
5_Roggenmehl, nativ (Typ 610) 6_Roggenquellmehl Abb. 63 Native und modifizierte Getreidemehle
11_Weizenmehl, kationisiert 12_Weizenquellmehl, kationisiert
13_Waxy-Weizenmehl, kationisiert 14_Waxy-Weizenquellmehl, kationisiert
15_Roggenmehl, kationisiert 16_Roggenquellmehl, kationisiert
Derivatisierungsgrad aller Proben: DS = 0,05
240_Weizen-Grießkleie (H) 250_Weizenkleie, grob (H)
260_Weizenkleie (S)
270_Roggenkleie (U) 280_Roggenkleie (S) Abb. 65 Eingesetzte Kleie-Ausgangsprodukte
240_Weizen-Grießkleie (H) 250_Weizenkleie, grob (H)
260_Weizenkleie (S)
270_Roggenkleie (U) 280_Roggenkleie (S) Abb. 66 Getreidekleie - Ausgangsprodukte
260_Weizenkleie (S) 261_Weizenkleie (S), Fraktion G (> 315 µm)
262_ Weizenkleie (S), Fraktion FM (< 315 µm) 263_ Weizenkleie (S), Fraktion M (200 … 315 µm)
264_ Weizenkleie (S), Fraktion F (< 200 µm)
Abb. 67 Fraktionen der Weizenkleie (S) (Beispiel)
260_Weizenkleie (S) 261_Weizenkleie (S), Fraktion G (> 315 µm)
262_ Weizenkleie (S), Fraktion FM (< 315 µm) 263_ Weizenkleie (S), Fraktion M (200 … 315 µm)
264_ Weizenkleie (S), Fraktion F (< 200 µm)
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Stärke – wichtigstes Additiv in der Papierwirtschaft
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Der Einsatz modifizierter Getreidemahlprodukte bei der Herstellung und Verarbeitung von Papier, Karton und Pappe – Notlösung oder Alternative?
Vortrag auf der 14. Internationalen Tagung des Instituts für Getreideverarbeitung GmbH (IGV), Bergholz-Rehbrücke 2003
14 Persönliche Mitteilung des Verbandes Deutscher Mühlen, 2009 15 N.N.
Erschließung von ökologisch verträglichen und wirtschaftlichen Verarbeitungslinien für Nebenprodukte der Getreidevermahlungen, insbesondere Kleie
Projektskizze zum Förderschwerpunkt „Integrierter Umweltschutz in der Ernährungsindustrie“, Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung e.V., Bergholz-Rehbrucke, 1998
16 ROLLE, T.
Brantex® - Verbundmaterial aus Getreidekleie
Vortrag auf dem Innovationsforum „Biopolymere aus Getreidemehl für die papierverarbeitende und –veredelnde Industrie“, Rostock, 10.10.2006
17 C.F. Rolle GmbH (ANSORGE, T., ROLLE, T., NENDEL, K. und ROLLE, W.)
Verfahren zur Herstellung eines verrottbaren Verpackungshilfsmittels und Verpackungshilfsmittel DE-PS 195 25 447 C2, OT: 16.01.1997
18 Persönliche Mitteilung der Technologie- und Innovations-Transferstelle für die Lebensmittel- und Verarbeitungswirtschaft in der IGV Institut für Getreideverarbeitung GmbH
19 WICHELS, R. und GOLDMANN, K.
Roggenkleie-Inhaltsstoffe mit funktionellen Eigenschaften als potentielle Rohstoffe der Ernährungswirtschaft
Mühle + Mischfutter 141 (2), 52-53 (2004) 20 STRUNZ, A.-M., MEINL, G. und MANOIU, A.
Einsatz von Verstärkungsstoffen zur Sicherung der Festigkeit von Wellpappenrohpapieren PTS-Forschungsbericht, 2008
http://www.ptspaper.de/fileadmin/PTS/Dokumente/Forschung/Forschungsprojekte/AiF_14808.pdf 21 KLEIN, M., STRUNZ, A.-M. und MEINL, G.
Rechnergestützte Minimierung der Herstellungskosten für Wellpappenrohpapier
http://www.ptspaper.de/fileadmin/PTS/Dokumente/Forschung/Forschungsprojekte/BMWA_1108.p df
22 STRUNZ, A.-M., MEINL, G. und MANOIU, A
Einsatz von Verstärkungsfaserstofferstoffen zur Sicherung der Festigkeitseigenschaften leichter Wellpappenrohpapiere
PTS-Forschungsbericht, IGF BR 14808
PTS in München: Heßstraße 134 · 80797 München · Telefon +49 (0)89-12146-0 · Telefax +49 (0)89-12146-36 PTS in Heidenau: Pirnaer Straße 37 · 01809 Heidenau · Telefon +49 (0)3529-551-60 · Telefax +49 (0)3529-551-899