Papier
Entwicklung von Anforderungen an die Rezyklierbarkeit von Papierprodukten
Saskia Runte, Hans-Joachim Putz und Samuel Schabel
1. Einleitung ...557
2. Rezyklierung von Druckerzeugnissen...560
3. Rezyklierung von Verpackungsprodukten ...564
4. Zusammenfassung ...570
5. Literatur ...571
1. Einleitung
Altpapier 64 % Holzstoff 4 %
Mineralien und Additive 15 % Zellstoff 17 %
Altpapier ist in Deutschland mit 64 Pro- zent (2014) der wichtigste Rohstoff zur Herstellung von Papier- und Kartonpro- dukten (Bild 1). Insgesamt wurden im letzten Jahr etwa 16,6 Millionen Tonnen rezyklierte Papierprodukte eingesetzt [15].
Der Einsatz von Altpapier bietet der Papierindustrie ökonomische und öko- logische Vorteile. Durch die Nutzung der Ressource Altpapier anstelle von Frischfasern können die Kosten bei der Papierherstellung, der Energieeinsatz und der Frischwasserbedarf gesenkt werden.
Zusätzlich wirkt sich der Einsatz von Bild 1: Rohstoffverbrauch in Deutschland
2014
Quelle: N.N.: Papier 2015, Ein Leistungsbericht. Verband Deutscher Papierfabriken e.V., 2015
Altpapier als Rohstoff positiv auf die CO2-Bilanz, gemessen an den ausgestoßenen CO2-Emissionen, aus [2]. Dennoch liegt die Altpapier-Einsatzquote nicht in allen europäischen Ländern auf so einem hohen Niveau wie in Deutschland (74 Prozent).
2013 lag die Altpapier-Einsatzquote in Europa durchschnittlich bei 53 Prozent [15].
Die Menge des eingesetzten Altpapiers hängt im Wesentlichen von der Verfügbarkeit primärer Faserstoffe und der Altpapier-Erfassungsquote ab. So werden in Ländern mit hohem Waldvorkommen vorrangig Frischfasern zur Herstellung von Papier- und Kartonprodukten eingesetzt. Die Altpapier-Erfassungsquote, die sich aus der erfassten Altpapiermenge durch den Papierverbrauch ergibt, ist stark von der Bevölkerungsdichte, den Altpapier-Erfassungssystemen und von dem ausgebildeten Umweltbewusstsein der Bevölkerung abhängig [11].
Papier
Tabelle 1: Altpapier-Einsatzquote ausgewählter Länder 2013
Deutschland Finnland Polen Europa Welt
%
Altpapier-Einsatzquote 74 6 50 53 58 Quelle: N.N.: Papier 2015, Ein Leistungsbericht. Verband Deutscher Papierfabriken e.V., 2015
In Tabelle 1 wird der Unterschied in der Altpapier-Einsatzquote ausgewählter Länder deutlich und zeigt insgesamt das Potential auf, welches das Altpapier als Rohstoff für die Produktion von Papier- und Kartonprodukten aufweist.
In Abhängigkeit des Verwendungszwecks wird Altpapier für verschiedene Papier- und Kartonprodukte eingesetzt. Dabei werden aus dem rezyklierten Altpapier hauptsächlich grafische Papiere und Verpackungspapiere hergestellt. Da die Anforderungen von Hygi- ene- und Spezialpapieren durch das Altpapier nicht immer erfüllt werden können, liegt der Einsatz hier auf einem geringeren Niveau. In Bild 2 ist die Altpapier-Einsatzquote für Papier und Karton 2014 über die Produktionsmenge dargestellt. Zusätzlich ist aufgezeigt, aus welcher Altpapiersorte die Produkte hergestellt werden.
1 CEPI – Confederation of European Paper Industries
Bild 2: Altpapiereinsatz nach Produktgruppe und Altpapiersorte in den CEPI1-Ländern 2014
Quelle: N.N.: CEPI – Key Statistic, 2015; Verfügbar auf: http://www.cepi.org/system/files/public/documents/publications/
statistics/2015/Key%20Statistics%202014%20FINAL.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
Aus Bild 2 wird ersichtlich, dass im grafischen Bereich vor allem Zeitungen auf Altpa- pierbasis hergestellt werden. Die Altpapier-Einsatzquote liegt bei über neunzig Prozent, wobei das Altpapier fast vollständig aus rezyklierten grafischen Produkten besteht.
10 20 30
70 60 50 40 30 20 10 Einsatzquote
%
0
Gemischte Sorten Zeitungen und
Magazine 0
100 90 80
Andere grafische Papiere
Wellpappenpapiere
Wellpappe und Karton
Bessere Sorten Anteil an der gesamten Papier- und Kartonherstellung %
40 50 60 70 80 90 100
Zeitungspapier
Karton Andere Verpackungs-
papiere
Hygienepapiere Andere Papier- und Kartonsorten
Papier
Bei den weiteren grafischen Papieren werden vor allem für höherwertige Papiere Frischfasern eingesetzt, wodurch die Altpapier-Einsatzquote insgesamt geringer ist.
Sehr deutlich zeigt sich der hohe Altpapiereinsatz bei Verpackungspapieren, bei denen vorwiegend rezyklierte Verpackungsprodukte eingesetzt werden.
In der Papierindustrie ist ein Rückgang der Produktion von grafischen Papieren zwar sichtbar, dennoch wird in den nächsten Jahren Altpapier als wichtiger Rohstoff bestehen bleiben und der Bedarf voraussichtlich steigen. Besonders durch die stetig steigende Menge an Verpackungspapieren, die größtenteils aus Altpapier hergestellt werden, wird dies deutlich.
Bild 3 zeigt die erwartete Entwicklung der Papierproduktion der einzelnen Produkt- kategorien bis 2025 auf [18].
Bild 3: Entwicklung der Papierproduktion nach Papierkategorien in Deutschland
Quelle: Putz, H.-J.; Runte, S.; Kappen, J.; Seidemann, C.: Gefahr Recyclingkollaps? - Aufklärung von Art, Wirkrichtung und Wechselwirkungen der aktuellen Entwicklungstrends in Hinblick auf die zukünftige Altpapierqualität in Mitteleuropa. Darmstadt / München, TU Darmstadt, Fachgebiet Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV), Papiertechnische Stiftung (PTS), Abschlussbericht zum INFOR-Forschungsprojekt Nr. 171R, 2014
Aus den produzierten Papieren werden im folgenden Verarbeitungsschritt die eigent- lichen Papier- und Kartonprodukte für den jeweiligen Verwendungszweck herge- stellt. So werden beispielsweise aus Verpackungspapieren Faltschachtelkartons und
Papier
Wellpappenverpackungen hergestellt und in den Druckereien aus grafischen Papieren Druckerzeugnisse erzeugt. Diese Produkte werden nach der Nutzung beim Verbraucher dem Recyclingzyklus als Altpapier wieder hinzugegeben.
Damit auch in Zukunft durch die Rezyklierung von Altpapier qualitativ hochwertige Papiere und Kartons hergestellt werden können, muss das Altpapier bestimmte Anfor- derungen erfüllen, die im Folgenden für Druckerzeugnisse und Verpackungsprodukte näher erläutert werden.
2. Rezyklierung von Druckerzeugnissen
Anforderungen an die Rezyklierbarkeit von Druckerzeugnissen
Druckerzeugnisse sind bedruckte Papiere wie Zeitungen, Zeitschriften, Bücher und Kataloge. Um den weiteren Einsatz dieser Produkte für die Herstellung von neuen Pa- pier- und Kartonprodukten zu gewährleisten, müssen sie die folgenden Anforderungen für einen erfolgreichen Recyclingprozess erfüllen.
• Zerlegung der Produkte in Einzelfasern bei der Zerfaserung,
• Entfernung der Druckfarbenpartikel bei der Altpapieraufbereitung,
• Entfernung klebender Verunreinigungen bei der Altpapieraufbereitung.
Der erste Schritt bei der Papierherstellung ist die Zerfaserung des Altpapiers im Pulper.
Durch die Zugabe von Wasser und dem Einbringen von mechanischer Arbeit wird aus dem Altpapier eine Altpapiersuspension hergestellt. Wichtig ist in diesem Schritt, dass sich das Altpapier leicht in die einzelnen Fasern desintegrieren lässt. Reine Zeitungen lassen sich z.B. besser zerfasern als nassfest ausgerüstete Papierprodukte. Nicht zerfa- sertes Altpapier sowie grobe papierfremde Bestand- und Produktteile wie eingeklebte CDs in Magazinen fallen nach der Zerfaserung als Grobrejekt an und müssen aus dem Prozess ausgeschleust werden. Im weiteren Stoffaufbereitungsprozess durchläuft die Altpapiersuspension mehrere Sortier- und Reinigungsstufen, in denen weitere pa- pierfremde Bestand- und Produktteile, wie Steine und Kunststoffe abgetrennt werden.
Des Weiteren wird die Altpapiersuspension in der Stoffaufbereitung deinkt, indem meist mittels Flotation die Druckfarbenpartikel entfernt werden. Die Druckfarbenentfernung ist ein wesentlicher Prozessschritt während der Papierherstellung, um den Anforderun- gen an die Helligkeit und optische Homogenität der produzierten Papiere zu genügen.
Ziel ist es, die Druckfarbe vollständig aus der Altpapiersuspension zu entfernen, damit ein sauberes, helles Papier ohne erkennbare Schmutzpunkte produziert werden kann.
Besonders für grafische Papiersorten, auf denen ein qualitativ hochwertiger Druck möglich sein soll, ist dies notwendig. Wie in Bild 2 gezeigt, wird für die Herstellung von Druckerzeugnissen Altpapier eingesetzt, welches bis zu einhundert Prozent aus Zeitungen und Magazinen zusammengesetzt ist. Diese Produkte werden je nach An- wendungszweck mit unterschiedlichen Druckfarben und -verfahren bedruckt, die sich in ihrer Deinkbarkeit stark unterscheiden können.
Papier Bild 4: Flotationsdeinking verschiedener Druckverfahren
Quelle: Faul, A.: Deinkbarkeit – neue Untersuchungsergebnisse. Vortrag EcoPaperLoop-Seminar: Papierprodukte, Verpackungen und Sammelsysteme optimieren, München, 9.10. 2014
Bild 4 zeigt die Effizienz des Flotationsdeinking verschiedener Druckverfahren in Abhängigkeit des Lösemittels und der Partikelgröße der Druckfarbe. Es wird deutlich, dass sich vor allem öl- und lösungsmittelbasierte Druckfarben, die bei- spielsweise im Offset- und Tiefdruckverfahren eingesetzt werden, gut deinken lassen. Weniger geeignet ist das Flotationsdeinking für wasserbasierte und vernetzte Druckfarben, die für Flexodruck und einige digitale Druckverfahren eingesetzt werden.
Bei der Altpapieraufbereitung müssen neben den Druckfarbenpartikeln auch die klebenden Verunreinigungen, die sogenannten Stickys, aus der Altpapiersuspensi- on entfernt werden. Makrostickys mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von
> 2.000 µm lassen sich während der Papierherstellung durch Sortierprozesse gut abtrennen. Kritisch zu betrachten sind die kleineren Makrostickys, die während der Altpapieraufbereitung zusammen mit der Altpapiersuspension durch die Sortierag- gregate durchgehen und somit im weiteren Produktionsprozess bleiben. Aufgrund ihrer Klebrigkeit können sie sich beispielsweise an Maschinenteilen ablagern und somit zu Problemen bei der Papiererzeugung und -verarbeitung führen.
wasserbasierend öl-/lösungsmittelbasierend vernetzt
ansteigende Druckpartikelgröße
Eignung für das Flotationsdeinking
Offset (Mineralöl) Konventioneller Flexo
(industrieller Einsatz)
Verbesserter Flexo (Experimenteller Einsatz)
Inkjet
(agglomerierte Pigmenttinten)
Offset (Pflanzenöl)
Trockentoner (Kopierer, Laserdrucker)
UV
Flüssigtoner (ElectroInk) Tiefdruck
Inkjet (Standard)
Papier
Methoden zur Rezyklierbarkeitsbewertung von Druckerzeugnissen
Um die Rezyklierbarkeit von Druckerzeugnissen zu prüfen und zu bewerten gibt es Prüfmethoden, die sich in der deutschen und europäischen Papierindustrie größtenteils etabliert haben. Die am meist verbreitete Methode, um die Deinkbarkeit bedruckter Papiere zu untersuchen, ist die INGEDE Methode 11 [7]. Sie beschreibt ein Flotations- verfahren zur Druckfarbenabtrennung, an deren Entwicklung das Fachgebiet Papier- fabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV) der TU Darmstadt maßgeblich beteiligt war. Ein vereinfachtes Verfahrensfließbild ist in Bild 5 (linker Strang) dargestellt.
Von dem künstlich gealterten und zerkleinerten Druckprodukt werden 200 g otro ent- nommen und zusammen mit Deinking chemikalien zerfasert. Anschließend wird der Faserstoff in der Flotationszelle deinkt, eine optische Bewertung an daraus hergestellten Laborblättern und Nutschenfiltern durchgeführt und die Ergebnisse mit dem undeinkten Faserstoff verglichen. Analysiert werden dabei die folgenden Qualitätseigenschaften und Prozessparameter:
• Helligkeit,
• Schmutzpunktfläche,
• a*-Wert (Farbortverschiebung im Rot-Grün-Bereich),
• Druckfarbenentfernung,
• Filtratverdunkelung.
Neben der Druckfarbenentfernung ist wie schon beschrieben die Entfernung von Stickys im Herstellungsprozess notwendig. Anhand der INGEDE Methode 12 [8] wird eine Prü- fung des Fragmentierverhaltens von Klebstoffapplikationen und der Sortierbarkeit von Klebstoff an wendungen durchgeführt. Bild 5 zeigt das vereinfachte Verfahrensfließbild (rechter Strang). Dabei werden die Klebstoffapplikationen einem frischfaserbasierten holzfreien Papier hinzugegeben und unter Zugabe von Deinkingchemikalien zerfasert.
Anschließend erfolgt eine Sortierung des Faserstoffs anhand der INGEDE Methode 4 [6], in der die Bestimmung von Makrostickys aus Faserstoffen beschrieben ist. Der Faserstoff wird dabei über eine 100 µm Schlitzplatte sortiert und anschließend mittels eines Bildana- lyseprogramms ausgewertet. Analysiert wird die erhaltene Makrostickyfläche in mm²/kg.
Bild 5:
Rezyklierbarkeit von Druck- erzeugnissen
Papier
Von INGEDE2 und ERPC3 wurden zusammen mit dem PMV die Bewertungen der Deinkbarkeit und die Entfernung der Makrostickys entwickelt, die durch die Dokumente Assessment of Printed Product Recyclability – Deinkability Score [4] und Assessment of Printed Product Recyclability – Scorecard for the Removability of Adhesive Applications [5] beschrieben werden. Dort werden die in Bild 5 beschriebenen Verfahren bewertet, indem den gemessenen Parametern Ziel- und Schwellenwerte zugeordnet werden. Wird der Schwellenwert für einen Parameter nicht erreicht, so wird das Produkt als nicht deinkbar, bzw. der Klebstoff als unzureichend abtrennbar eingestuft.
Die Bewertung der Rezyklierbarkeit von Druckerzeugnissen mit Hilfe der PTS- Methode RH 021/97 [12] ist mittlerweile so abgewandelt, dass sie im Wesentlichen auf der INGEDE Methode 11 beruht, weshalb sie an dieser Stelle nicht weiter behandelt wird.
Ausgewählte Ergebnisse zur Rezyklierbarkeitsbewertung von Druckerzeugnissen Innerhalb des EU-Projektes EcoPaperLoop (Grant No. 4CE555P3) wurden im Zeit- raum September 2012 bis Dezember 2014 insgesamt 93 Druckerzeugnisse aus Polen, Italien, Slowenien, Ungarn und Deutschland untersucht. Dabei wurden die Produkte anhand ihres Basispapiers in die drei Kategorien Zeitungen, gestrichene Magazine und ungestrichene Magazine eingeteilt und anhand der INGEDE Methode 11 [7]
geprüft und durch die Deinkability Score Card [4] bewertet. Von den 93 Produkten wurden insgesamt 18 als nicht deinkbar bewertet. 13 dieser Produkte waren Zeitungen, wovon drei auf lachsfarbenen Basispapieren gedruckt waren, sodass durch die Flota- tion der Schwellenwert für den a*-Wert bei diesen Produkten nicht erreicht wurde.
2 INGEDE – International Association of the Deinking Industry
3 ERPC – European Recovered Paper Council
Bild 6: Deinking-Score ausgewählter Druckerzeugnisse
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50
Deinkability Score
InkJet bedruckt Zeitungen
Magazine ungestrichen
Magazine gestrichen
Score für Filtratverdunkelung Score für Gesamtschmutz- punktfläche
Score für Druckfarbenentfernung Score für a*-Wert
Score für Schmutzpunktfläche > 250 µm Score für Helligkeit
Papier
Fünf dieser Zeitungen wurden mittels Inkjet- und drei mittels des Flexodruckverfahrens bedruckt. Wie in Bild 4 zu sehen, lassen sich diese Druckverfahren generell schlecht deinken. Von den 21 ungestrichenen Magazinen ist nur ein Produkt auf Grund der Schmutzpunkte durchgefallen und von den 26 gestrichenen Magazinen sind insgesamt vier Produkte u.a. wegen einem zu hohen Schmutzpunktgehalt als nicht deinkbar eingestuft worden. Eine Auswahl der Ergebnisse ist in Bild 6 dargestellt.
Die Ergebnisse in Bild 6 zeigen, dass die klassischen im Offset-Coldset-Verfahren gedruckten Tageszeitungen sowie die meisten Magazine gut deinkbar sind. Haupt- sächlich verursachen Flüssigtoner, die viele und große Schmutzpunkte generieren und Inkjetdrucke, durch zu geringe Helligkeit und Filtratverdunkelung, Probleme beim Deinking. Zurzeit sind diese nicht deinkbaren Produkte noch nicht als allzu kritisch zu betrachten, da sie mengenmäßig im Altpapier weniger stark vertreten sind. Sollte der Trend jedoch in den nächsten Jahren weiter Richtung Digitaldruck gehen, muss die Papierindustrie darauf reagieren.
3. Rezyklierung von Verpackungsprodukten
Anforderungen an die Rezyklierbarkeit von Verpackungsprodukten
Verpackungen schützen die enthaltene Ware, setzen das Produkt in Szene und in- formieren über den Inhalt. Dazu gehören Faltschachteln, z.B. für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie und Wellpappenkartons, z.B. für den Versandhandel und Umzugskartons.
Um den weiteren Einsatz von Verpackungsprodukten für die Herstellung von neuen Papier- und Kartonprodukten zu gewährleisten, müssen diese die folgenden Anforde- rungen für einen erfolgreichen Recyclingprozess erfüllen:
• Hohe Ausbeute,
• Auflösung der Produkte bei der Zerfaserung,
• Entfernung klebender Verunreinigungen bei der Altpapieraufbereitung.
Im Vergleich zur Herstellung von Druckerzeugnissen besteht das Altpapier zur Pro- duktion von Verpackungen größtenteils aus Verpackungspapieren und Karton (Bild 2).
Diese müssen im Pulper gut zerfaserbar sein und eine hohe Ausbeute generieren. Da die rezyklierten Verpackungsprodukte oft mit Folien kaschiert, mit Etiketten beklebt oder Verbundstoffe und Sichtfenster enthalten, ist jedoch mit einem höheren Rejektanfall zu rechnen. Während der Verarbeitung der Verpackungsprodukte sollte demnach darauf geachtet werden, die Menge an papierfremden Produktteilen so gering wie möglich zu halten. Bei der Zerfaserung können auch Faserbündel, sogenannte Stippen anfallen.
Um diese in Einzelfasern aufzulösen, muss mehr Energie in den Zerfaserungspro- zess eingebracht werden. Die meisten Verpackungen werden bei der Verarbeitung zunächst geklebt, um z.B. das Füllgut eintragen zu können und werden anschließend wieder mit einer Klebenaht oder einem Klebestreifen verschlossen. Auch die schon erwähnten Sichtfenster werden in das Verpackungsprodukt eingeklebt. Durch diese
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Verklebungen können, je nach Art und Zusammensetzung des eingesetzten Klebers, Stickys in den Papierherstellungsprozess eingetragen werden. Wie bei den grafischen Produkten können die Makrostickys über 2.000 µm äquivalenten Kreisdurchmesser in der Stoffaufbereitung aussortiert werden, jedoch können sich kleinere Makrostickys an Maschinenelementen ablagern und den Produktionsprozess stören.
Methoden zur Rezyklierbarkeitsbewertung von Verpackungsprodukten Um die Rezyklierbarkeit von Verpackungsprodukten zu prüfen sind in Deutschland zwei Prüfmethoden bekannt. Zum einen die PTS-Methode RH 021/97, auf die an dieser Stelle jedoch nur verwiesen werden soll [12]. Des Weiteren wurde im Zeitraum von September 2012 bis Dezember 2014 in dem EcoPaperLoop-Projekt eine Metho- de am PMV entwickelt, in der die Rezyklierung von Verpackungsprodukten geprüft wird. Dabei werden die Verpackungen auf ihren Anteil an papierfremden und schwer zerfaserbaren Materialien, ihren Stippengehalt und ihr Makrostickypotenzial sowie ihren Aschegehalt und ihre Faserausbeute nach der Zerfaserung untersucht. Das Verfahrensschema der EcoPaperLoop Method 1 – Recyclability Test for Packaging Products [10], die auch als Zellcheming Merkblatt RECO 1 1/2014 verfügbar ist [16], ist in Bild 7 dargestellt.
Bild 7: Prüfung des Rezyklierverhaltens von Verpackungen
Quelle: N.N.: EcoPaperLoop Method 1 - Recyclability Test for Packaging Products (Issue: July 2014); Verfügbar auf: http://
ecopaperloop.eu/packaging/2014_EcoPaperLoop_Method_Recyclability_of_Packaging.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
Zur Prüfung der Rezyklierbarkeit wird das Verpackungsprodukt in Anlehnung an die industrielle Stoffaufbereitung für Verpackungspapiermaschinen behandelt. Im Vergleich zur PTS-Methode wird für diese Untersuchung eine repräsentativere Materialmenge
Papier
von 480 g otro eingesetzt. Nach der Probenvorbereitung wird das Verpackungsprodukt zunächst im Niederkonsistenzbereich zerfasert. Anschließend erfolgt die Grobsortierung, bei der die erzeugte Altpapiersuspension über ein Lochblech sortiert wird. Das Grobrejekt auf dem Lochblech wird gravimetrisch erfasst und damit die Ausbeute berechnet. Der Gutstoff nach der Grobsortierung wird homogenisiert und entsprechend dem Zellche- ming Merkblatt ZM V/18/62 auf den Stippengehalt untersucht [17]. Zusätzlich wird von der homogenisierten Altpapiersuspension der Aschegehalt entsprechend ISO 1762: 2001 gemessen [3] und die Faserausbeute berechnet. Des Weiteren wird die Makrosticky fläche in Anlehnung an INGEDE-Methode 4 bestimmt [6]. Vom Gutstoff der Makrostickysortie- rung werden Laborblätter entsprechend ISO 5269-2 hergestellt [13] und auf ihre optischen Inhomogenitäten bewertet.
Bisher gibt es noch keinen offiziellen Bewertungsmaßstab, an dem die Rezyklierbarkeit von Verpackungsprodukten bewertet wird. Innerhalb des EcoPaperLoop-Projektes wurde analog zur Deinking Score Card [4] ein Bewertungsvorschlag zur Rezyklierbarkeit von Verpackungsprodukten entwickelt, um die stoffliche Nutzung in der Papierindustrie zu verbessern. An dieser Stelle soll der Entwurf dafür vorgestellt werden. Untersucht werden können Produkte die entsprechend der EN 6434 in die Altpapiersortengruppen 1 bis 5 ein- gruppiert werden und in der Regel nicht für Deinking-Zwecke bestimmt sind. Die Produkte sollten in endgültiger Version für fertige produzierte Verpackungen mit Verschlussnaht getestet werden. Da es eine Vielzahl von verschiedenen Verpackungsarten gibt, wurden die folgenden acht Kategorien festgelegt, in denen die Verpackungen einsortiert werden:
• Faltschachtelkartons,
• Fasergussprodukte,
• Flüssigkeitsverpackungen,
• Säcke (aus Papier),
• Säcke (aus Verbundmaterial),
• Tragetaschen (offen, mit Henkel),
• Wellpappenverpackungen,
• Andere.
Um in Anlehnung an den industriellen Altpapieraufbereitungsprozess die Prozessparameter, die sich auf die Auswirkungen der Prozesseffizienz beziehen und die Qualitätsparameter zur Beschreibung der Qualität des erreichten Recyclingstoffs zu analysieren, werden die folgen- den Parameter bewertet, die mittels der EcoPaperLoop Method 1 [10] bestimmt wurden:
• Grobrejekt,
• Stippengehalt,
• Makrostickyfläche < 2.000 µm,
• Optische Inhomogenität.
4 EN 643 – Papier und Pappe – Europäische Liste der Altpapier-Standardsorten [14]
Papier
Für das Grobrejekt, den Stippengehalt und die Makrostickyfläche sollen in Abhängigkeit der Produktkategorie Schwellen- und Zielwerte definiert werden, um die Rezyklierbar- keit zu bewerten. Durch die Analyse der optischen Inhomogenität von den hergestellten Laborblättern kann ein Verpackungsprodukt nicht schlechter bewertet werden, da der generelle Einsatz zur Herstellung neuer Verpackungspapiere nicht eingeschränkt wird.
Jedoch kann das Produkt besser bewertet werden, wenn es eine optische Homogenität aufweist. Über die genauen Schwellen- und Zielwerte sowie die gesamte Bewertung der erhaltenen Ergebnisse wird aktuell noch diskutiert.
Ausgewählte Ergebnisse zur Rezyklierbarkeitsbewertung von Verpackungsprodukten Während des EcoPaperLoop-Projektes wurden insgesamt 169 Verpackungsprodukte getestet. Je nach Kategorie wurden 16 (Tragetaschen) bis 37 (Faltschachtelkartons) Pro- dukte untersucht. Die Mittelwerte der gemessenen Parameter werden in den folgenden zwei Bildern dargestellt. Die vertikalen Linien zeigen dabei den minimalen sowie den maximalen Wert des Parameters in der jeweiligen Produktkategorie an.
Bild 8: Mittelwerte des Grobrejekts und Stippengehalts unterschiedlicher Produktkategorien nach Rezyklierbarkeitstest (Vertikale Linien zeigen Minimum und Maximalwert jeder Kategorie)
Bei der Grobsortierung werden große und schwer zerfaserbare sowie große papierfrem- de Produktteile vom zerfaserten Altpapierstoff absortiert und gravimetrisch bestimmt.
Vom Gutstoff der Grobsortierung wird der Stippengehalt gemessen, der Faserbündel
Ergebnisse 100%
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Maximum
Minimum
Grobrejekt Stippengehalt Trage-
taschen Wellpappen- verpackung Falt-
schachtel- karton
Flüssigkeits-
verpackung Faserguss-
produkte Säcke –
Papier Säcke – Verbund-
material
Papier
und Verunreinigungen wie kleine Kunststoffteile aufzeigt. Bild 8 zeigt, dass für beide Parameter zwischen den betrachteten Produktkategorien sowie auch innerhalb jeder Produktkategorie große Unterschiede in den Ergebnissen auftreten.
Für beide Parameter zeigen die Faltschachtelkartons ein sehr gutes Rezyklierverhalten.
Das durchschnittliche Grobrejekt liegt sehr niedrig bei ein Prozent, der Stippengehalt bei 3,6 Prozent. Nur eins der 37 getesteten Produkte hatte ein Grobrejekt von über zehn Prozent und den maximalen Stippengehalt von 16 Prozent. Dieses Produkt war ein Faltschachtelkarton für Tiefkühlkost, der mit einer PET-Folie kaschiert war.
So wie die Faltschachtelkartons weisen auch die Fasergussprodukte ein sehr geringes Grobrejekt von durchschnittlich 2,8 Prozent auf, da nur ein Produkt einen Anteil von über zwanzig Prozent hatte. Auch der Stippengehalt von Fasergussprodukten hat generell keinen negativen Einfluss auf den Recyclingprozess. Der leicht erhöhte Mittelwert der Stippen resultiert aus zwei der 17 getesteten Produkte, die einen hohen Stippengehalt von über fünfzig Prozent aufwiesen.
Auch die Wellpappenverpackungen haben ein geringen durchschnittlichen Grob- rejektanteil von 4 Prozent und einen geringen Stippengehalt von 8 Prozent. Nur drei der 26 Verpackungen hatten ein Grobrejekt und Stippengehalt über zwanzig Prozent. Diese Produkte waren Schwerwellpappen und nassfest behandelte Gefahrgutverpackungen, deren Kanten mit Klebestreifen aus Glasfasern und mit Metallklammern verstärkt waren. Die anderen Produkte dieser Kategorie konnten insgesamt gut zerfasert werden und sind wie zu erwarten gut für den Recyclingprozess geeignet.
Insgesamt ist bei den Tragetaschen ein höherer Grobrejektanteil von durchschnittlich 16 Prozent gemessen worden, wobei ein Viertel aller getesteten Produkte über zwan- zig Prozent aufwies. Die höheren Rejekte resultieren zum einen aus Handgriffen wie Kordeln, die an den Taschen befestigt waren oder durch verstärkte Papierhandgriffe.
Auch können die Taschen mit Additiven so verstärkt worden sein, dass die Funk- tionalität des Produkts, das diverse Festigkeitskriterien erfüllen muss, gegeben ist.
Bezüglich des Stippengehalts lassen sich die Tragetaschen gut zerfasern. Da nur drei der 16 getesteten Produkte einen Stippengehalt von über zwanzig Prozent erreichen, liegt der Mittelwert bei knapp zehn Prozent.
In Abhängigkeit vom Anwendungszweck können Säcke vollständig aus Papier herge- stellt sein, oder mit einem Verbundmaterial ausgestattet bzw. verstärkt sein. Aus diesem Grund gibt es hohe Abweichungen zwischen den beiden Kategorien in Bezug auf das Grobrejekt. Die Säcke aus reinem Papier liegen mit einem durchschnittlichen Grobrejekt von 16 Prozent auf geringerem Niveau als die Säcke mit Verbundmaterialien, die bei 46 Prozent liegen. Zu erwähnen ist, dass zwar dreißig Prozent der Säcke aus reinem Papier ein Grobrejekt von über zwanzig Prozent und der Großteil dieser sogar über fünf- zig Prozent aufwiesen, dennoch hatte die Hälfte der getesteten Produkte kein Grobrejekt verursacht. Auch die Säcke mit Verbundstoffen weisen hohe Abweichungen innerhalb der Produktkategorie auf. Die großen Abweichungen der Ergebnisse innerhalb dieser beiden Kategorien, insbesondere für Säcke aus reinem Papier, resultieren daraus, dass in diesen Kategorien Säcke aller Größen und aus allen Bereichen getestet wurden.
Papier
So wurden Zementsäcke, die mit Nassfestmitteln behandelt wurden um Barriere- eigenschaften zu gewährleisten und durch deren Additive die Zerfaserung erschwert wird in der gleichen Kategorie getestet wie dünne Bäckertüten, die nicht extra behandelt wurden. Auch der Stippengehalt liegt in diesen beiden Kategorien auf einem höheren Niveau als bei den anderen Produktgruppen.
Die höchsten Gehalte an Grobrejekt und Stippen besitzen die Flüssigkeitsverpackungen.
Sie bestehen in großen Anteilen aus Verbundwerkstoffen wie Polyethylen oder Alumini- um, um spezifische Barriereeigenschaften zu erreichen und beeinträchtigen dadurch die Zerfaserung. An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass die EcoPaperLoop-Methode eine konventionelle Stoffaufbereitung simuliert, die auf die speziellen Erfordernisse der Zerfaserung von Flüssigkeitskartons sowie Verbundsäcken in speziellen Aufbe- reitungsanlagen nicht berücksichtigt. In industriellen Aufbereitungsprozessen werden Aluminium und Kunststoffe gezielt aufgefangen und für eine weitere Verwertung in anderen Branchen genutzt.
Trage-
taschen Wellpappen- verpackung
Falt- schachtel-
karton
Flüssigkeits- verpackung
Faserguss-
produkte Säcke –
Papier Säcke – Verbund-
material Makrostickyfläche < 2.000 µm in mm2/kg Produkt
40.000
35.000
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
Maximum: 82.028 Maximum: 80.710
Bild 9: Mittelwerte der Makrostickyfläche unterschiedlicher Produktkategorien nach Rezyklier- barkeitstest (Vertikale Linien zeigen Minimum und Maximalwert jeder Kategorie) In der Stoffaufbereitungsanlage verbessert sich die Reinigungsleistung von Makro- stickys, je größer die Klebstoffe im Altpapierstoff sind. Es sollten vor allem Makro- stickys unter 2.000 µm äquivalenten Kreisdurchmesser vermieden werden, da sie sich schlecht absortieren lassen. Makrostickys können einerseits von Klebstoffanwendungen des Verpackungsproduktes resultieren, oder durch das Altpapier direkt eingetragen
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werden, wenn sie beim vorherigen Papierherstellungsprozess nicht vollständig abge- trennt worden sind. In dem EcoPaperLoop-Projekt wurden die Produkte überwiegend ohne Verschlussnaht getestet, sodass die Makrostickys hauptsächlich aus dem Rohstoff Altpapier des produzierten Produktes oder aus den Klebeanwendungen der vorgefer- tigten Industrieverpackung resultieren.
Die Mehrzahl der Fasergussprodukte basiert auf dem Rohstoff Altpapier und mit ei- ner Ausnahme wurden keine Klebstoffapplikationen auf den Produkten angebracht.
Insgesamt wurden nur sehr wenige Makrostickys unter 2.000 µm gemessen, die auf das eingesetzte Altpapier zurückzuführen sind.
Auch die getesteten Wellpappenverpackungen wurden größtenteils ohne Etiketten oder anderen Klebstoffapplikationen getestet. Da sie meist ohne Verschlussnaht getestet wurden, resultieren die Makrostickys aus dem eingesetzten Altpapier zur Herstellung dieser Produkte. Nur ein Produkt wies für die Makrostickys unter 2.000 µm eine Makro- stickyfläche von über 10.000 mm²/kg auf.
Auch die Flüssigkeitsverpackungen zeigen einen geringen Anteil an Makrostickys auf.
Da diese Produkte aus Frischfasern hergestellt wurden, resultieren die Makrostickys aus den eingesetzten Klebstoffen.
Werden die Faltschachtelkartons betrachtet, so können die Makrostickys aus dem ein- gesetzten Altpapier sowie aus den Klebstoffapplikationen hervorgehen. Zwar wies ein Produkt einen extrem hohen Makrostickygehalt von über 80.000 mm²/kg auf, dennoch wurden bei den meisten Produkten unter 5.000 mm²/kg Makrostickys gemessen. Die Hälfte aller getesteten Produkte enthielt sogar weniger als 1.000 mm²/kg Makrostickys.
In den beiden Kategorien der Säcke wurden einige Produkte mit einem Makrosticky- gehalt über 10.000 mm²/kg gemessen. Dennoch hatte die Hälfte der Säcke aus reinem Papier eine Makrostickyfläche unter 650 mm²/kg. Die Säcke mit Verbundmaterial liegen insgesamt auf einem höheren Niveau, da Klebstoffe zum Zusammenfügen der Papiere mit dem Verbundmaterial eingesetzt werden. Die meisten der getesteten Pro- dukte beider Kategorien wurden aus Frischfasern hergestellt, sodass die Makrostickys vor allem aus den verwendeten Klebstoffen stammen.
Es ist auffällig, dass insgesamt die höchste Menge an Makrostickys bei den Trageta- schen gemessen wurde. Der Durchschnitt liegt bei etwa 25.000 mm²/kg und über fünfzig Prozent der Produkte hatten eine Makrostickyfläche von über 16.000 mm²/kg, drei davon sogar über 50.000 mm²/kg. Diese Ergebnisse resultieren teilweise aus dem verwendeten Altpapier, vor allem aber von den verwendeten Klebstoffen, die aufgrund der Gestaltung der Tragetaschen eingesetzt wurden. Meist wurde die gesamte Unterseite verklebt, um die wirkenden Kräfte in einer gefüllten Tragetasche zu halten und auch die Henkel wurden mit der Tasche verklebt.
4. Zusammenfassung
Altpapier ist und bleibt der wichtigste Rohstoff für die Papierherstellung in Deutschland.
Dabei wird das Altpapier vor allem im grafischen und Verpackungssektor eingesetzt.
Damit auch weiterhin aus dem Altpapier qualitativ hochwertige Produkte hergestellt
Papier
werden können, muss es bestimmte Anforderungen erfüllen. So sind eine hohe Ausbeute und gute Zerfaserbarkeit der Produkte bei der Aufbereitung, ein geringer Stippengehalt sowie eine gute Entfernung von Druckfarbenpartikeln und klebenden Verunreinigungen bei der Altpapieraufbereitung wichtig. Um die Rezyklierbarkeit zu untersuchen und zu bewerten gibt es Methoden, die sich größtenteils in der deutschen Papierindustrie etabliert haben. Um auch längerfristig den Einsatz von Altpapier zu gewährleisten, müssen besonders komplex hergestellte Papier- und Kartonprodukte so gestaltet werden, dass sie weiterhin rezyklierbar sind.
5. Literatur
[1] Faul, A.: Deinkbarkeit – neue Untersuchungsergebnisse. Vortrag EcoPaperLoop-Seminar: Pa- pierprodukte, Verpackungen und Sammelsysteme optimieren, München, 9.10. 2014
[2] Kersten, A.; Hamm, U.; Putz, H.-J.; Schabel, S.: Zur Diskussion um die Migration von Mineralöl in Lebensmittel und das Altpapier-Recycling. Wochenblatt für Papierfabrikation, Vol. 139 (2011), 1: S. 14-21
[3] N.N.: Aschegehalt 1Paper, board and pulps – Determination of residue (ash) on ignition at 525 °C, ISO 1762:2001(E)
[4] N.N.: Assessment of Printed Product Recyclability - Deinkability Score; Verfügbar auf: http://
www.paperrecovery.org/uploads/Modules/Publications/ERPC-005-09-115018A.pdf; Abgeru- fen am 15.12.2015
[5] N.N.: Assessment of Printed Product Recyclability - Scorecard for the Removability of Adhesi- ve Applications“; Verfügbar auf: http://www.paperrecovery.org/uploads/Modules/Publications/
Removability%20Adhesive%20Applicationsfinal.pdf; Abgerufen am: 15.12.2015
[6] N.N.: Bestimmung von Makrostickys in Faserstoffen, INGEDE Method 4; Verfügbar auf:
http://www.ingede.de/ecopaperloop/de/methoden/INGEDE-Methode%204%20%28DE%20 2013%29.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[7] N.N.: Bewertung der Rezyklierbarkeit von Druckprodukten – Prüfung der Deinkbarkeit, IN- GEDE Method 11; Verfügbar auf: http://www.ingede.de/ecopaperloop/de/methoden/INGEDE- Methode%2011%20%28DE%202012%29.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[8] N.N.: Bewertung der Rezyklierbarkeit von Druckprodukten – Prüfung des Fragmentierverhal- tens von Klebstoffapplikationen; Verfügbar auf: http://www.ingede.de/ecopaperloop/de/metho- den/INGEDE-Methode%2012%20%28DE2013%29.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[9] N.N.: CEPI – Key Statistic, 2015; Verfügbar auf: http://www.cepi.org/system/files/public/do- cuments/publications/statistics/2015/Key%20Statistics%202014%20FINAL.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[10] N.N.: EcoPaperLoop Method 1 – Recyclability Test for Packaging Products (Issue: July 2014);
Verfügbar auf: http://ecopaperloop.eu/packaging/2014_EcoPaperLoop_Method_Recyclabili- ty_of_Packaging.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[11] N.N.: Enhancing Paper Recycling in Europe: Optimising Paper Products, Packaging and Coll- ection Systems Outcome – Guidelines and Recommendations. EU-Projekt: EcoPaperLoop; Ver- fügbar auf: http://www.ecopaperloop.eu/outcome/EcoPaperLoop-Complete.pdf; Abgerufen am 15.12.2015
[12] N.N.: Kennzeichnung der Rezyklierbarkeit von Packmitteln aus Papier, Karton und Pappe sowie von graphischen Druckerzeugnissen. PTS-Methode RH 021-97, Version Oktober 2012, PTS München
[13] N.N.: Laborblätter Pulp – Preparation of laboratory sheets for physical testing, Part 2: Rapid- Köthen Method, ISO 5269/2
Papier
[14] N.N.: Norm EN 643 – Papier und Pappe – Europäische Liste der Altpapier-Standardsorten, 2014.
Verfügbar auf: www.beuth.de
[15] N.N.: Papier 2015, Ein Leistungsbericht. Verband Deutscher Papierfabriken e.V., 2015 [16] N.N.: Prüfung des Rezyklierverhaltens von Verpackungen, ZM RECO 1 1/2014, 2014
[17] N.N.: Prüfung von Holzstoffen für Papier, Karton und Pappe: Gravimetrische Bestimmung des Stippengehaltes von Stoffsuspensionen, ZELLCHEMING Merkblatt V/18/62 (Fachausschuss für Physikalische Halbstoff- und Papierprüfung), http://www.zellcheming.de/service-center.html [18] Putz, H.-J.; Runte, S.; Kappen, J.; Seidemann, C.: Gefahr Recyclingkollaps? – Aufklärung von
Art, Wirkrichtung und Wechselwirkungen der aktuellen Entwicklungstrends in Hinblick auf die zukünftige Altpapierqualität in Mitteleuropa. Darmstadt / München, TU Darmstadt, Fachge- biet Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV), Papiertechnische Stiftung (PTS), Abschlussbericht zum INFOR-Forschungsprojekt Nr. 171R, 2014
