PTS-FORSCHUNGSBERICHT IK_MF-120064ENTWICKLUNG EINER METHODE ZUR BESTIMMUNG DES PAPIER-TECHNOLOGISCHEN GE-BRAUCHSWERTES VON ALTPAPIER ALS ENTSCHEIDUNGSHILFE FÜR DIE BESCHAFFUNG UND DEN EINSATZ DES SEKUNDÄRROHSTOFFES

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PTS-FORSCHUNGSBERICHT IK_MF-120064

ENTWICKLUNG EINER METHODE ZUR BESTIMMUNG DES PAPIER- TECHNOLOGISCHEN GE-BRAUCHSWERTES VON ALTPAPIER ALS ENTSCHEIDUNGSHILFE FÜR DIE BESCHAFFUNG UND DEN EINSATZ DES SEKUNDÄRROHSTOFFES

» VERPACKUNG UND

KONFORMITÄT »DRUCK UND

FUNKTIONALE OBERFLÄCHEN » MATERIALPRÜFUNG

UND ANALYTIK

» FASERN UND

COMPOSITE » ^PAPIER-

WIRTSCHAFT 4.0

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 L. Tempel, G. Meinl:

Entwicklung einer Methode zur Bestimmung des papiertechnologischen Gebrauchswertes von Altpapier durch differenzierte Analyse der Altpapiereinzelobjekte als Entscheidungshilfe für die Beschaffung und den Einsatz des Sekundärrohstoffes

(Gebrauchswertrechner) PTS-Forschungsbericht 33/14

Juli 2015, zweite geringfügig überarbeitete Auflage September 2015

Papiertechnische Stiftung (PTS) Heßstraße 134

D - 80797 München www.ptspaper.de

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Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. L. Tempel Tel. (03529) 551-721 Lydia.Tempel@ptspaper.de Papiertechnische Stiftung PTS Institut für Zellstoff und Papier IZP Pirnaer Straße 37

01809 Heidenau

Die Ergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens MF 120064 gewonnen, das im Programm zur "Förderung von Forschung und Entwicklung bei Wachstumsträgern in benachteiligten Regionen"

mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über den Projektträger EuroNorm Gesellschaft für Qualitätssicherung und Technologie mbH aufgrund eines Beschlus- ses des Deutschen Bundestages gefördert wurde. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt.

Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen für die Probenbe- reitstellung und für die freundliche Unterstützung bei der Projekt- durchführung.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14

Titel

Entwicklung einer Methode zur Bestimmung des papiertechnologischen Ge- brauchswertes von Altpapier durch differenzierte Analyse der Altpapiereinzelob- jekte als Entscheidungshilfe für die Beschaffung und den Einsatz des Sekun- därrohstoffes

L. Tempel, G. Meinl

Inhalt

1 Zusammenfassung ... 3

2 Abstract ... 4

3 Einleitung... 5

4 Material und Methoden ... 6

5 Differenzierungsmerkmale ... 10

6 Klassifikation der Altpapiereinzelobjekte ... 12

7 Charakterisierung von Altpapiersorten ... 15

8 Grundcharakterisierung der Altpapiereinzelobjekte ... 17

9 Eigenschaftsmodellierung ... 18

9.1 Validierung des methodischen Ansatzes anhand von Literaturdaten ... 22

9.2 Validierung des methodischen Ansatzes anhand von Labormischungen ... 23

10 Übersicht Projektergebnisse ... 24

11 Wirtschaftliche Verwertung der Vorhabensergebnisse ... 25

Literaturverzeichnis ... 28

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1 Zusammenfassung

Zielstellung Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem der Ge- brauchswert von Altpapierqualitäten und -sortierfraktionen bei bekannten qualitativen und quantitativen Veränderungen der im Altpapier enthaltenen Papiere, Kartone und Pappen ermittelt werden kann.

Ergebnisse • Beschreibung und Klassifikation von Altpapier im Hinblick auf den papiertechnologischen Gebrauchswert des Sekundärrohstoffes. Dabei wurden die Blick- winkel von Endverbraucher, Entsorgungswirtschaft und Papierindustrie be- rücksichtigt.

• Simulationsmodell zur Prognose der Gebrauchswerteigenschaften verschiedener Altpapiermischungen, Veranschaulichung des Prinzips in einer Web- Anwendung.

• Beratungsangebot zur Beschreibung und Bewertung verschiedener Altpapier- qualitäten in Bezug auf Einsatzpotenzial, Prozessfähigkeit und Eignung für die Fertigprodukte

• Die Ergebnisse werden für die Weiterführung eigener Forschungsarbeiten und für Beratungsleistungen und Schulungen für kmU genutzt.

Schluss-

folgerung • Die differenzierte Betrachtung auf der Ebene der Altpapiereinzelobjekte ist geeignet um Ursachen für Schwankungen der Altpapierqualität zu ermitteln

• Die Simulationswerkzeuge sind ein gutes Hilfsmittel um die papiertechnologischen Eigenschaften verschiedener Altpapiermischungen zu prognostizieren.

• Derzeit in Entwicklung befindliche Prozessmodelle der Trockensortierung von Altpapier erlauben es zukünftig, die Steuerbarkeit der Sortenzusammenset- zung mit den Prozessparametern von Sortieranlagen zu verknüpfen.

• Das entwickelte Beratungsangebot ist vor allem für kmU interessant, die nicht über ausreichende eigene Ressourcen für umfassende Analysen verfügen Danksagung Die Ergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens MF 120064

gewonnen, das im Programm zur "Förderung von Forschung und Entwicklung bei Wachstumsträgern in benachteiligten Regionen" mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über den Projektträger EuroNorm Gesellschaft für Qualitätssicherung und Technologie mbH aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurde. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt.

Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen der Papier- und Entsorgungs- industrie für die Unterstützung der Arbeiten.

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2 Abstract

Objective The objective of the project was the development of a method to determine the utility value of Paper for Recycling grades and sorting fractions depending on changing composition and types of the components contained.

Results • Characterisation and classification of Paper for Recycling with regard to its paper-technological utility value as secondary raw material, considering the requirements of end users, waste management and papermaking companies.

• Simulation model for predicting the quality of different mixtures of Paper for Recycling, visualisation in a web application.

• Consultancy service for characterising and evaluating different qualities of Paper for Recycling in terms of application potential, processing capability and suitability for end products.

• The results will be used for further research and for consultancy services and training courses to be offered to SME.

Conclusion • The differentiated evaluation of Paper for Recycling based on individual components makes it possible to identify the causes of quality fluctuations.

• The simulation models are effective forecasting tools for the paper- technological properties of mixed Paper for Recycling.

• Using models describing the dry sorting processes of Paper for Recycling, which are currently under development, a systematically control of the pro- cess parameters will enable the controllability of the composition of Paper for Recycling.

• The consultancy service developed in the project is of particular interest to SME lacking the resources to perform comprehensive analyses.

Acknowledge-

ment The results were obtained in the research project MF 120064 funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy BMWi in the pro- gramme aimed at “Promoting Research and Development of Innovation Drivers in disadvantaged areas" and carried out under the umbrella of EuroNorm in Berlin, based on a resolution of the German Bundestag. We would like to express our warm gratitude for this support.

We would also like to express our thanks to the involved companies of the paper industry and waste management sectors for supporting the project work.

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3 Einleitung

Entwicklung Die Anforderungen an die Qualität der Faserrohstoffe zur Papiererzeugung steigen aufgrund der Trends zu höheren Maschinengeschwindigkeiten, niedrigeren Flächengewichten und hochqualitativeren Produkten. Der weltweit mengenmäßig bedeutendste Faserrohstoff für die Herstellung von Papier, Karton und Pappe ist Altpapier. In Deutschland werden bei einem Altpapiereinsatz von ca. 16,6 Mio. pro Jahr rund 64 % des Rohstoffverbrauches gedeckt.

Als Sekundärrohstoff ist dieser durch starke Inhomogenität und schwankende Zusammensetzung gekennzeichnet. Ein prozessübergreifendes Qualitäts- management für Altpapier ist daher notwendig und wird – vor dem Hintergrund der genannten Trends – in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen.

Qualitäts- management Altpapier

Altpapier-

Sortierung Altpapier-

Lagerung Altpapier-

Aufbereitung Papier- herstellung

Papier- qualität

Perfor- mance Altpapier-

Sammlung

Vom Papierprodukt zum Faserstoff

Wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung eines prozessübergreifenden Qualitätsmanagements von Altpapier ist die Defintion der Schnittstellen und damit die übergreifende Beschreibung des Materials. Die vom Endverbraucher der getrennten Sammlung zugeführten gebrauchten Papierprodukte werden nach geeigneter trockener Aufbereitung gemäß der Europäischen Altpapier- sortenliste EN 643 [1] von der Papierfabrik eingekauft. Die für die weitere Faserstoffaufbereitung und Papierherstellung in der Papierfabrik relevanten Qualitätsmerkmale lassen sich unter dem Begriff papiertechnologischer Gebrauchswert zusammenfassen.

Zielstellung Zentrale Fragestellung des Forschungsprojektes bestand darin den papiertechnologischen Gebrauchswert von Altpapiermischungen als Funktion der enthaltenen Einzelobjekte, also Papierprodukte, zu beschreiben.

Zunächst sollten die im Altpapier enthaltenen Einzelobjekte hinsichtlich der Gebrauchswert bestimmenden Merkmale klassifiziert und anhand der Qualitäts- parameter charakterisiert werden. Unter Nutzbarmachung bereits bestehender numerischer Modelle sollten durch Mischung dieser Qualitätseigenschaften entsprechend der Massenanteile der Einzelobjekte die initialen Eigenschaften verschiedener Altpapiermischungen prognostiziert werden.

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4 Material und Methoden

Beprobte

Altpapiersorten Für die Charakterisierung der Altpapiereinzelobjekte wurden Altpapierqualitäten aus den Bereichen Haushalt, Gewerbe und Verarbeitung untersucht. Tabelle 1 zeigt die Altpapiersorten, die zur Bereitstellung des Probenmaterials beschafft und untersucht wurden. Damit sind ca. 90 m% der in Deutschland eingesetzten Altpapiersorten abgedeckt.

Tabelle 1: Altpapiersorten, die zur Bereitstellung von Probenmaterial untersucht wurden

Art der Anfallstelle Beprobte Altpapiersorten (Einsatzmenge in DE > 25.000 t)

post- consumer Haushalt, Auspackendes Gewer-

be, Printmedienhandel 1.01, 1.02, 1.04, 1.11, 4.02, 4.03,

Büro-Gewerbe 2.05

Anderes Gewerbe -

pre- consumer

Verarbeitung von Grafischen

Papieren 2.03.01, 3.04, 3.10, 3.15.00/01, 3.16, 3.18.01

Verarbeitung von Verpackungs-

papieren/-karton 3.11, 3.12, 4.01.00 Verarbeitung von Restlichen

Papiere -

Methoden zur Probenge- winnung

Die Gewinnung von repräsentativem Probenmaterial erfolgte je nach Anfallstelle und Altpapiersorte nach den in Abbildung 1 dargestellten Möglichkeiten der Probenahme von Altpapier.

Entnahme aus Sortieranlagen-

Bunkern

Entnahme von Haufwerken

Kern-Bohrung in Ballen

mittels Radladern und

Planen

mittels Radladern und

Planen

Abbruch von Schollen

Entnahme an verschiedenen

Stellen

Analyse des Bohrkerns bzw.

Kerninneres

50 - 200 kg 100 - 150 kg 30 kg 2-10 Kg

1.02 1.01/5.01 Krafthaltige 4.xx Mittlere 2.xx

1.04 1.11 Bessere 3.xx

evtl. 1.11

Gravimetrische Analyse des Probenmaterials

Lose Ware Ballenware

Öffnung des Ballen

Perspektivisch für alle Ballen-

Sorten

Abbildung 1: Schema der verschiedenen Möglichkeiten zur Probengewinnung

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Probenauswahl

und Störstoffab- trennung

Die Probenauswahl erfolgte gemäß dem Ablauf in Abbildung 2 nach der im Projekt erarbeiteten Klassifikation (siehe Kapitel 6).

Sortieranalyse (Klassifizierung GROB)

- Problemobjekte - große Klebeflächen - papierfremde Produktteile - etc.

Rückstand Lochplatte 0,7 - Stippen

- Kleber

- z.T. Farbpartikel - kleine Folien

- kleine nassfeste Stücke Zerfaserung

(Lamort) Sortieranalyse (Klassifizierung FEIN)

trockene Störstoffabtrennung

Störstoffabtrennung großflächiger

Bestandteile

- Folien

- nassfeste Materialien - großflächige Kleber - etc.

Störstoffabtrennung über Lochplatte 0,7 (nasse Aufreinigung)

Rapid-Köthen Blattbildung

optional

Abbildung 2: Probenauswahl und Störstoffabtrennung Untersuchte

Altpapier- Objektklassen

Insgesamt wurde für 54 Objektklassen ein vollständiger Eigenschaftsvektor bestimmt. Für den Bereich Haushalt und Gewerbe sind damit über 95 m% der vorkommenden Altpapiereinzelobjekte abgedeckt. Die Altpapierqualitäten aus dem Verarbeitungsbereich wurden zu ca. 75 m% untersucht.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Störstoffe Wie die Abbildung 2 zeigt erfolgt die Abtrennung von Störstoffen schrittweise. Je

nach Art der Papierprodukte sind verschiedene papierfremde Produktteile enthalten, die von der trockenen bzw. von der nassen Probe (z.B.

Kunststoffbeschichtungen) abgetrennt wurden. Diese papierfremden Störstoffe werden unter dem Begriff „papierfremde Produktteile“ zusammengefasst. Sie sind von den in der Altpapiersorteliste EN 643 definierten „papierfremden Bestandteilen“ zu unterscheiden. Letzteres bezieht sich auf Objekte, die nicht Teile der Papierprodukte sind. [1]

Nach der Zerfaserung sind vor allem bei den „braunen“ Objektklassen außerdem noch unzerfaserte Faserbündel enthalten, die vor der Herstellung der Prüfblätter abgetrennt wurden. Dies erfolgte durch Fraktionierung über eine Lochplatte 0,7 mm mittels Brecht Holl Fraktionator in Anlehnung an ZM V 18 62. Der so aufgereinigte Durchlauf wurde im Anschluss eingedickt. Um Verlust von Feinstoff zu vermeiden wurde der Feststoffanteil des Siebwassers zurückgewonnen und der Faserstoffsuspension wieder zugegeben.

Methoden zur Definition des Eigenschafts- vektors

Die Aufbereitung der Proben erfolgte nach dem in Abbildung 3 dargestellten Ablaufschema. Die Suspensions- und Papiereigenschaften der aufbereiteten Stoffproben wurden mit denen in Tabelle 2 aufgeführten Prüfmethoden charakterisiert.

Probenauf-

bereitung _Lamort

(6%, 20min)

Rapid Köthen Blattbildner Aufschlag- Verteil-Gerät Desintegrator

(3min) Fass

Zerfaserung

Brecht Holl (0,7 Loch) AufreinigungPrüfungen am FaserstoffBlattbildung (Kreislauf)

Glührückstand Schopper-Riegler Wasserrückhaltevermögen Fasermorphologie (FiberLab) Makrosticky-Gehalt Lignin-Gehalt (NIR) CSB-Abgabe Stärke gehalt Schmutzpunkte Stippengehalt zu verschiedenen Zeitpunkten

große Stippen

ja nein

Glührückstand optische Prüfungen Festigkeitsprüfungen

Abbildung 3: Ablaufschema zur Charakterisierung der Objektklassen

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Bestimmung der

Eigenschafts- kennwerte

Tabelle 2: Methoden zur Bestimmung der Eigenschaftskennwerte Prüfungen am Faserstoff

Glührückstand ISO 1762/ISO 2144

Entwässerungswiderstand nach Schopper-Riegler DIN ISO 5267-1

Wasserrückhaltevermögen ISO 23714

Fasermorphologische Charakterisierung mittels FiberLab

3.0 Gerätevorschrift

Kajaani FiberLab

Makro-Stickygehalt INGEDE-Methode 4

Ligningehalt mittels NIR-Messung PTS-Methode

CSB-Abgabe PTS-Methode

Stärkegehalt PTS-Methode

Störstoffgehalt (Stippen) ZM V 18 62

Festigkeitsprüfungen

Zugversuch DIN EN ISO 1924-2

Probenblattstruktur (Blattdicke, Scheinbare Dichte) DIN EN ISO 534

Nullreißlänge DIN ISO 15361

Weiterreißarbeit nach Brecht-Imset DIN 53115

Spaltfestigkeit Scott-Bond TAPPI T569

Berstfestigkeit DIN EN ISO 2759

Ringstauchwiderstand (RCT) DIN 53134

Streifenstauchwiderstand (SCT) DIN 54518

Flachstauchwiderstand (CMT) DIN EN ISO 7263

Optische Prüfungen

Schmutzpunktmessung INGEDE-Methode 2

spektrale Reflexionsfaktoren über Stapel und Schwarz Gerätevorschrift Elrepho

Effektive Restfarbenanteile 950 nm (ERIC)

Verwendete Modelle zur Eigenschafts- modellierung

Die Eigenschaftsmodellierung basiert im Wesentlichen auf der in [2,3,4] bereit- gestellten Systematik. Die Faserstoffsuspension entlang der Prozesskette wird durch einen Parametervektor beschrieben, der alle für die Papiereigenschaften wesentlichen Faserstoffmerkmale enthält. Prozesse der Stoffaufbereitung (im konkreten Fall nur die Mischung von Altpapiersorten bzw. -einzelobjekten [2]) werden als Input-Output-Relationen der Parametervektoren abgebildet. Die Papiereigenschaften nach Laborblattbildung sind eine Funktion des Parameter- vektors, wobei physikalische bzw. semiphysikalische Modellansätze [3,4] verwendet werden.

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5 Differenzierungsmerkmale

Merkmals- beschreibung von Altpapier

Für die Beschreibung von Altpapier ist eine ganzheitliche Betrachtung notwendig, da sich die qualitativen Merkmale eines Altpapiereinzelobjektes als Folge der jeweiligen Einflüsse im Laufe seines Lebensweges ergeben. Für den Wiederein- satz des Sekundärfaserstoffes in der Papierherstellung sind vor allem die Zuord- nung der Sortendefinition und der papiertechnologisch relevanten Eigenschaften erforderlich. Für spezielle Fragestellungen, wie z.B. die Bewertung verschiedener Sortierkonzepte im Hinblick auf papiertechnologischen Gebrauchswert [5], ist außerdem die Berücksichtigung von sortierrelevanten Merkmalen von Bedeu- tung. Daher wurden die Merkmalsbeschreibung und die darauf aufbauende Klassifikation in Kapitel 6 in Abstimmung mit Projekten erarbeitet, deren Schwer- punkt im Bereich der trockenen Altpapiersortierung liegt [6,7,8].

Papiertechno- logischer Gebrauchswert

Mit dem Begriff papiertechnologischer Gebrauchswert werden die Qualitätsei- genschaften von Altpapier zusammengefasst:

- Suspensionseigenschaften - Festigkeitseigenschaften - Optischen Eigenschaften - Chemische Inhaltsstoffe

Diese ergeben sich aus der stofflichen Zusammensetzung des Faserstoffes und sind in Zusammenhang mit der jeweils vorhandenen Aufbereitungstechnologie zu bewerten.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Differenzierungs

merkmale Anhand der einzelnen Prozesse, die jedes Altpapiereinzelobjekt durchläuft, wurden Differenzierungsmerkmale definiert, die den papiertechnologischen Gebrauchswert bestimmen. Im Folgenden sind die direkten Merkmale aufgeführt:

Herstellung Papier Faserstoffqualität, Mineralische Stoffe, Zusatzstoffe und Hilfsmittel

Verarbeitung Zusatzstoffe aus der Verarbeitung

Gebrauch Verschmutzung

Des Weiteren wurden indirekte Merkmale abgeleitet, die sich jeweils aus der Art des Papierproduktes ergeben: z.B. enthalten Druckerzeugnisse keine unge- bleichten (braunen) Fasern, Verpackungen sind in der Regel verklebt.

Die Abbildung 4 zeigt den Merkmalsvektor mittels dem die Altpapiereinzelobjekte beschrieben wurden.

Papiersorte (Hauptsegment) Papierprodukte Faserstoff (Hilfseinteilung) Holzhaltigkeit Krafthaltigkeit Strich (Hilfseinteilung) Strich Bedruckungs- grad Druckart Beschichtung/Kaschierung sonstige Veredelung Bindung (bei Druckerzeugnissen) Problemstoffe (z.B.Nassfestmittel, NCR) Papierfremde Produkt- bestandteile Gebrauch

Grafisch weiß/hell holzhaltig krafthaltig ungestrichen ungestrichen unbedruckt Offset beschichtet lackiert geklebt mit (Art) mit gebraucht

Verpackung braun holzfrei Kraftersatz uneindeutig leicht leicht Flexo gummiert geheftet ohne ohne unbenutzt

Hygiene grau stark stark Tief gewachst

Technisch gefärbt Digital …

Papierfremd UV

nicht beschichtet Oberfläche

Papierart Faserstoff Zusatzstoffe

je nach Klassifika

tion nicht

krafthaltig eindeutig gestrichen

Abbildung 4: Vektor der Differenzierungsmerkmale (Merkmalsvektor) Identifizierung

der Merkmale Für die schnelle und einfache Bestimmung der Merkmale in der Sortieranalyse bzw. Probenauswahl wurde eine Methodik erarbeitet. Dabei werden in erster Linie sensorische Kriterien wie Aussehen/Farbe, Haptik, Knistern, Einreißen, Geruch, Verhalten bei Wasser, verwendet. Zur Unterstützung wurden geeignete analytische Methoden definiert. Hinsichtlich dem notwendigen Grad der Exper- tise bzw. Hilfsmittel wurden drei Gruppen definiert:

1. Einfach: bestimmbar ohne Vorkenntnisse

2. Spezial: Fachkenntnisse und Erfahrung zur Erkennung notwendig 3. Analytik: Labor, Messtechnik

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6 Klassifikation der Altpapiereinzelobjekte

Anforderungen Die verschiedenen Akteure, die mit Altpapier umgehen, haben verschiedene Anforderungen an die Beschreibung einer Altpapiermischung:

• Mess- und Sortierbarkeit

• Sortenkonformität (Europäische Altpapiersortenliste EN 643)

• Störpotenzial in Prozessen der Sammlung, Aufbereitung und Weiterverarbei- tung

• Papiertechnologischer Gebrauchswert

Anfallstelle Sortieranlage Papierfabrik

Störpotenzial in Prozessen

Sortenkonformität EN 643 Mess-/

Sortierbarkeit Papiertechnologischer Gebrauchswert

Entsprechend wurde bei der Erarbeitung der Klassifikation berücksichtigt, dass je nach Zielstellung für eine Altpapieruntersuchung/-analyse eine andere Bildung von Altpapierfraktionen erfolgt.

Art der

Anfallstelle Die Klassifikation von Altpapier erfolgt zunächst nach der Art der Anfallstelle, da in Abhängigkeit von der Herkunft die Qualitätsanforderungen an Altpapier unterschiedlich detailliert sind, dies gilt vor allem hinsichtlich der Abgrenzung von Altpapierqualitäten aus Papierverarbeitung.

Die Herkunft von Altpapier lässt sich prinzipiell in drei Kategorien unterteilen:

1. Haushalt 2. Gewerbe

3. Industrie (Papier-/Karton-/Pappeverarbeitung)

Diesen Kategorien lassen sich wiederum eine Vielzahl verschiedener Anfallstel- len zuordnen (Tabelle 3).

Tabelle 3: Herkunft und Anfallstellen von Altpapier

Herkunft Anfallstellen

Haushalt Haushalt, Sortieranlage, Einzelhandel, Haushaltsnahe Annahmestellen

Gewerbe

- Verpackung Warenhäuser, Supermärkte, Einzelhandel, Umschlagendes und Auspackendes Gewerbe - Printmedien Printmedienhandel, Druckereien, Haushaltsnahe

Annahmestellen

- Büro Büro-Gewerbe, Ämter, Firmen, Aktenvernichter

(Schredderanlagen)

- Andere Landwirtschaft, Viehzucht, Kratfsackaufbereitung, LVP- Sortieranlage, Schnellrestaurants, Brauereien

Industrie (Papier-/Pappe-/

Kartonverarbeitung)

Druckereien, Verpackungshersteller, Tissue-Hersteller, Spezialpapier-Hersteller

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Klassifikation der

Anfallstellen Für die Klassifizierung der Altpapiereinzelobjekte wurden sechs verschiedene Anfallstellen definiert. Für jede Gruppe wurde eine sowohl hinsichtlich Qualität und Sortenbeschreibung nach EN 643 [1] geeignete Differenzierung der Altpa- piereinzelobjekte erarbeitet, dabei wurde darauf geachtet, dass je nach Zielstel- lung der Anwendung eine Gruppierung der Klassen erfolgen kann.

Tabelle 4: Klassifikation der Anfallstellen und zugeordnete Altpapiersorten Auswahl nach Art der Anfallstelle Altpapiersorten

(Einsatzmenge 2012 in Dtl. > 25.000 t) Haushalt, Auspackendes Gewerbe,

Printmedienhandel

1.01.00, 1.02.00, 1.04, 1.11, 1.05, 4.02, 4.03, 1.06, 1.07, 1.09, 2.01

Büro-Gewerbe 2.05, 2.06, 3.05

Anderes Gewerbe 5.03

Verarbeitung von Grafischen Papieren 2.03.01, 3.01, 3.04, 3.10, 3.14, 3.15.00/01, 3.16, 3.18.01

Verarbeitung von Verpackungspapieren/-karton 1.03, 3.11, 3.12, 4.01.00, 4.07 Verarbeitung von Restlichen Papiere 5.09

post- consumerpre- consumer

Art der

Papierprodukte Tabelle 5: Für Klassifikation verwendete Einteilung der Papierprodukte

Grafisch Verpackung Rest

Zeitungen Wellpappe Hygienepapier/Tissue

Zeitschriften Karton/Pappe Tapeten

Kataloge Lebensmittelbeutel Etikettenträgerpapiere

Werbedruck Tragetaschen Etiketten

Grafisches Papier Packpapier/Polster Kunststoff

Briefumschläge Faserguss Textilien

Bücher Papierverpackungen Holz

Telefonbücher Versandtaschen Metall Durchgefärbte Papiere To-Go-Pappe Mineralisches Fotopapier Getränkekarton Sonstiges

Thermopapiere Kraftsäcke

Durchschreibepapier Wickelhülsen Sortierkategorien

für Altpapier aus Haushalt und Gewerbe

Grundlage für die Klassifikation der Altpapiereinzelobjekte aus Haushalt und Gewerbe sind die im Altpapier enthaltenen Papierprodukte (Tabelle 5). Die aus der Literatur bekannten Sortierkategorien für Altpapieruntersuchungen differen- zieren je nach Aufgabenstellung weitere Merkmale. [9,10,11,12] Diese Katego- rien sind nicht immer eindeutig bestimmbar und untereinander kompatibel. Ziel war daher die Schaffung einer Klassifikation, die für alle Anforderungen geeignet ist und somit allgemein eingesetzt werden kann. Mittels geeigneter Differenzie- rungsebenen kann je nach Bedarf detaillierter klassifiziert werden. Die Erarbei- tung der Klassifikation erfolgte in enger Abstimmung mit dem zeitgleich an der TU Darmstadt laufenden AiF-Forschungsprojekt 17496 N [13].

Tabelle 6 zeigt die Sortierkategorien, die sich aus der Art der Papierprodukte ergeben. Diese können je nach Zielstellung gemäß dem Merkmalsvektor in Abbildung 4 weiter differenziert werden.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Tabelle 6: Sortierkategorien für Altpapier aus haushaltsnaher Erfassung

Zeitungen ZD

Magazine MG

Zeitschriften MG

Kataloge MG

Werbedruck WD

Sonstige Grafische SG

Grafisches Papier SG

Karton/Pappe SG

Briefumschläge/Versandtaschen SG

Grafische Verbunde SG

Sonstiger grafischer Rest (Fotos, Thermo, Durchschreibe) SG

Telefonbücher TB

Bücher BU

Wellpappe braun WP-b

Wellpappe weiß WP-w

Sonstige Verpackung SV

Karton SV

Lebensmittelbeutel SV

Tragetaschen SV

Packpapier/Polster SV

Faserguss SV

Sonstige Verpackungen SV

Getränkekarton SV

Große Kraftsäcke SV

To-Go-Pappe (Becher, Teller, Unterlagen) SV Wickelhülsen (keine Hygiene-/Küchenhülsen) SV

Briefumschläge/Versandtaschen SV

Rest Re

Tissue / Hygienepapier Re

Restliche ungeeignete Papiere Re

Nicht-Papier Re

Stark verschmutzt Re

Konglomerate Ko

Nasse Altpapierobjekte Na

Sonder-

kategorien Im Zuge der Sortieranalyse von Altpapier wurden zwei Sonderkategorien definiert.

Als Konglomerate werden diejenigen Objekte bezeichnet, die aus mehreren verschiedenen Papierprodukten zusammengesetzt sind, wobei auch papierfremde Bestandteile enthalten sein können. Sie sind dadurch charakterisiert, dass sie sich im Zuge der Sammel- und Sortierprozesse nicht mechanisch auftrennen und daher nicht eindeutig einer Objektklasse zugeordnet werden können. Außerdem haben sie durch ihre meist dreidimensionale Form und hohes Gewicht ein abweichendes Verhalten in den Sortierprozessen. Ein häufig auftretendes Beispiel für Konglomerate sind Verpackungskisten in denen im Haushalt des Endverbrauchers Altpapier gesammelt wurde. Wie das Beispiel in Abbildung 5 zeigt, kann ein von außen als Wellpappe identifiziertes Objekt nach genauerer Analyse der Zusammensetzung zum überwiegenden Teil grafische Objekte enthalten.

Nasse Altpapierobjekte sind besonders feuchte und damit schwere Objekte, welche zum Teil auch aus mehreren Objekten Klumpen bilden können. Der Anteil dieser Objekte lässt auf die Gesamtfeuchte des Altpapiers schließen.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 papierfremde Bestandteile [%]

unerwünschte Betandteile [%]

Alte Bezeichnungen Soll

unerwünscht

bestimmter Anteil erlaubt Anteil/Art eingeschränkt Kann

Altpapier- einzelobjekte (jeweils für 6 verschiedene

Altpapiersorten Sonderkategorie

„Konglomerat“

Vorher: Gesamtmasse 987 g;

Nachher: 75 m% grafisch, 24 m% Verpackung

Abbildung 5: Beispiel für die Zusammensetzung eines Konglomerates „gefüllte Verpackung“

7 Charakterisierung von Altpapiersorten

Charakterisier- ung aller Altpapiersorten

Die erarbeitete Klassifikation (vgl. Kapitel 6) wurde für die Beschreibung der in der Europäischen Altpapiersortenliste EN 643 definierten Altpapiersorten angewandt. Tabelle 4 zeigt die Zuordnung der wichtigsten Altpapiersorten zu den sechs definierten Arten an Anfallstellen.

Für jede Altpapiersorte wurde definiert, welche Altpapiereinzelobjekte:

• enthalten sein dürfen (‚Soll‘);

• unerwünscht sind;

• in bestimmten Massenanteil erlaubt sind;

• deren Art bzw. Anteil nur eingeschränkt enthalten sein soll;

• die enthalten sein können auch wenn sie qualitativ hochwertiger einzustufen sind.

In Abbildung 6 ist die Beschreibung an fünf Altpapiersorten exemplarisch gezeigt.

1.02.00 1.05.01 3.01.00 2.03.01 2.14.01

gemischtes

Altpapier Wellpappe 95

Gemischte hellbunte Druckspäne

Weiße Späne mit leichtem Andruck, ohne

Kleber

weiße Tissue- Randstücke

papierfremde Bestandteile 1,5% 1,5% 0,5% 0,5% 0,25%

unerwünschte Betandteile [ 2,5% 2,5% 1% 1% 1%

Alte Bezeichnungen B 12 / 1.02 NEU L 11/3.01 O 14 / 2.03.01 NEU

Soll Verpackungspapiere Wellpappe holzfreie

Druckpapiere holzhaltig, leichter

Andruck Tissue weiß

unerwünscht

Tissue, ungeeignete Papiere

Grafische Papiere,

Ungeeignete Verpackungspapiere

Kleber, Durchgefärbtes,

Verpackung Tissue gefärbt bestimmter Anteil

erlaubt

max. 40% grafische Papiere

5% andere

Verpackungspapiere max. 50% holzhaltige - - Anteil/Art

eingeschränkt - - - holzfrei

bedrucktes, weiche Wickelkerne

Kann - - - unbedruckt -

Altpapiereinzelobjekte (jeweils für 6 verschiedene Anfallstellen)

Altpapiersorten

Abbildung 6: Beschreibung ausgewählter Altpapiersorten anhand der in AP1 erarbeiten Klassifikation

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Altpapiersorten-

analysen Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Analysen von Altpapiersorten erfolgte primär mit der Zielstellung die vorhandenen Einzelobjekte im Hinblick auf die zu erarbeitende Klassifikation zu identifizieren. Wenngleich Art und Umfang der Probenahmen nicht geeignet ist um statistisch sichere Mittelwerte der Zusammensetzung zu liefern, konnten doch qualitative Schwankungen der verschiedenen Lieferungen festgestellt werden. Die Abbildung 7 veranschaulicht die Schwankungsbreite der Ascheanteile in verschiedenen Lieferungen hochwertiger Altpapierqualitäten aus der Verarbeitung. In der Abbildung 8 ist die Zusam- mensetzung von Deinkingware 1.11.00 nach den erarbeiten Grob-Sortierklassen dargestellt.

Qualitative Schwankungen von Einzellieferungen

Abbildung 7: Aschegehalte in verschiedenen Lieferungen der Sortengruppe 3 Mittlere

Zusammensetz- ung Deinkingware

Abbildung 8: Zusammensetzung Deinkingware (1.11.00)

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8 Grundcharakterisierung der Altpapiereinzelobjekte

Charakterisier- ung der Altpapiereinzel- objekte

Anhand der erarbeiteten Klassifikation (vgl. Kap. 6) lassen sich die im Altpapier enthaltenen Papierprodukte mittels des definierten Merkmalsvektors (Abbildung 4) in geeignete Klassen gruppieren. Abbildung 9 zeigt die Streubreiten der Parameter Asche und Faserlänge von verschiedenen Einzelobjekten der Druck- erzeugnisse Werbedruck, Zeitschriften und Kataloge.

Für die quantitativ relevanten Altpapiereinzelobjekte wurden repräsentative Proben beschafft und diese entsprechend der in Kapitel 4 beschriebenen Metho- dik aufbereitet. Für jede dieser ca. 50 Objektklassen wurde der Faserstoffvektor entsprechend Abbildung 11 und Abbildung 12 bestimmt.

Abbildung 10 zeigt exemplarisch ausgewählte Eigenschaftswerte der untersuch- ten Objektklassen ‘Wellpappe‘.

Druck- erzeugnisse

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

WD-01 WD-03 WD-02 WD-01 WD-02 WD-02 WD-03 WD-03 WD-03 MG-05 MG-03 MG-02 MG-02 WD-04 WD-03 MG-02 MG-01 MG-01 WD-03 MG-01 MG-05 MG-05 WD-03 MG-02 MG-03 MG-05 WD-03 MG-04 MG-02 WD-03 MG-03 MG-02 MG-03 WD-04 WD-04 WD-04 WD-04

WD MG-Z MG-K

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Faserlänge l(l)c [mm] Asche 525°C [%]

Charakterisierung verschiedener Druckpapiere

Werbedruck, Zeitschrift, Katalog

Asche 525°C [%]

Faserlänge L (l) c [mm]

Abbildung 9: Aschegehalt und Faserlänge verschiedener Objekte der Druckerzeugnisse Werbedruck, Zeitschriften und Kataloge

(19)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Wellpappen-

verpackungen

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

WP-01 WP-02 WP-03 WP-04 WP-05 WP-06 WP-07 WP-08 WP-09

Berst-Index Faserlänge Zug-Index Asche

Charakterisierung verschiedener Gruppen von Wellpappen

Zug-Index [Nm/g] Berst-Index [kPa*m²/g]

Asche 525° [%] Faserlänge L(l)c [mm]

Abbildung 10: Aschegehalt, Faserlänge, Berst- und Zugfestigkeit der charakteri- sierten Wellpappen-Proben

9 Eigenschaftsmodellierung

Vorgehen Mittels physikalischer bzw. semi-physikalischer Modelle [2,3,4] wird ein Zusam- menhang zwischen den Faserstoffeigenschaften der Altpapiereinzelobjekte sowie deren Mischungen und resultierenden Papiereigenschaften (zunächst auf Labor- blattbildung beschränkt) hergestellt.

Faserstoff- und Papier-

eigenschafts- vektor

Abbildung 11 zeigt die Elemente eines Faserstoffvektors. Alle 35 Elemente eines Faserstoffvektors sind (bis auf wenige Ausnahmen) unabhängig und repräsentie- ren jene Faserstoffeigenschaften, die wesentlich die Papiereigenschaften und das Prozessverhalten definieren (Abbildung 12).

(20)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Abbildung 11: Faserstoffvektor

der Altpapiereinzelobjekte Abbildung 12: Vektor der Papiereigenschaften

(21)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Aufbau eines

Gebrauchswert- rechners

Jedes Altpapiereinzelobjekt ist durch einen Vektor gemäß Abbildung 11 beschrieben. Entsprechend physikalisch begründeter Mischungsregeln [2] werden im Rahmen des Moduls „Mix“ die Faserstoffvektoren berechnet, welche Mi- schungen von Altpapiereinzelobjekten entsprechen. Ein weiteres Modul „Blattbil- dung“ berechnet an Hand der Faserstoffvektoren die zugehörigen Papiereigen- schaften eines aus dem Faserstoff gebildeten Laborblattes [3,4]. Die Papiereigenschaften entsprechen initialen Eigenschaften vor der Stoffaufberei- tung und charakterisieren das papiertechnische Potenzial der Altpapiere. Optio- nal können weitere Module zugeschaltet werden, welche die Wirkung von Prozessschritten der Stoffaufbereitung auf die altpapierhaltigen Faserstoffe nachbilden (Abbildung 13). Nach jedem Prozessschritt können mit dem bereits erwähnten Modul „Blattbildung“ die jeweils zugehörigen Papiereigenschaften eines Laborblattes berechnet werden. Darüber hinaus existiert bereits auch ein Tool, welches wesentliche Elemente einer realen Papiermaschine in Bezug auf Papiereigenschaften (Nass- und Trockenpressen, Anisotropie) berücksichtigt [14].

Objekt- klasse 1

Mix Prozess

Objekt- klasse N

.. .

Papiermaschine

Optionale Erweiterung

Schopper-Riegler Value 35,6

Water Retention Value 114,6%

Ash 525° (Susp.) 21,3%

Stickies 1428,6

CSB 25,4

SPrucPurMl ProperPies

Grammage 73,18

App. Density 0,59

Air Perm. (Gurley) 6,43

Roughness (PPS) 4,3

MecOMnicMl ProperPies

Tensile-Index 38,97

Tear-Index 14,48

Elastic Modulus 3,13

Tensile-Stiffness-Index 5,33 Bending Stiffness (2P) 0,32

Rupture to Strain 0,02

Burst-Index 2,34

Scott-Bond 604,77

SCT-Index 0,0202

CMT-Index 0,81

RCT-Index 0,01

OpPicMl ProperPies

ERIC value 641

Spec. Area Large Dirts (> 143 Spec. Area Small Dirts (< 2651 Spec. Light Scatt. (Y) 52,09 Spec. Light Absorb. (Y) 10,16

Luminosity (Y) 54,1%

Opacity (Y) 99,5%

Spec. Light Scatt. (457) 52,09 Spec. Light Absorb. (457 15,25

Brightness 47,4%

Schopper-Riegler Value 35,6 Water Retention Value 114,6%

Ash 525° (Susp.) 21,3%

Stickies 1428,6

CSB 25,4

Grammage 73,18

App. Density 0,59

Roughness (PPS) 4,3

Tensile-Index 38,97

Tear-Index 14,48

Burst-Index 2,34

Scott-Bond 604,77

SCT-Index 0,0202

CMT-Index 0,81

RCT-Index 0,01

ERIC value 641

Opacity (Y) 99,5%

Brightness 47,4%

Blattbildung

Schopper-Riegler Value 35,6

Water Retention Value 114,6%

Ash 525° (Susp.) 21,3%

Stickies 1428,6

CSB 25,4

Grammage 73,18

App. Density 0,59

Roughness (PPS) 4,3

Tensile-Index 38,97

Tear-Index 14,48

Burst-Index 2,34

Scott-Bond 604,77

SCT-Index 0,0202

CMT-Index 0,81

RCT-Index 0,01

ERIC value 641

Opacity (Y) 99,5%

Brightness 47,4%

Caserstoffeigenschaften Papiereigenschaften

Abbildung 13: Aufbau eines Gebrauchswertrechners mit optional zuschaltbarer Prozesssimulation

(22)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Monte-Carlo-

Simulation Infolge schwankender Zusammensetzung der Altpapiersorten sowie eines breiten Eigenschaftsspektrums der Altpapiereinzelobjekte unterliegen auch die resultierenden Papiereigenschaften einer ständigen Variation, d.h. im mathema- tisch-statistischen Sinne stellen sie unabhängige bzw. abhängige Zufallsgrößen dar. Deren Mittelwerte und Streuungen können auf Basis von Messungen und Erfahrungswerten abgeschätzt werden. Da es sich darüber hinaus um aus- schließlich positive Werte handelt, kann eine Log-Normalverteilung unterstellt werden. Mittels Monte-Carlo-Simulation kann die Schwankung der resultierenden Papiereigenschaften nachgebildet werden (Abbildung 14).

Abbildung 14: Monte-Carlo-Simulation (100 Experimente) für den Tensile-Index (in Nm/g) eines Laborblattes basierend auf Faserstoff der

Altpapiersorte 1.11

Fehlermaß Zum numerischen Vergleich zweier fehlerbehafteter Größen (z.B. Messung an Stichproben und eine „Monte-Carlo“-Prognose) wird ein vorzeichenbehafteter relativer Fehler d=Δ/m2=((s1+s2)-ABS(m1-m2))/m2 berechnet (vgl. Abbildung 15).

(23)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Abbildung 15: Einflussgrößen des Fehlers Δ

Gemäß dieser Fehlerdefinition bedeutet ein negativer Fehler Δ, dass die Fehler- bereiche von Messung und Prognose sich nicht überlappen. Im Sinne der ma- thematischen Statistik sind beide Größen signifikant verschieden. Für Δ=0 berühren sich die Fehlerbereiche. Für positive Δ gilt: Je größer Δ ist, umso mehr überlappen sich die Fehlerbereiche und umso wahrscheinlicher ist es, dass Messung und Prognose nicht signifikant verschieden sind.

9.1 Validierung des methodischen Ansatzes anhand von Literaturdaten Validierung

anhand von Literaturdaten

Auf Basis einer im Jahr 2010 von SCHABEL ET AL. veröffentlichten Zusammenset- zung der Altpapiersorten 1.11, 1.02 und 1.04 [11] wurden mit dem Simulations- tool die Suspensions- und Papiereigenschaften berechnet und mit den publizier- ten Eigenschaftswerten verglichen. Mittels Anwendung der Monte-Carlo- Methode und geschätzter Schwankungen der Einflussgrößen (Schwankungen der Eigenschaften der Altpapiereinzelobjekte und deren Masseanteile in den Gesamtsorten) kann die Streuung der Prognosen mit den Fehlerangaben des PMV verglichen werden. Tabelle 7 fasst die jeweiligen relativen Fehler (Fehler- maß) je Altpapiersorte zusammen.

Ergebnisse der Literatur- validierung

Tabelle 7: Relative Fehler von Prognose (PTS) und Messung (PMV) der Eigenschaften je Altpapiersorte; relative Fehler kleiner Null (rote Balken) signalisieren signifikante Abweichungen

(24)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Fazit aus

Literatur- validierung

Gemäß Abbildung 15 bedeuten negative Werte des absoluten Fehlers Δ bzw. des relativen Fehler d signifikante Abweichungen zwischen Messung und Prognose.

In geringem Maße wurden signifikante Abweichungen lediglich für die Altpa- piersorte 1.11 bei den Parametern SR-Wert, Berst-Index und Helligkeit festgestellt. Für die deutlich überwiegende Anzahl von Prognosen wurde keine signifikante Abweichung zum Messwert beobachtet.

9.2 Validierung des methodischen Ansatzes anhand von Labormischungen

Validierung anhand von Labor- mischungen

Im Labormaßstab wurden fünf Modell-Altpapier-Mischungen hergestellt, welche die Altpapiersorten 1.04.XX, 1.11.00 und 1.06.00 sowie deren variable Zusam- mensetzung repräsentieren. Entsprechend der Methoden in Tabelle 2 erfolgte die faser- und papiertechnische Prüfung.

Ergebnisse der

Laborvalidierung Unter Verwendung desselben relativen Fehlers, wie oben eingeführt, können die Abweichungen von Prognose zu Messung kompakt zusammengefasst werden.

Tabelle 8: Relative Fehler von Prognose und Messung der Eigenschaften je Altpapier-Mischung; relative Fehler kleiner Null (rote Balken) signalisieren signifikante Abweichungen

Fazit der

Laborvalidierung Für weniger als 15 % der Eigenschaften sind Abweichungen zwischen Prognose und Messung festzustellen, die als „signifikant“ eingeordnet werden müssen. Für keine der Eigenschaften wird aber eine über alle Altpapier-Mischungen signifikante Abweichung festgestellt.

(25)

10 Übersicht Projektergebnisse

Differenzierungs

merkmale Die Beschreibung der Altpapierqualität erfolgt bisher hauptsächlich auf Grundla- ge der Faserstoff- und Blatteigenschaften. Dies setzt voraus, dass der Rohstoff zunächst geeignet aufbereitet wird. Eine direkte Bewertung von Altpapiermi- schungen erfolgt derzeit meist nur hinsichtlich von Problemobjekten.

Im vorliegenden Projekt wurde eine systematische Aufstellung der direkt am Altpapierobjekt bestimmbaren Merkmale, die deren papiertechnologischen Gebrauchswert bestimmen, erarbeitet. Diese Merkmale können mit vergleichs- weise geringem Aufwand identifiziert werden. Um den Einsatz von Messtechnik zu reduzieren wurden geeignete „Hilfsmerkmale“ definiert.

Die Systematik der den papiertechnischen Gebrauchswert bestimmenden Merkmale von Altpapierobjekten kann eine Hilfestellung für die Altpapier- Eingangskontrolle in Papierfabriken sowie für Entsorger/Händler von Altpapier, die den Sekundärrohstoff zur Verfügung stellen, geben. Dieses Teilergebnis kann daher direkt für Schulungen verwertet werden, welche insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen von hohem Nutzen sind.

Klassifizierung der Altpapier- einzelobjekte

Die bisher bei Sortieranalysen gewählten Sortierkategorien unterteilen die Einzelobjekte im Altpapier hauptsächlich hinsichtlich der Art des Papierproduktes sowie weiteren einfach visuell zu bestimmenden Eigenschaften, wie z. B. Farbe und Rauigkeit.

Auf Grundlage der erarbeiteten Differenzierungsmerkmale wurde im Projekt eine Klassifikation der Altpapiereinzelobjekte erstellt. In dieser Klassifikation sind sowohl die verschiedenen Altpapiersorten als auch die einzelnen Branchen der Altpapier verarbeitenden Papierfabriken zugeordnet. Durch geeignete Gruppie- rung der Klassen kann je nach Zielstellung der Detaillierungsgrad einer Analyse angepasst werden. Außerdem wurde berücksichtigt, dass auch Literaturdaten zugeordnet werden können.

Charakteri- sierung aller Altpapiersorten

Die Definition der Altpapiersorten nach EN 643 ist für eine Einschätzung des papiertechnologischen Gebrauchswertes nicht ausreichend. Derzeit vorhandene Aussagen zum papiertechnologischen Gebrauchswert von Altpapier beruhen auf empirischen Untersuchungen von Altpapiersorten als Ganzes, wobei nur ein Teil der Altpapiersorten untersucht wurde. [3, 4, 11] Diese Summenparameter sind wenig geeignet um Schwankungen von Einzelobjekten bzw. -fraktionen zu bewerten.

Die im Projekt erarbeitete Klassifikation der Altpapiereinzelobjekte wurde für die Beschreibung aller Altpapiersorten nach EN643 angewandt. Im Ergebnis des Projektes liegt eine Charakterisierung des papiertechnologischen Gebrauchswer- tes aller auf dem Markt vorhandenen Altpapiersorten nach EN 643 vor.

Die Charakterisierung aller Altpapiersorten und die detaillierte Differenzierung der enthaltenen Altpapiereinzelobjekte schafft die Grundlage um den Verbleib von Papierprodukten bzw. der darin enthaltenen Rohpapiere im Papierkreislauf zu verfolgen und somit deren Wiederfindung in den Altpapiersorten vorherzusagen.

Dies ist für die Bewertung der Nachhaltigkeit von neuentwickelten Papieren von großer Bedeutung.

(26)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Charakteri-

sierung von Altpapier- mischungen

Im vorliegenden Projekt wurde eine Methode erarbeitet und praktisch zur Verfü- gung gestellt mittels der die initialen Eigenschaften verschiedener Altpapiersorten und -fraktionen sowie Rezepturen prognostiziert werden können.

Bereits bestehende numerische Modelle wurden erweitert und modifiziert. Zur Berücksichtigung zufällig verteilter Einflussgrößen wurde ein Monte Carlo Zu- fallsgenerator in das Prognosetool integriert.

Für ca. 70 Altpapiereinzelobjekte wurde ein umfassender Merkmalsvektor ermittelt. Durch die Mischung dieser Qualitätseigenschaften entsprechend der Massenanteile der Einzelobjekte erfolgte die Prognose des papiertechnologischen Gebrauchswertes der entsprechenden Altpapiermischung.

Die Synthese aus verschiedenen Einzelobjekten erlaubt durch beliebige Variati- on der Anteile auch die schnelle Modellierung von Altpapiersorten. Die Simulati- onsrechnungen zeigten (und wurden in experimentellen Versuchen bestätigt), dass initiale Prozess- und Papiereigenschaften der Altpapiersorten 1.02, 1.04 und 1.11 sensitiv bezüglich der Zusammensetzung der Sorten sind.

Auf Grund der Verfügbarkeit von Modellen zu Prozessen der Aufbereitung von Altpapier kann die Wirkung einer veränderten Zusammensetzung von Altpa- piersorten bis zu den Endeigenschaften daraus hergestellter Papierprodukte simuliert werden.

11 Wirtschaftliche Verwertung der Vorhabensergebnisse

Zielgruppe Zielgruppe für die wirtschaftliche Verwertung der FuE-Ergebnisse sind primär die Altpapier verarbeitenden Unternehmen der Papierindustrie. Produktsegmente mit hohem Altpapiereinsatz sind Zeitungsdruckpapier und Verpackungspapiere.

Einige Hersteller hochwertiger Papiere, wie Druckpapiere, Tissue und Spezial- papiere, haben sich auf einen sehr hohen bzw. vollständigen Einsatz von Altpa- pier als Rohstoff spezialisiert. Die Anforderungen dieser Hersteller an die Altpa- pierqualität sind sehr hoch und betreffen zudem auch spezielle Kriterien.

Allgemein können alle Marktteilnehmer, die mit dem Sekundärrohstoff Altpapier umgehen Anwender der Ergebnisse sein. Für „Bereitsteller“ von Altpapier im Entsorgungsbereich wird es beispielsweise zunehmend schwierig das anfallende Material hinsichtlich der Definitionen in der Altpapiersortenliste zu bewerten und Problemobjekte zu erkennen.

Auch für Hersteller von Additiven und Zusatzstoffen zum Einsatz in der Papier- herstellung und -verarbeitung sind die FuE-Ergebnisse nutzbar um Fragestellun- gen der Rezyklierbarkeit zu bewerten.

Anwendungs-

bereiche Die im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte Dienstleistung sowie die erarbeiteten Methoden und Tools sind für mehrere Anwendergruppen von Interesse:

• Altpapier einsetzende Papier- und Kartonhersteller

• Hersteller von Packmitteln und Druckerzeugnissen (Verarbeiter)

• Im Bereich Altpapier tätige Unternehmen der Entsorgungswirtschaft

• Hersteller von Sortieraggregaten sowie Planer von Sortieranlagen für Altpapier

• Hersteller von Additiven und Zusatzstoffen zum Einsatz in der Papierherstel- lung und -verarbeitung

Vor allem im Bereich der Entsorgungswirtschaft und der Papierverarbeitung ist der Anteil an kmU hoch.

(27)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 33/14 Transfer und

Verwertung der Ergebnisse

Die Projektergebnisse dienen der Festigung und Erweiterung der sachkundigen Beratung der Altpapier einsetzenden Papierhersteller hinsichtlich der Rohstoff- auswahl und -bewertung mit dem Ziel der Optimierung ihrer Produktqualität und Verbesserung der Prozessstabilität. Die Verwertung der im Projekt entwickelten Dienstleistung sowie einzelner Methoden und Tools wird direkt über die etablier- ten PTS-Vertriebsaktivitäten erfolgen. Ausgewählte Ergebnisse werden außer- dem in Fachvorträgen und Veröffentlichungen präsentiert. Ergänzend werden die gewonnenen Erkenntnisse im neu entwickelten Basisseminar „Altpapierauswahl und -bewertung“ sowie in Inhouse-Schulungen verwertet.

Aufbau der Web-

Anwendung Die im Rahmen des Projektes erstellte Web-Anwendung (Abbildung 16) demons- triert die grundlegende Arbeitsweise eines Gebrauchswertrechners und be- schränkt sich auf ausgewählte Funktionalitäten. Kern ist eine frei wählbare Zusammensetzung der drei meistverwendeten Altpapiersorten 1.02, 1.04 und 1.11. Ferner können die Altpapiersorten in beliebigen Masseanteilen gemischt werden. Es werden dazu exemplarisch sechs Suspensions- und Papiereigen- schaften eines aus dem Sortenmix gebildeten virtuellen Laborblattes ausgege- ben. Für jede Altpapiersorte kann eine Standardzusammensetzung voreingestellt werden, welche aktuelle Analyseergebnisse widerspiegelt.

Abbildung 16: Benutzeroberfläche der Web-Anwendung und Erläuterungen

(28)

Ansprechpartner für weitere Informationen:

Dipl.-Ing. Lydia Tempel Tel. 03529 / 551-721

Lydia.Tempel@ptspaper.de

Papiertechnische Stiftung PTS Pirnaer Straße 37

01809 Heidenau Tel. 03529 / 551-60 Fax 03529 / 551-899 e-Mail: info@ptspaper.de www.ptspaper.de