Doorbraaktechnologieën in papier- en kartonproductie

Doorbraaktechnologieën in papier- en kartonproductie
Workshop doorbraaktechnologieën
KCPK heeft een lijst van tien mogelijke doorbraaktechnologieën opgesteld,
die op verschillende plekken in het productieproces aangrijpen (zie Figuur 1).
Deze doorbraaktechnologieën zouden we graag met de experts van de
papier- en kartonfabrieken willen bespreken op 20 juni 2013 bij KCPK in
Arnhem.
Achtergrond
De trends van toenemende kosten voor energie en cellulose houdende
grondstoffen vormen een bedreiging voor de Nederlandse papier- en
kartonindustrie. Om een goede marktpositie te behouden zullen grote
efficiëntieverbeteringen moeten plaatsvinden in het productieproces met
betrekking tot de energie-intensiviteit, watergebruik en materiaalgebruik.
We hebben het over radicale verbeteringen, zoals een lagere energieintensiteit van 30-50%.
Er is gedurende de laatste tientallen jaren al veel vooruitgang geboekt op
efficiëntiegebied door incrementele veranderingen. Dit soort incrementele
verbeteringen hebben echter een limiet. Om de beoogde 30-50%
verbetering te realiseren zijn meer radicale innovaties en veranderingen in
het productieproces nodig, zogenaamde doorbraaktechnologieën. Hierbij
moet de papier- en kartonindustrie proberen verder te denken dan zijn
normale “comfort zone”. Mogelijkheden en kansen moeten worden gezocht
door technologieën en sectoren te benaderen die normaal gesproken niets
te maken hebben met papier- en kartonproductie.
Wat
Dit is een uitnodiging voor
een sessie met betrekking tot
het thema:
“Doorbraaktechnologieën in
papier- en kartonproductie”
Doel
Sparringsessie over volgende
stappen en prioriteiten voor
bereiken 50%
energiereductie
Voor
Alle papier- en
kartonfabrieken in Nederland
Wanneer
20 juni 2013
Waar
Kenniscentrum Papier en
Karton (KCPK)
IJsselburcht 3
6825 BS Arnhem
Tel: +31 (0)26 365 35 15
Financiering
th
Cornet 11 call en
Beta
behandeling
Wereld van Papier
CapWa
Compressie
Refining
Adsorptie
ontinkting
Vezels
Water
Vorming
in
Schuim
Geothermie
Stoom
Conversie
Reststromen
Plakken
zonder
lijm
Blow-up
Board
Nanotech
Blob
Karton
Stroom
Figuur 1: Doorbraaktechnologieën en hun plaats in het papier- en kartonproductieproces
Contact KCPK
Arie Hooimeijer
+31 (0) 26 365 3515
[email protected]
Doorbraaktechnologieën
Er zijn tien verschillende doorbraaktechnologieën geïdentificeerd door het Kenniscentrum Papier en
Karton. Van elk van deze technologieën kan gezegd worden dat zij een zeer grote
efficiëntiebespreking (energie, materiaal, water) kunnen bewerkstelligen. Deze zullen tijdens de
workshop dienen als stof voor discussie. De technologieën zijn onderverdeeld in verschillende
aspecten van het papierproductieproces, namelijk: Vezelgrondstoffen, Productie & Energie en
Eindproducten.
Verschillende instanties houden zich momenteel bezig met de ontwikkeling van deze technologieën
(zie Tabel 1). KCPK zoekt samenwerkingsmogelijkheden met deze instanties. Omdat het nog erg
onzeker is welke van de technologieën de “heilige graal” zal zijn (het zou uiteraard ook een andere
technologie kunnen zijn die niet op de lijst staat) wordt gezocht naar nationale of Europese subsidies
om de haalbaarheid van de technologieën te kunnen bepalen. Een voorbeeld hiervan is de Marie
Curie IAPP call, waarvoor een voorstel is ingediend. Hiermee worden de volledige kosten
gefinancierd om onderzoekers vanuit de papier- en kartonsector (vertegenwoordigd door Bumaga)
uit te wisselen met die van TU Dresden, VTT en ZUT/CBIMO. Hiermee zal in korte tijd kennis worden
opgedaan over de mogelijkheden van het gebruik van de technologieën in de papier- en
kartonindustrie.
Tabel 1: Overzicht van de technologieën per aspect en welke instanties betrokken zijn bij de ontwikkeling ervan
Technologie
Wie is hiermee bezig
Vezelgrondstoffen
Beta behandeling, Adsorption
deinking
TU Dresden
Productie & Energie
Geothermie, Compression
refining, Vorming in schuim,
Blow-up board, CapWa,
KCPK/Bumaga, WUR, VTT, TU
Dresden, ECN
Eindproducten
Nano tech, Blow-up board, Blob
karton
VTT, ZUT/CBIMO,
Doorbraaktechnologieën
KENNISCENTRUM PAPIER EN KARTON - IJsselburcht 3, 6825 BS Arnhem - www.kcpk.nl
Vezelgrondstoffen
Beta behandeling
Door straling wordt de taaiheid van de wanden van de cellen van het hout verminderd.
Hierdoor kan in de volgende vervezelingsstappen, zoals bijvoorbeeld bij thermo-mechanische pulp,
mogelijk worden gedaan met veel minder energie. De techniek kan een belangrijk puzzelstukje
betreffende het gebruik van alternatieve vezels bevattende grondstofstromen zijn, waarvoor
momenteel geen geschikte methode is (bijvoorbeeld de stengels van pepers) .
Adsorption ontinkting
Inktverwijdering door Adsorptie via polymeerparels willen we doorontwikkelen. Zij kunnen
vervuilingen als inkt, oliën en vergelijkbare stoffen extraheren vanuit pulp, maar ook vanuit vilten,
zeven of andere onderdelen en accumuleren op hun oppervlak. Het concept van de korrels is
gebaseerd op een nieuwe reinigingsmethode die ontwikkeld is voor de textielindustrie. Voordelen
van het gebruik van deze methode om oudpapier te reinigen zijn bijvoorbeeld energiebesparing als
gevolg van een veel grotere consistentie die in de loop van het proces inkt verwijderen en een
aanzienlijke vermindering van vezelverlies. De "vuilvangende " korrels zullen naar verwachting een
besparing tot 90% van het watergebruik opleveren en 30% reductie van de operationele kosten.
Echter, er is extra onderzoek nodig in de verdere commercialisering van het concept. Vooral is er
extra kennis met betrekking tot de praktische dagelijkse operaties nodig.
Productie & Energie
Geothermie
Overal op aarde neemt de temperatuur toe met de diepte (in Nederland
ongeveer 31°C /km); een stijging die het gevolg is van natuurlijke
nucleaire vervalprocessen in de kern van de aarde. De ondergrondse
warmtevoorraad is daardoor in feite onuitputtelijk en geothermie biedt
daarom een uitstekend duurzaam alternatief voor de productie van
warmte op relatief lage temperaturen.
Voor onze sector zijn temperaturen van 150°C - 220°C nodig. Warmte op
dit temperatuurniveau is winbaar op diepten tussen de 4 en 7 km waarbij men dan spreekt van
‘Ultra-diepe geothermie’. Ultradiepe geothermie is zeer innovatief en op dit moment zijn er in
Nederland nog geen realisaties op deze diepte bekend. Ook diepe geothermie (1,5 - 4 km) is in
Nederland nog in een ontwikkelingsfase, ondanks dat een geothermische boring technisch niet veel
verschilt van een boring naar gas of olie. Realisatie van de eerste ultradiepe projecten is te
verwachten binnen 4 tot 6 jaar.
Doorbraaktechnologieën
KENNISCENTRUM PAPIER EN KARTON - IJsselburcht 3, 6825 BS Arnhem - www.kcpk.nl
Binnen de papier- en kartonindustrie is al enig voorwerk verricht middels een haalbaarheidsstudie bij
enkele papierfabrieken en een verkennende analyse van het landelijk potentieel.
Om de geothermische bron te kunnen ontsluiten wordt gebruik gemaakt van Enhanced Geothermal
Systems (EGS). Dit zijn stimulatietechnieken die zorgen voor voldoende doorstroming in
ondergrondse waterreservoirs. Tevens is kartering van de ultradiepe ondergrond en inzicht in
reservoireigenschappen noodzakelijk.
Om de techniek succesvol in te zetten, moeten de onzekerheden en de risico’s omtrent het
verwachte debiet en de temperatuur zoveel mogelijk worden beperkt. De ROI is in grote mate
afhankelijk van de vermeden kosten van aardgas- en CO2-uitstoot.
Compression refining
Het ontstaan van “fines” tijdens het malen tijdens de traditionele raffinage resulteert in meer water
vasthouden en daardoor meer energiegebruik in de droog-sectie. Door het gebruik van compressie
rerfining van het materiaal wordt gewerkt op een minder agressieve manier, waardoor er meer
sterkte ontwikkeld zal worden. De potentiële energiebesparing voor het drogen zal naar verwachting
aanzienlijk zijn.
Vorming in schuim
De hoofdgedachte in het bladvormen met schuim is flocculatie van houtvezels door toevoeging van
een grote hoeveelheid lucht in vezelsuspensie. Mogelijkheid om grootteverdelingen van luchtbellen
te controleren in een proces verbreedt ook mogelijkheden om met volledig nieuwe soorten vezels te
produceren, omdat de bel grootteverdeling wordt overgeërfd op papie structuur. Foam
vormtechnologie introduceert nieuwe spannende mogelijkheden voor het verbeteren van de
eigenschappen van bestaande producten en het ontwikkelen van totaal nieuwe duurzame houtvezel
gebaseerde producten. Met schuimtechnologie geproduceerd is de formatie onafhankelijk van
vezeleigenschappen. Ook kan de consistentie aanzienlijk worden verhoogd met schuimtechnologie
en zeer poreuze producten kunnen worden geproduceerd. Dit geeft een mogelijkheid om grondstofen productiekosten opmerkelijk, in vergelijking met producten die met traditionele water met
vorming van technologie, te verlagen
Blow-up board
Ultrasoon frequenties kunnen worden gebruikt in de productie van papier om water uit de massa te
verdrijven. Het water wordt in wezen uit het vel papier "opgeblazen". Hierdoor wordt meer volume
gecreëerd. Dit effect is aangetoond in verschillende experimenten, en een aantal industriële partijen
hebben interesse getoond in de technologie.
CapWa
Hier onderzoekt het Kenniscentrum de mogelijkheid om restwarmte op een hoger
temperatuurniveau opnieuw in te kunnen zetten: dampafscheiding met membraantechnologie in
combinatie met open warmtepompen.
Het CapWa project is voor de papier- en kartonindustrie interessant omdat het gericht is op de
ontwikkeling van membraantechnologie waarmee waterdamp kan worden afgescheiden uit
rookgassen en drogeruitlaatlucht. Hierdoor wordt het mogelijk afgassen te scheiden in twee
Doorbraaktechnologieën
KENNISCENTRUM PAPIER EN KARTON - IJsselburcht 3, 6825 BS Arnhem - www.kcpk.nl
(her)bruikbare stromen. De warme droge lucht is mogelijk weer te gebruiken als drooglucht en de
afgescheiden waterdamp kan worden ingezet als ketel voedingswater en/of proceswater, of zelfs
direct als lagedrukstoom na recompressie.
CapWa, of voluit: ‘Capture of evaporated Water with novel membranes’, is een internationaal project
met 14 partners onder leiding van KEMA. Het doel van CapWa is om waterdamp uit effluent rookgas
te halen met behulp van een membraan. Het membraan is
in staat waterdamp van lucht te scheiden. Het hierbij
verkregen water is van demiwaterkwaliteit en kan dienen
als basis voor drinkwater in landen waar dat schaars is.
Het Kenniscentrum gaat hiermee nog een stap verder en
bekijkt of de afgescheiden damp rechtstreeks kan worden
opgewerkt tot stoom voor gebruik in de droger. De
potentiële impact hiervan bedraagt in orde van grootte 1030% van het totale stoomverbruik in de droogpartijen.
Implementatie
Het huidige project is een industrieel opschalingtraject dat
volgt op eerdere ontwikkeling- en onderzoeksfases van het
CapWa membraan. De doelstelling van het driejarig project
is om het concept te testen onder industriële omstandigheden en dit te ontwikkelen tot een
toepasbaar product.
Eindproducten
Nanotech
Nanotech oppervlaktebehandeling-Het gebruik van nanotechnologie oppervlaktebehandeling in
verpakking technologieën bestaat uit engineering van nieuwe vezel gebaseerde en andere
biomaterialen. Onderzoek is gericht op concurrerende producten en oplossingen voor de papier-,
chemische- en verpakkingsindustrie. Speciale aandacht is ontwikkeld om functionele systemen
combineren met nieuwe print- en coatingtechnologieën.
Plakken zonder lijm
Het oppervlak van de vezels is nu gebonden via additieven, lijmen enz. In dit project zal de binding
van de substraten zonder (of met minimale) lijm geprobeerd worden te verkrijgen met behulp van
de energie van ultrageluid op de specifieke plek die moet worden verbonden. Zo kan veel
doseerapparatuur worden vermeden. Ultrasone behandeling voor non-wovens industrie, in bonding
machines is al een bewezen toegepaste technologie, zodat er potentiële voordelen bestaan voor het
gebruik ervan in de papier- en kartonindustrie.
Blobkarton
Door de productie van papier en karton met een golfvorm in twee dimensies (een "blob") wordt de
strekte van het product enorm verbeterd. Hierdoor is minder materiaal nodig is om dezelfde
functionaliteit te krijgen; het wordt in de architectuur al toegepast.
Doorbraaktechnologieën
KENNISCENTRUM PAPIER EN KARTON - IJsselburcht 3, 6825 BS Arnhem - www.kcpk.nl

Download Report