Papierproduktion: Vom Rohstoff zum fertigen Bogen – Ein Branchenüberblick

Papier ist eines der meistproduzierten Produkte der Welt. Seit Kindheitstagen sind wir von Papier und seinen Erzeugnissen umgeben – sei es Schulbuch, Karton, Zeitung, Pappschachteln oder ähnliches.

Täglich nutzen wir etwas, das aus Papier besteht. Da der Verbrauch enorm ist, erfolgt die Produktion in riesigem Maßstab. China, USA und Japan sind die drei größten Papierproduzenten weltweit. Die Produktionsmenge ist gewaltig, und der Verkauf generiert jährlich Milliardenumsätze.

Die Papierherstellung schafft weltweit enorme Beschäftigung. Sie erfordert Maschinen, Fabriken, Arbeitskräfte und Techniker. Eine Papierfabrik zu gründen ist nicht extrem schwer, erfordert aber umfangreiche Planung.

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Die USA sind einer der größten Verbraucher von Papierprodukten. 2016 betrug der Verbrauch 97,3 Millionen Tonnen. 2016 gab es 450 Papierfabriken in den USA mit einem Gesamtumsatz von 68 Milliarden US-Dollar.

Die USA sind auch führender Exporteur von Papierprodukten wie Zellstoff, Papier und Karton (7,809 Mrd. USD Export 2019) sowie verarbeitete Papierprodukte (6,299 Mrd. USD Export 2019).

Papierproduktion erfolgt in großen Fabriken großer Zulieferer, aber auch im kleineren Maßstab je nach Kapital und Nachfrage. Obwohl große Unternehmen verschiedene Verfahren für unterschiedliche Papiersorten nutzen, bleibt der grundlegende Prozess für fast alle Papierarten gleich.

Überblick über die Papierproduktion:

Wie bekannt wird Papier aus Zellulose hergestellt, die aus Holz gewonnen wird. Holz wird zu Papierbrei (Pulp) verarbeitet, der nach weiteren Schritten zu Papierbögen wird. Insgesamt gibt es sechs Hauptschritte:

• Das Zellstoffverfahren (Pulping)
• Veredelung und Verdünnung
• Drahtpartie / Faserbildung
• Pressung zur Erhöhung der Materialdichte
• Trocknungsprozess
• Endveredelung

Obwohl einige Prozesse lokal variieren, bleibt der Grundprozess gleich.

Die Rohstoffe:

Die meisten Papierhersteller setzen stark auf Holz als Grundrohstoff, das speziell für die Papierherstellung geerntet wird. Fichte, Kiefer, Tanne, Hemlocktanne und Lärche sind gängige Holzlieferanten.

Neben Holz werden Holzfasern aus Sägewerken, Holzabfälle, Recyclingtextilien, einige Pflanzenfasern und Altpapier verwendet. Durch wissenschaftlichen Fortschritt und Technologie können heute fast alle Holzarten für die Papierherstellung genutzt werden. Weitere Rohstoffe sind Bambus, Flachs, Bagasse (Zuckerrückstände), Jute und Hanf.

Leinen und Baumwolle dienen für feine Papiere wie Briefköpfe. Weitere Zusätze: Farbstoffe, Bleichmittel, Druckfarben, Leimungsmittel (Gummi, Stärke, Kolophonium) und Füllstoffe (Titandioxid, Ton, Kreide).

Das Zellstoffverfahren (Pulping):

Zellstoff wird sowohl aus Holz als auch aus Altpapier gewonnen. Im ersten Fall werden Holzstämme in Trommeln enthrt. Anschließend werden sie zu Hackschnitzeln (Chips) zerkleinert.

Im nächsten Schritt werden die Chips mit Chemikalien wie Bleichmittel, Natronlauge und Natriumsulfid behandelt. Filter entfernen Unerwünschtes. Der chemische Prozess erfordert das Kochen der Chips unter Druck in einem großen Kessel.

Das Holzmaterial wird für eine bestimmte Zeit bei definierter Temperatur gekocht, um Zellstoff zu erhalten. Dieser enthält noch Verunreinigungen, die nach der Veredelung entfernt werden. Der Veredelungsgrad hängt vom gewünschten Papiertyp ab.

Nach kurzem Kochvorgang ist der Zellstoff bereit für die Papierherstellung.

Bei Recyclingpapier verläuft der Prozess anders: Das Papier wird in kleine Stücke geschnitten, mit Chemikalienwasser vermischt. Druckfarben und Verunreinigungen werden so entfernt. Der Zellstoff wird gründlich gereinigt, Chemikalien entfernen die Farbe. Erst nach vollständiger Reinigung geht es zum nächsten Schritt.

Veredelungs- und Verdünnungsverfahren:

Veredelung bedeutet Reinigung des Holzmaterials zur Herstellung von für die Papierherstellung nutzbarem Zellstoff. Da Holz eigene Verunreinigungen enthält, die die Papierqualität beeinträchtigen würden, werden diese chemisch entfernt.

Während die Holzchips zum Kochen bereit sind, werden diverse Chemikalien zur Filtration eingesetzt. Dampf entfernt Fremdstoffe. Dies ist ein mehrstündiger Prozess.

Weitere Verfahren dienen der Herstellung von Papier, das keine Tinte aufsaugt (Leimung). Dazu werden Kolophonium und Leime verwendet. Da Papier generell Tinte aufsaugt, wäre es ohne Leimung für Druck und Schrift ungeeignet. Zudem werden Kreide, Ton und Titandioxid als Füllstoffe zur weiteren Behandlung der Zellstoffsuspension eingesetzt.

Drahtpartie und Faserbildung:

Der hergestellte Zellstoff wird nun behandelt, um trockene Fasern zu bilden, die später zu Papier werden. Ein langes Band dient als Unterlage, auf der der Zellstoff aufgelegt wird. Mittels Walzen und Trocknern wird der Zellstoff verdichtet, um die Dichte zu erhöhen und maximal Wasser zu entziehen.

Pressung und Trocknung:

Das Band läuft weiter durch Walzen, Vakuum und Trockner. Das Band ist wie ein Sieb beschaffen, auf dem der Zellstoff aufliegt. Die Vakuumanlage entzieht Wasser, die Walze verdichtet den Zellstoff und erhöht die Dichte.

Trockner trocknen das Papier weiter zu dünnen, knackigen Bögen. Die Pressung entzieht maximales Wasser, verdichtet den Zellstoff und verfestigt die Struktur.

Im finalen Trocknungsschritt wird fast das gesamte restliche Wasser entfernt. Bei 130 °C werden 85 % des Wassers eliminiert. Heißer Dampf wird durch die Bogenrollen geleitet. Etwa 70 Zylindern dienen der Trocknung. Das Papier wird auf einer langen Walze in mehreren Lagen aufgewickelt und gestreckt, um Restwasser zu entfernen.

Endveredelung:

Stärke und andere Chemikalien machen das Papier gebrauchsfähig. Stärke erhöht Steifigkeit und Bindung, wertet das Papier auf. Walzen glätten die Oberfläche.

Viele weitere Chemikalien und Maschinen verbessern die Qualität. Schließlich wird das Papier auf Jumbo-Rollen gewickelt, die bis zu 50 Tonnen wiegen können. Je nach Bedarf wird das Papier in verschiedene Formate geschnitten.

Staubabscheider in der Papierindustrie:

Papierstaub aus der Produktion hat schwere gesundheitliche Auswirkungen, besonders auf die Atemwege. Mehrstern-Staubabscheider werden eingesetzt, um den bei der Papierherstellung entstehenden Staub abzuscheiden.

Diese Abscheider werden in der Fabrik installiert, um die Staubbelastung zu reduzieren, die schwere gesundheitliche Folgen haben kann.

Wichtige Aspekte vor dem Start der Papierproduktion:

• Sie müssen vorab Abnehmer für Ihr Papier haben.
• Sie müssen bestimmte Papiersorten für bestimmte Kundengruppen produzieren – daher ist eine gründliche Analyse von Angebot und Nachfrage nötig.
• Analysieren Sie den Papiermarkt: Es kann große Nachfrage nach bestimmten Sorten geben, während andere weniger gefragt sind.
• Sie benötigen eine Fabrik mit Platz und geeigneten Bedingungen für die Maschineninstallation.
• Maschinen erzeugen Lärm, Verschmutzung, Papierstaub, Wärme, Abwasser und Rauch – alle notwendigen Genehmigungen müssen eingeholt werden.
• Ein Staubabscheider ist Pflicht, um die durch Papiermaschinen entstehende Staubbelastung zu mindern.