Doorbraaktechnologieën in papier- en kartonproductie

Transcriptie

1 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: 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 BS Arnhem Tel: +31 (0) Financiering Cornet 11 th call en Beta behandeling Vezels Water Compressie Refining Adsorptie ontinkting Vorming in Schuim Blow-up Board CapWa Nanotech Plakken zonder lijm Wereld van Papier Geothermie Conversie Stoom Stroom Reststromen Blob Karton Figuur 1: en hun plaats in het papier- en kartonproductieproces Contact KCPK Arie Hooimeijer +31 (0) a.hooimeijer@kcpk.nl

2 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 Vezelgrondstoffen Technologie Beta behandeling, Adsorption deinking Wie is hiermee bezig 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,

3 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 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.

4 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

5 (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 10-30% 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.