Haalbaarheidsstudie. Water in beeld

Transcriptie

1 Haalbaarheidsstudie Water in beeld P5 doorbraaktechnologieën Auteur(s): B. Maasdam, M. Marsidi KENNISCENTRUM PAPIER EN KARTON IJsselburcht 3, 6825 BS Arnhem -

2 Inhoud 1 Inleiding Doel Uitvoering Projectenbeschrijving... 6 Pagina 2 van 8

3 1 Inleiding De Energietransitie Papierketen richt zich op het verduurzamen van de Nederlandse papier- en kartonindustrie. Hierbij is het sterk reduceren van het energieverbruik per ton eindproduct een belangrijke maatstaf. Zeer grote energie-efficiëntieslagen (50% of meer) zijn alleen te bereiken wanneer dingen echt anders gedaan worden. Dit betekent dat in plaats van het optimaliseren van de huidige manier van doen, we het dogma moeten doorbreken en moeten durven alles volledig op zijn kop te zetten, als dit de energie-efficiëntie sterk verbetert. Een voorbeeld is het aanpakken van de thermische ontwatering door minder water te gebruiken en/of het water te vervangen door andere dragers met lagere verdampingsenergieën zoals (bio-)alcohol of superkritische CO2. De haalbaarheidsstudie Water in beeld van P5 richt zich op mogelijke routes die tot doorbraken kunnen leiden in productietechnologieën, papierconcepten en in onze manier van denken. De relatie tussen P5 en de andere programma s is weergegeven in Tabel 1. Tabel 1: Relatie met andere programma's Programma P1 Energiemanagement P2 Energie Neutraal Papier P3 Supply Chain P4 biorefinery Relatie met P5 Geen relatie. Door het programma P2 worden inhoudelijke thema s geïnventariseerd en onderzocht met betrekking tot energieefficiëntie in het productieproces. P5 onderzoekt doorbraaktechnologieën op dit gebied. Bepaalde projecten daarbinnen (bijv. damprecompressie, verhoogde proceswater temperatuur)passen inhoudelijk ook binnen de scope van P5. Wanneer voor onderdelen in de keten concepten worden geïdentificeerd/ontwikkeld waarbij voor dat onderdeel een halvering van het energiegebruik kan worden gerealiseerd, dan zal deze ontwikkeling plaatsvinden in P5. Binnen het programma P4 wordt samengewerkt met andere biobased sectoren. Ook deze sectoren hebben energie-efficiency doelstellingen. Wanneer blijkt dat er op bepaalde onderwerpen dezelfde doorbraaktechnologieën worden overwogen, kan dit leiden tot een samenwerking in onderzoek (eg. superkritische extractie/superkritisch drogen). Dit onderzoek zal dan plaatsvinden binnen P5. Pagina 3 van 8

4 2 Doel Titel rapport De papier- en kartonindustrie vorm het middelpunt van een op biomassa gebaseerde circulaire economie. Hieraan moet invulling gegeven worden door zoveel mogelijk te werken richting de Multiple-Input Multiple-Output mill (MIMO) (zie Figuur 1) en verder zo energie-efficiënt mogelijke productieprocessen. Figuur 1: MIMO concept Het doel van deze studie is om inzicht te geven in mogelijke doorbraak technologieën die zijn onderzocht binnen het transitiehuis, en die kunnen leiden tot een 50% energiebesparing in elk van de beoogde proces- en ketenonderdelen. Pagina 4 van 8

5 3 Uitvoering Titel rapport De projecten die als basis dienen voor deze haalbaarheidsstudie richten zich op het sneller ontwikkelen en toepassen van radicaal nieuwe technologieën, meer betrokken zijn bij elders ontwikkelde doorbraaktechnologieën en zorg dragen voor meer pilot-installaties van nieuwe technologieën bij Nederlandse papier- en kartonfabrieken. De volgende concrete activiteiten zijn uitgevoerd tijdens deze projecten. Technologisch - Creëren ideeën / suggesties voor nieuwe concepten: brainstormen, ophalen oude ideeën / suggesties - Eigen ontwikkeling doorbraaktechnologieen voor separate unit operations (eg. refining, TMP, ontinkting, ontwatering, drogen) - Stimuleren / begeleiden / initiëren ontwikkeling doorbraken elders - Testen nieuwe, elders ontwikkelde, technologieën / chemie / ketenconcpeten Niet technologisch - Mobilisering creativiteit, i.e. brainstormen - Creeren juiste klimaat voor Nederlandse pilots van doorbraaktechnologieen (de doorbraak verleiden) - Afstemming met toeleveranciers machines en hulpstoffen: verhoging transitiebudget alsmede verhogen commitment. - Mobilisering financiën Pagina 5 van 8

6 4 Projectenbeschrijving Binnen het transitiehuis is gekeken naar negen technologieën (zie Figuur 1) waarvan is ingeschat dat zij breakthrough potentieel bieden. Dat wil zeggen, er wordt verwacht dat deze technologieën kunnen leiden tot de 50% energiebesparing. Hierbij is een deel van de technologieën nog in een zekere zin een uitbreiding of toevoeging op de huidige manier van papier- en kartonproductie (in het blauw in Figuur 1). De technologieën in het rood echter kunnen gezien worden als een totaal nieuwe productieproces, die het oude proces vervangt. Beperkte aanpassingen in de rest van het proces Vooral voor nieuwe processen Beta behandeling Vezels Water Compressie Refining Adsorptie ontinkting Vorming in Schuim Blow-up Board CapWa Nanotech Plakken zonder lijm Blob Karton Figuur 2: Overzicht breakthrough technologieën Beta behandeling Door straling van elektronen te gebruiken kan de celwand van houtstromen worden verzwakt. Hierdoor kan de nodige energie voor thermo-mechanisch vervezelen worden verlaagd. De technologie zou verder potentieel van groot belang kunnen zijn met betrekking tot het gebruik van alternatieve vezelbronnen (bijvoorbeeld tomatenstelen), waarvoor momenteel nog gezocht wordt naar optimale methodes om de vezels te bewerken. Compressie refining Het ontstaan van kleine gesplitste deeltjes van de vezels ( fines ) tijdens traditionele vormen van refining, kunnen leiden tot het moeilijker ontwateren van het papier en daardoor hoger energieverbruik in de droogpartij. Door het gebruik van compressie refining wordt de pulp Pagina 6 van 8

7 subtieler en minder agressief behandelt, waardoor de hoeveelheid fines afneemt. Dit kan leiden tot enorme besparingen in de droogpartij. Adsorptie ontinkting Polymerische kraaltjes zijn ontwikkeld die in staat zijn om vuil en andere componenten uit stoffen textiel te verwijderen en te verzamelen op hun oppervlakte. Dit concept is gebaseerd op een nieuwe methode van reinigen in de textiel industrie. Het voordeel van deze methode om papier voor recycling van inkt te ontdoen, zijn de energiebesparingen dankzij een veel hogere mogelijke consistentie van de pulp tijdens het verwijderen van de inkt, en een sterke reductie van verliezen van vezels. De kraaltjes die de ongewenste stoffen afvangen, zullen naar verwachting leiden tot 90% minder watergebruik en 30% minder operationele kosten. Vorming in schuim Het basis idee van vorming in schuim is het voorkomen van vlokvorming van vezels. Deze vlokvorming kan leiden tot slechte bladformatie. Na goed mengen van de vezels en het schuim, blijft de structuur van de vezels constant totdat het schuim is verwijderd. De mogelijkheid om de distributie van de grootte van luchtbellen te controleren geeft bovendien de mogelijkheid om totaal nieuwe eindproducten te produceren. De grootte van de luchtbellen is namelijk inherent verbonden met de structuur van het papier. Blow-up board Ultrasone frequenties kunnen gebruikt worden in het papierproductieproces om water te verwijderen uit de papiermassa. Het water ontploft in essentie uit het water door de ultrasone trillingen. Hierdoor wordt tevens een eindproduct ontwikkeld met meer volume. Het effect van ultrasone trillingen op het papierproductieproces is al gedemonstreerd in verschillende experimenten en verscheidene industriële deelnemers hebben hun interesse getoond in de technologie. Nanotech Het gebruik van oppervlaktebehandeling in verpakkingen met behulp van nano-technologieën biedt de mogelijkheid om speciale functies te geven aan de eindproducten. Hierbij wordt vooral gekeken naar nieuwe print en coating technologieën. CapWa Pagina 7 van 8

8 De CapWa technologie maakt het mogelijk om waterdamp te verwijderen uit de uitlaatgassen van de droogpartij door middel van een membraan. Het membraan is speciaal ontwikkeld om waterdamp uit de lucht te halen. Het water is van hoge kwaliteit en kan gebruikt worden als drinkwater. Deze technologie is daarom vooral van belang voor landen zoals Afrika, waar waterverliezen door industriele processen een ernstig probleem kunnen vormen. De afgevangen waterdamp zou mogelijk ook kunnen worden gebruik voor stoomproductie. De verwachte mogelijke energiebesparing die hiermee bereikt kan worden is 10-30% van het totale stoomgebruik. Plakken zonder lijm De oppervlakte van de vezels wordt in de huidige technologie gebonden met behulp van lijm. Een radicale alternatieve mogelijkheid is het gebruiken van ultrasone frequenties. In de nonwoven industrie bestaat een dergelijke toepassing van ultrasoon al. Er is potentieel voor dezelfde toepassing in de papier- en kartonindustrie. Blob karton Door papier en karton te produceren in golfvorm in twee dimensies (een blob ) kan de productsterkte significant worden vergroot. Hierdoor kan het product dezelfde functionaliteit vervullend met veel minder materiaal. Hierdoor is minder energie en materiaal nodig per ton eindproduct. Pagina 8 van 8