Od Drewna Do Papieru - Gimnazjum nr 6 w Szczecinie.

Od drewna do papieru
Informacje podstawowe
Przemysł papierniczy i celulozowy powodują największe na świecie zanieczyszczenia środowiska. Przeważająca część surowców do produkcji produktów z papieru
pochodzi z importu, wskutek czego konsekwencje dla środowiska pozostają za granicą. Niestety standardy Ochrony środowiska w krajach Trzeciego Świata nie odpowiadają normom zachodnioeuropejskim. Dodatkowo tania siła robocza i stan zasobów to powody dla zwiększonej produkcji papieru, który jako niedrogi produkt dociera na nasz rynek. Brakujące standardy lub też nieobecne instancje kontrolne
prowadzą w tych krajach do niekorzystnych skutków zdrowotnych dla człowieka
oraz niebagatelnych szkód dla środowiska. W Indonezji budowane są na przykład
fabryki, gdzie pracuje się w warunkach niedopuszczonych np. w Niemczech.
W Niemczech przy produkcji celulozy stosuje się technikę przyjazną dla środowiska
określaną procesem „best practice”. Jak długo nie będzie on standardem międzynarodowym, papier kupowany będzie kosztem czynnika ludzkiego w dotkniętych
krajach. Do tego dochodzi paradoksalne zjawisko, polegające na zwiększaniu produkcji papieru dzięki możliwości zastosowania technologii ochrony środowiska.
* „Best practice” systematyzuje dotychczasowe doświadczenia, porównuje różne
rozwiązania, które zostały zastosowane w praktyce, ocenia je według celów przemysłowych i bazując na nich, określa formy i sposoby postępowania najlepiej przyczyniające się do osiągnięcia celu. Ważnymi elementami są: zrezygnowanie z próby
odkrywania na nowo kola, odkrywania najlepszego rozwiązania samodzielnie, zamiast tego wyjście poza ramy, jednakże planowo, definiowania według jasnych pojęć do oceny, sprawdzenia przekazu, podejścia praktycznego, co oznacza, ze pożądane są udokumentowane dowody praktyczne zakończone sukcesem, a nie czysto
teoretyczne pomysły.
(www.olev.de)
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
1
Różnice w przetwarzaniu surowca i obciążenia dla środowiska
Wszystkie drzewa przeznaczone do produkcji papieru, niezależnie od miejsca wzrostu i gatunku, zostają najpierw odkorowane. Drzewo, jako surowiec zostać może
przy pomocy wielu zróżnicowanych złożonych procesów:
A. przerobione na ścier drzewny
B. przerobione na celulozę
C. wybielone.
Oba półprodukty - ścier drzewny i celuloza- mają zastosowanie przy produkcji papieru. Surowce odnawialne jak len, konopie czy słoma muszą przedtem, podobnie
jak drewno, zostać spreparowane chemicznie. Drewno nie jest jedynym surowcem
wykorzystywanym przy produkcji papieru. Duże znaczenie ma również surowiec
wtórny
D. makulatura.
Z celulozy, ścieru drzewnego, makulatury oraz różnych mieszanek z tych półproduktów
E. produkuje się papier i karton.
A. Mechaniczna produkcja celulozy
W wyniku rozdrabniania mechanicznego otrzymuje się ścier drzewny. 1 Metrowe
odkorowane drewno przy udziale dużej ilości wody prasowane jest na szybkoobrotowych kamieniach ściernych. W toku tego procesu wykorzystuje się 90 do 98% surowca. Jakość ścieru jest nieporównywalna z jakością celulozy. Ścier zawiera dużą
ilość ligniny, która prowadzi do szybkiego żółknięcia, jak również i zmniejsza wytrzymałość papieru na darcie. Ścier drzewny stanowi poniżej 10% surowców, w
Niemczech wykorzystywany jest przede wszystkim do produkcji papieru przeznaczonego na krotki czas wykorzystania, jak papier higieniczny i jako domieszka do
papieru z celulozy.
Typowym przykładem produktu z ligniny są podstawki pod piwo. Położone na parapecie w bezpośrednim słońcu po paru dniach żółkną, nie są tak odporne na podarcie, w miejscu przerwania dobrze widoczne są włókna.
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
2
B. Chemiczna produkcja celulozy
Produkcja celulozy jest dużo bardziej złożonym procesem niż produkcja ścieru.
Drewno składa się w 40%-45% z celulozy, do 25% z ligniny i od 25%-30% z hemicelulozy. Przy produkcji celulozy zostaje ona uwolniona ze związków drewna. Pojęcie
papier bezdrzewny oznacza czystą celulozę, bez zawartości drewna, mimo że do
jej produkcji wykorzystane zostało właśnie drewno.
Struktura drewna porównywana jest do żelbetonu, celuloza odpowiada szkieletowi
żelaza, a lignina i hemiceluloza zawierające żywicę to beton.
Do oddzielenia celulozy tnie się drewno na małe kawałki, następnie podgrzewa o
obrabia chemicznie w kotłach. Na tym etapie celuloza ma brązowy kolor. Pozyskanie surowca na tym etapie jest na poziomie 40-50%, jednak jakość celulozy jest
dużo wyższa niż ligniny.
Obciążenia dla środowiska przy pozyskiwaniu celulozy, to obok wysokiego zużycia
wody i prądu wysokie zanieczyszczenia powietrza związkami siarki oraz wody solami i związkami organicznymi. W Polsce produkcja celulozy jest nieznaczna, przeważająca cześć surowca importowana jest z zagranicy.
Metoda sulfitowa
Ścinki drzewne gotowane są w kwasach siarkowych od 7-10 godzin przy 125o-145o C.
W niewybielonym stanie celuloza jest koloru żółtego i zawiera resztki ligniny. Uzyskane włókna maja niską odporność.
Metoda siarczanowa
W tej metodzie gotuje się ścinki drzewne w roztworze wodorotlenku sodu z dodatkiem siarczku sodu przy 170o-190o C przez 4-6 godzin. W niewybielonym stanie celuloza ma kolor brązowy, zawiera resztki ligniny i jest trudna do odbarwienia. Z
powodu dobrych właściwości jakościowych siarczanu celulozy i możliwości przerabiania drzew żywicowych właśnie ten proces jest przeważnie stosowany.
C. Wybielanie w trakcie produkcji
Po uwolnieniu włókien celulozy z drewna koniecznie jest jej wybielenie z brązowoszarego zabarwienia powodowanego przez resztki ligniny. Dopiero wybielanie
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
3
umożliwia produkcję białego papieru i zapobiega jego kruchości oraz późniejszemu
żółknięciu. Obecnie stosowane są trzy procesy wybielania:
a) - z chlorem
b) - z dwutlenkiem chloru
c) - przy zastosowaniu tlenu
a) Wybielacze z chlorem
Wybielanie następuje przy udziale agresywnego chloru lub jego gazu. Jest tanie i
bardzo nieszkodliwe dla włókien. Chlor atakuje selektywnie ligninę aromatyczną.
Proces wybielania przeprowadzany jest w pięciu etapach (wybielanie, extrakcja,
wybielanie, itd.). Proces jest bardzo trujący i zanieczyszcza bardzo ścieki (8 -10 kg
AOX 1 na tonę celulozy). Chlor, jako substancja łatwo reagująca, łączy się z innymi
pierwiastkami i tworzy trwale silnie trujące związki jak dioxiny czy furany, które
zanieczyszczają wodę i glebę oraz kumulują się w organizmach żywych. Odsetek
światowej produkcji celulozy bielonej chlorem cząsteczkowym wynosi nadal 15% w
Azji, Europie i Afryce. W Niemczech jest on zakazany na mocy surowych przepisów
o ściekach.
b) Wybielanie dwutlenkiem chloru
Ponieważ chlor ma równocześnie działanie stabilizujące włókna celulozy, producenci papieru nie chcą z niego rezygnować i stosują już częściej słabiej reagującą,
nie tak trującą jego odmianę, jaką jest ditlenek chloru. Proces wybielania odbywa
się w trzech etapach. Wstępne wybielanie tlenem, potem dwutlenkiem chloru lub
hyperchloritem, końcowe wybielanie następuje przy udziale H2O2.
Obciążenie ścieków wynosi 0,1 kg na tonę celulozy. Stopień białości mierzony w
stosunku do tlenku magnesu wynosi do 90%. Około 75% światowej produkcji papieru
odbywa się w ten sposób.
1
AOX (adsorbowalne organicznie związane chlorowce) jest umowną miarą zawartości chloro-, bromo- i jodopochodnych
związków organicznych w wodzie lub ściekach w przeliczeniu na chlor. Termin ten został wprowadzony w 1976 roku w Niemczech jako miara zanieczyszczenia wody toksycznymi organicznymi związkami chloru (DDT i jego pochodne, polichlorowane
bifenyle itp) . W 1985 roku został tam wprowadzony na listę podstawowych parametrów mierzonych w wodach i ściekach.
W polskim prawodawstwie maksymalne dopuszczalne stężenie AOX w ściekach odprowadzanych m.in. do oczyszczalni wynosi
1 mg Cl/dm³, w ściekach odprowadzanych do rzek – od lipca 2006 wynosi 5 mg Cl/dm³
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
4
c) Wybielanie bezchlorkowe
Coraz więcej zakładów celulozowych udowodniło, że możliwe jest również otrzymanie dobrej jakości włókien przy wybielaniu bezchlorkowym. W tym wypadku
proces musi być staranny, aby uniknąć zniszczenia struktury celulozy przez tlen, co
prowadziłoby do utraty jej jakości. Proces wybielanie jest trzystopniowy, dobielanie jest przy udziale O3 lub H2O2. Substancje te również zanieczyszczają środowisko, nie są jednak tak trujące jak związki chloru. Zanieczyszczenie ścieków wynosi
0, 02 kg AOX na tonę celulozy. Stopień białości mierzony w stosunku do tlenku magnezu wynosi do 85%. Około 5 % produkcji światowej bazuje na tym procesie.
D. Makulatura
Inaczej wygląda procedura wybielania makulatury. Uwolniona ze związków drewna
celuloza, może być łatwo wielokrotnie przetwarzana. Na tym etapie jest sortowana, czyszczona, usuwany jest atrament. Makulatura jak celuloza czy lignina jest
półproduktem, w związku z tym cały proces produkcyjny aż do półproduktu jest
zaoszczędzony. Teoretycznie włókna celulozy mogą zostać wykorzystane ponownie
do 5-6 razy. To jest znaczący argument, który przeważa w bilansie ekologicznym
makulatury w porównaniu z bilansem celulozy i ligniny.
De-Inking - oczyszczanie z tuszu
W tym procesie usuwa się mechanicznie farbę drukarską z papieru za pomocą wody, ługów sodowych i mydeł. Poprzez dotłaczanie powietrza tworzy się piana, hydrofobowe związki farb gromadzą się razem z mydłami na bąbelkach powietrza,
unoszą się na powierzchnię, gdzie mogą zostać zebrane. Większość urządzeń bazuje na takiej zasadzie flotacji.
E. Produkcja papieru
Miazga papiernicza zawiera 98,5 - 99% wody i do 1,5% włókien. Papka zostaje rozlana na sito, które przesuwa się jednocześnie do przodu i na boki. Włókna układają
się jedno przy drugim, splatają się i tworzą „papierową tkaninę”. Przez sito woda
spływa w dół.
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
5
Na końcu sita papierowa taśma jest ściskana filcem, co powoduje wyciśnięcie części wody. Zawartość wody wynosi w tym momencie jeszcze około 80%. Filc przenosi
papierowe pasmo przez prasy i papier jest wielokrotnie wyciskany. Czym więcej
wody zostaje w tym miejscu wciśnięte, tym mniej energii cieplnej musi być użyte
do ostatecznego wysuszenia.
Na początku zawartość wody wynosi 60 do 70%. Papierowa taśma przesuwa się między filcem i ogrzewanymi parą cylindrami. Filc przyjmuje wyparowywaną wodę i
zapobiega falowaniu pasma papierowego. Prędkość suszenia wpływa znacznie na
jakość papieru.
Cele edukacyjne
•
poznanie tajników przemysłowej produkcji papieru
•
poznanie surowców do produkcji papieru
•
poznanie kosztów produkcji, ze szczególnym uwzględnieniem wody i energii.
Przebieg zajęć
Prowadzący zaczyna od wprowadzenia na temat produkcji papieru oraz przedstawia spowodowane nią konsekwencje dla świata. Następnie można wybrać między
wykładem, wspólnym opracowywaniem tematu z całą grupą lub filmem.
Czas trwania
45-60 Minut
Materiały
(I)
Grafika „Od drewna do papieru“
(II)
Różne próbki surowców
EU: GRUNDTVIG PROGRAM PARTNERSKI „UCZ SIĘ WIĘCEJ, BĄDŹ ŚWIADOMYM KONSUMENTEM“, 2009
6