Modellfabrik Papier
Roadmap für zukünftige Forschungsausrichtung
Dazu zählen:
• FH Aachen, Institut NOWUM-Energy am Campus Jülich (FHA)
• RWTH Aachen University, Institut für Textiltechnik (ITA)
• TU Darmstadt, Institut für Makromolekulare Chemie und Papierchemie (MAP)
• TU Darmstadt, Institut für Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV)
• TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik (TUD)
• Forschungszentrum Jülich, Institut für Pflanzenwissenschaften (FZJ)
• Papiertechnische Stiftung Heidenau (PTS)
Im Roadmap-Projekt wurden der Stand der Technik, der Stand der Forschung und die zukünftige Forschungsagenda dargestellt. Für die umfangreiche Forschungsagenda wurde das Konsortium im August 2022 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zur Beantragung von Fördermitteln ausgewählt. Bis zum voraussichtlichen Starttermin im Juni 2023 wurden vier Themenfelder als Vorarbeiten identifiziert, die aus Eigenmitteln der Modellfabrik Papier finanziert werden.
1. Digitaler Zwilling der Papierfertigung
Die Modellfabrik Papier verfolgt das Ziel einer klimaneutralen Papierfertigung bis 2045. Um Optimierungen und Prozessinnovationen zu bewerten, ist ein digitaler Zwilling notwendig. Es wird zunächst ein Anforderungskatalog an ein solches Bilanzierungstool erstellt. Dazu finden gemeinsam mit den Industriepartnern Workshops statt. Parallel werden Umfragen und ausführliche Literaturrecherchen durchgeführt, um bereits bestehende (Teil)Modelle zu identifizieren und bewerten. Weiterhin werden Perfomanceindikatoren definiert, um Maßnahmen, Produktionsprozess- und Energieversorgungssystemänderungen bewerten zu können. Die Ergebnisse fließen in ein Lastenheft für ein Gesamtmodell, welches einen modularen digitalen Zwilling der Papierproduktion inkl. Schnittstellen für Feedbackschleifen für bestehende Sensorik bei Papier- und Energieversorgungssystemen darstellt.
Autor. Rosario Othen, RWTH Aachen University, Institut für Textiltechnik (ITA)
2. Beschleunigung der Trocknung durch Auftrag von organischen Medien
Im Projekt MFP-2022-P002 soll grundlegend die Frage beantwortet werden, ob und inwieweit organische Medien gezielt als Schlepper eingesetzt werden können um Trocknungsenergien zu senken. Dazu werden Papiere mit organischen Medien beauftragt, Trocknungsenergien gemessen, diese mit den Papiereigenschaften korreliert und Einsparpotenziale ermittelt. Dies beinhaltet auch die Untersuchung einer Vielzahl organischer Medien sowie deren physikalisch-chemischen Eigenschaften bezüglich der Trocknung von Papier. Darüber hinaus werden, um ein möglichst repräsentatives Spektrum des in der Papierindustrie eingesetzten Faserstoff-Portfolios abzubilden, auch unterschiedliche Faserstoffe sowie deren Trocknungseigenschaften bei organischer Beauftragung verglichen.
Autor: Oliver Elle, TU Darmstadt, Institut für Makromolekulare Chemie und Papierchemie (MAP)
3. Thermodynamische Optimierung der Papierherstellung
Zum Erreichen des uns gesetzten Zieles: „kein Dampf verlässt die Fabrik“ erforschen wir die Adaption von in anderen Branchen bekannten Verfahren wie z. B. der Brüdenkondensation, entwickeln Wärmeintegrationskonzepte zum effizienten Einsatz von Hochtemperaturwärmepumpen, betrachten Konzepte einer energieoptimierten Ausbringung und ersterproben gänzlich neue Verfahren für stoffoffene Wärmepumpen. In Kombination dieser Ansätze sollen die thermischen Verluste so weit reduziert werden, dass ein alleiniger Betrieb mit elektrischer Energie wirtschaftlich möglich wird.
Autor: Toma Schneider, Papiertechnische Stiftung Heidenau (PTS)
4. Trockene Fasern
Im Projekt MFP-2022-P004 „Trockene Fasern“ werden Strategien entwickelt, um Papier ohne oder mit deutlich geringerem Einsatz von Wasser zu erzeugen, sodass ein erheblicher Teil der eingesetzten Energie zu dessen Entfernung während Papierherstellung eingespart werden kann. Dazu werden verschiedene native oder modifizierte Faserrohstoffe trocken zerfasert, zu homogenen Vliesen mit flächenbezogener Masse ≤ 225 g/m² weiterverarbeitet und mittels verschiedener Strategien konsolidiert. Anhand der erzielten Materialeigenschaften sowie der notwendigen Menge an Wasser wird das jeweilige Potenzial der eingesetzten Strategien zur Konsolidierung der trocken gelegten Faservliese erhoben. Zudem wird im Projekt ein Benchmark für das Airlaid-Verfahren erarbeitet, der eine energetische Bewertung des Prozesses zulässt und mögliche Verfahrensgrenzen aufzeigt. Auf Basis der Ergebnisse werden Strategien zur wasserfreien Papiererzeugung ausgewählt, die in zukünftigen Projekten entwickelt und prozesstechnisch umgesetzt werden sollen.
Autor: Rene Kleinert, TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik (TUD)
Lesen Sie das vollständige Update zur Modellfabrik Papier mit Interview des Geschäftsführers Peter Bekaert, Vorstellung des geplanten Forschungskomplexes und Roadmap in der Ausgabe 11/2022 vom Wochenblatt für Papierfabrikation.
