Zellstoff in der Papierherstellung: Grundlage für hochwertige Papierprodukte

Woraus besteht Zellstoff?

Zellstoff besteht hauptsächlich aus Cellulose, die beim chemischen Aufschluss von Pflanzenfasern gewonnen wird. Etwa 90% des weltweit produzierten Zellstoffs wird aus Holz hergestellt. Die Zusammensetzung variiert je nach Ausgangsmaterial und Herstellungsverfahren:

Cellulose: Der Hauptbestandteil, der die Grundstruktur der Fasern bildet
Restlignin: Je nach Aufschlussverfahren enthält ungebleichter Zellstoff noch etwa 2-3% Lignin
Hemicellulosen: Kurzkettige Kohlenhydrate, die in geringen Mengen verbleiben
Mineralische Bestandteile: Spuren von Mineralien aus dem Ausgangsmaterial

Die Qualität des Zellstoffs wird maßgeblich durch die Faserlänge bestimmt. Während Nadelholzzellstoff lange, feste Fasern von durchschnittlich 3,3 mm Länge aufweist und dem Papier eine gute Armierung verleiht, zeichnet sich Laubholzzellstoff durch kürzere Fasern von etwa 1 mm Länge aus, die besonders für glatte Papiere wie Schreib- und Kopierpapier sowie Hygienepapiere geeignet sind.

Herstellungsverfahren von Zellstoff

Die Herstellung von Zellstoff erfolgt durch verschiedene chemische Aufschlussverfahren, wobei zwei Hauptverfahren dominieren:

Das Sulfatverfahren

Das Sulfatverfahren, auch Kraft-Verfahren genannt, ist heute mit über 95% Anteil an der Weltproduktion das vorherrschende Verfahren. Der Prozess läuft wie folgt ab:

• Das Holz wird zu Hackschnitzeln verarbeitet
• Die Hackschnitzel werden mit Kochlauge (Natronlauge und Natriumsulfid) imprägniert
• Bei Temperaturen bis zu 170°C werden Holzbestandteile wie Hemicellulosen und Lignine alkalisch gelöst
• Das Lignin wird durch nukleophile Etherspaltung der Sulfitionen depolymerisiert
• Der Prozess wird abgebrochen, bevor das gesamte Lignin gelöst ist, um die Cellulosefasern zu schonen

Das Sulfatverfahren kann sowohl für Laub- als auch für Nadelholz verwendet werden und liefert besonders feste Fasern, die allerdings zunächst dunkel gefärbt sind und für viele Anwendungen gebleicht werden müssen.Das Sulfitverfahren

Das Sulfitverfahren macht heute nur noch etwa 2-3% der weltweiten Zellstoffproduktion aus:

• Schwefeldioxid wird mit Wasser zu einer sauren Lösung verarbeitet
• Der saure Sulfitprozess löst den Verbund zwischen Lignin und Cellulose durch Sulfonierung und Etherspaltung des Lignins
• Das sulfonierte Lignin wird wasserlöslich und kann aus der Fasermasse entfernt werden
• Die Faserfestigkeit ist geringer als beim Sulfatzellstoff, jedoch ist der Zellstoff heller

Das Sulfitverfahren eignet sich besonders für Fichten-, Buchen- oder Eukalyptusholz und hat eine stabile Marktnische bei der Herstellung von Viskosezellstoff gefunden.

Die Ausbeuten pro Trockenmasse Holz betragen beim Sulfatverfahren 40-45% und beim Sulfitverfahren 45-50%. Die restliche Holzmasse geht in gelöste Substanzen über, die entweder als Abwasser anfallen oder in modernen Anlagen zur Chemikalienrückgewinnung und Energieerzeugung genutzt werden.

Einsatzgebiete von Zellstoff in der Papierherstellung

Zellstoff ist für verschiedene Papiersorten unterschiedlich gut geeignet:

Für holzfreie Papiere

Holzfreie Papiere bestehen hauptsächlich aus Zellstoff und enthalten kaum Lignin. Sie sind besonders langlebig und vergilben nicht so schnell wie holzhaltige Papiere. Typische Anwendungen sind:

• Hochwertige Druck- und Schreibpapiere
• Büropapiere und Kopierpapiere
• Bücher mit langer Lebensdauer
• Dokumentenpapiere

Für holzhaltige Papiere

Bei holzhaltigen Papieren wird Zellstoff zur Verbesserung der Papierfestigkeit als Armierungszellstoff zugesetzt:

• Magazin- und Katalogpapiere
• Zeitungsdruckpapier (in Kombination mit Altpapier)
• Preiswertes Druckpapier
  
  

Für Spezialpapiere

Zellstoff bildet auch die Grundlage für zahlreiche Spezialpapiere:

• Filterpapiere (z.B. Kaffeefilter)
• Sicherheitspapiere
• Papiersäcke und robuste Verpackungen
• Hygienepapiere wie Taschentücher, Toilettenpapier und Küchenrollen

Bedeutung von Zellstoff in der Papierherstellung

Zellstoff ist aus mehreren Gründen ein unverzichtbarer Rohstoff in der Papierindustrie.:

Qualitätsmerkmale: Die Qualität des Zellstoffs bestimmt maßgeblich die Eigenschaften des fertigen Papiers:

• Festigkeit: Besonders Nadelholzzellstoff mit langen Fasern verleiht dem Papier eine hohe Reißfestigkeit
• Oberfläche: Laubholzzellstoff mit kurzen Fasern ermöglicht glatte, gleichmäßige Papieroberflächen
• Weißgrad: Gebleichter Zellstoff erreicht Weißgrade von 88-92% ISO
• Stabilität: Hochwertiger Zellstoff sorgt für langlebige Papierprodukte
  
  

Wirtschaftliche Bedeutung

Zellstoff ist ein weltweit gehandelter Rohstoff mit erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung:

• Die Weltproduktion an gebleichtem Zellstoff liegt bei über 80 Millionen Tonnen jährlich
• In Deutschland arbeiten zwei große Zellstofffabriken nach dem Sulfatverfahren mit einer Gesamtkapazität von über 1 Million Tonnen pro Jahr
• Der Zellstoffhandel ist ein wichtiger Wirtschaftsfaktor im globalen Papiermarkt

Gibt es auch Papier ohne Zellstoff?

Es gibt Papierprodukte, die ohne oder mit sehr geringem Anteil an frischem Zellstoff hergestellt werden:

Recyclingpapier: Recyclingpapier wird aus Altpapier hergestellt und kann den Einsatz von frischem Zellstoff erheblich reduzieren:

• Die Altpapierrecyclingquote in Deutschland liegt bei etwa 79%
• Recyclingpapier spart im Vergleich zu Frischfaserpapier durchschnittlich 78% Wasser, 68% Energie und 15% CO2-Emissionen
• Hochwertige Recyclingpapiere mit dem Blauen Engel bestehen zu 100% aus Altpapier

Alternative Fasermaterialien

Neben Holz und Altpapier können auch andere Fasermaterialien zur Papierherstellung verwendet werden:

• Einjahrespflanzen wie Stroh, Bagasse (Zuckerrohrreste), Kenaf oder Bambus
• Baumwolllinters und Textilreste
• Hanf- und Flachsfasern für Spezialpapiere

Diese alternativen Materialien spielen jedoch im Vergleich zu Holzzellstoff und Altpapier eine untergeordnete Rolle in der globalen Papierproduktion.

Fazit: Zellstoff als Schlüsselrohstoff der Papierindustrie

Zellstoff ist und bleibt ein zentraler Rohstoff in der Papierherstellung, der durch seine vielseitigen Eigenschaften die Grundlage für zahlreiche Papierprodukte bildet. Die unterschiedlichen Qualitäten von Nadel- und Laubholzzellstoff ermöglichen die Herstellung von Papieren mit spezifischen Eigenschaften für verschiedenste Anwendungsbereiche.

Die Umweltauswirkungen der Zellstoffproduktion konnten durch moderne Verfahren zur Chemikalienrückgewinnung und Energieoptimierung deutlich reduziert werden. Dennoch bleibt die nachhaltige Waldbewirtschaftung und ein hoher Altpapieranteil entscheidend für eine umweltverträgliche Papierproduktion.

Für die Zukunft der Papierindustrie wird es darauf ankommen, den Einsatz von Zellstoff weiter zu optimieren, Recyclingquoten zu erhöhen und innovative Verfahren zu entwickeln, die den Ressourcenverbrauch und die Umweltbelastung weiter reduzieren. Zellstoff wird dabei als Schlüsselrohstoff seine Bedeutung behalten, während gleichzeitig die Kreislaufwirtschaft in der Papierindustrie weiter gestärkt wird.