Klimaneutralere Produktion von Wellpappe durch die thermische Optimierung des Nassendes

Im Rahmen des Vorhabens »OptiCorr« wurden Maßnahmen zur thermischen Optimierung des Nassendes einer Wellpappenanlage für die Produktion von klimaverträglicherer Wellpappe entwickelt. Zur Produktion von Wellpappe werden große Mengen an thermischer und elektrischer Energie benötigt, wobei sich diese in 85 % thermische Energie und 15 % elektrische Energie aufteilt. Die thermische Energie wird durch Dampf bereitgestellt, der in fossil befeuerten Dampfkesseln erzeugt wird.

Ausgangslage

Im ersten Anlagenteil einer Wellpappenanlage – dem sogenannten Single Facer – wird eine glatte mit einer gewellten Papierbahn mit Leim verklebt. Beide Bahnen werden hierfür über dampfbeheizte Heizzylinder vorgewärmt, wobei die zu wellende Papierbahn zur besseren Umformung zusätzlich befeuchtet wird. Zur Produktion von vollwertiger Wellpappe, welche aus bis zu 7 Papierschichten bestehen kann, werden in einem weiteren Anlagenteil – dem sogenannten Double Facer – maximal drei sogenannte einseitige Wellpappen mit einer weiteren Papierbahn zusammengeführt. Aufgrund der Steifigkeit der Wellpappe müssen hier Heizplatten eingesetzt werden, welche wie die Heizzylinder mit Dampf durchströmt werden.

Ziel

Ziel des Projekts war die Reduktion des CO₂-Ausstoßes der Anlagen. Allein durch die Optimierung der dampfbeheizten Wärmeübertrager – Heizzylinder und Heizplatten – könnten bei der Wellpappe direkt sowie indirekt, durch die Reduzierung von Papierausschuss, CO₂-Emissionen eingespart werden. Bei einer Produktion von ca. 6 000 000 t Wellpappe pro Jahr in Deutschland entspräche dies einer CO₂-Reduktion von ca. 19 200 t.

Lösungsansatz

»OptiCorr« verfolgte grundsätzlich zwei Lösungsansätze, um den mit der Produktion verbundenen CO₂-Ausstoß zu reduzieren. Einerseits sollten die bestehenden, dampfbasierten Wärmeübertrager hinsichtlich Materialeinsatz und Wärmebedarf optimiert werden. Andererseits galt es neuartige, strombasierte Technologien zu entwickeln, die einen Einsatz von Dampf und somit die Verbrennung von fossilen Brennstoffen überflüssig machen.

Zu den Aufgaben des Fraunhofer ISE gehörte die Unterstützung bei der Entwicklung des Messkonzepts zur Erfassung aller relevanten Energieverbräuche an den einzelnen Maschinen. Zudem lieferte das ISE Modellkomponenten für den Aufbau eines digitalen Zwillings des Gesamtsystems und begleitete die Entwicklung neuartiger Beheizungstechnologien, darunter Mikrowellenbeheizung, Induktion und Heizpatronen.