Holzaufschluss

Als Holzaufschluss wird der mechanische und chemisch-technische Aufschluss von Holz bezeichnet, bei dem die Cellulose (Zellstoff) gewonnen wird. Er dient vor allem der Gewinnung von Papier- und Chemiezellstoff, wobei letzterer nur einen Anteil von etwa vier Prozent an der weltweiten Produktion ausmacht.^[1]

Grundlagen

Holz besteht im Wesentlichen aus in Bündeln angeordneten Cellulosefasern, die in einer Matrix aus Ligninmolekülen eingelagert sind. Das Lignin ist als Stützmaterial und verhärtetes Polymer wesentlich für die Festigkeit des Gewebes zuständig, während die eingelagerten Cellulosefasern die Zugfestigkeit gewährleisten. Es handelt sich also um eine Durchdringung von reißfesten, biegsamen Fasern (Cellulose) mit einem dichten und starren Polymer als Füllmaterial (Lignin).^[2] Als Analogien sind auch technische Materialien wie Stahlbeton oder naturfaserverstärkte Kunststoffe entsprechend aufgebaut. Außerdem dient Lignin als Schutz gegen Eindringen von Wasser in das Zellwandmaterial und hält dieses somit in den Leitgefäßen (Xylem und Phloem) sowie im Innern der Zellen. Weitere Schutzwirkung besteht gegenüber UV-Licht sowie mechanischer Beschädigung und dem Eindringen von Schädlingen. Schließlich kann Lignin nur schwer von Bakterien bzw. Pilzen abgebaut werden und hemmt infolgedessen das Wachstum pathogener Mikroorganismen.^[3]

Für die Nutzung von Cellulose als Zellstoff in der Papier- und Zellstoffindustrie muss die Ligninmatrix aufgelöst und die Cellulose entsprechend freigelegt werden. Dieser Auslösung des Zellstoffs dienen die unterschiedlichen Holzaufschlussverfahren.

Aufschlussverfahren

Sulfitfabrik in Köpmanholmen (Schweden) um 1900 mit dem für das Sulfitverfahren charakteristischen Sulfit-Turm

Bei mechanischem Aufschluss wird Holzstoff (Holzschliff) für sogenanntes Holzhaltiges Papier erzeugt. Dabei wird das Holz zu Fasern verschliffen, indem es gegen einen rotierenden Schleifstein gepresst werden. Eine alternative mechanische Variante ist, Holzhackschnitzel unter Wärme und Druck zwischen zwei rotierenden Scheiben eines Refiners zu zerfasern (thermomechanischer Holzstoff (TMP)).

Der chemisch-technische Holzaufschluss findet traditionell vor allem durch die folgenden Verfahren statt:

• Sulfatverfahren
• Sulfitverfahren
• Sodaverfahren

Bei der Produktion von Zellstoff für die Papierherstellung findet aktuell (2009) hauptsächlich das Sulfatverfahren Verwendung. Rund 85% des in Deutschland verbrauchten Zellstoffs wird im Sulfatverfahren gewonnen, im Jahr 2008 waren dies 3,7 Millionen Tonnen Sulfatzellstoff.^[4] Das Sulfitverfahren wird für lediglich ca. 15% bzw. 723.000 t des in Deutschland verbrauchten Zellstoffs angewendet.^[4] Weltweit stammen etwa 80% des Zellstoffs aus Anlagen mit einem konventionellen oder modifizierten Sulfatverfahren während nur etwa 6% aus dem Sulfitverfahren stammen (vor allem Chemiezellstoff). Die restlichen etwa 14% werden über das Sodaverfahren oder andere Aufschlussprozesse vor allem aus einjährigen Nutzpflanzen (Bambus u.ä.) hergestellt.^[1]

Abseits dieser in der Papierindustrie verwendeten Verfahren gibt es eine Reihe weiterer Aufschlussverfahren, die darauf ausgerichtet sind, das bindende Lignin mit Hilfe von Lösungsmitteln, Säuren oder Enzymen aus dem Holz zu entfernen und damit den Zellstoff auszulösen. Zu den Verfahren gehören insbesondere folgende Verfahren:

• ORGANOCELL-Verfahren, Aufschluss mit Ethanol und Natronlauge
• ASAM-Verfahren, Aufschluss mit Natriumsulfit und Ethanol
• FORMACELL-Verfahren, Aufschluss mit Essigsäure und Ameisensäure
• MILOX-Verfahren, Aufschluss mit Ameisensäure und Wasserstoffperoxid
• ORGANOSOLV-Verfahren, enzymatischer Aufschluss

Belege

1. ↑ ^{a b} Akonen et al. 1997; S. 34.
2. ↑ Sekundärwände von Faser- und Holzzellen. In: Peter Sitte, Elmar Weiler, Joachim W. Kadereit, Andreas Bresinsky, Christian Körner: Strasburger – Lehrbuch der Botanik für Hochschulen. 35. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2002, ISBN 3-8274-1010-X. S. 95–96
3. ↑ Hans W. Heldt und Birgit Piechulla: Pflanzenbiochemie. 4 Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 2008, ISBN 978-3-8274-1961-3, S. 420-422. 
4. ↑ ^{a b} Verband deutscher Papierfabriken e.V.: Papierkompass 2009 (PDF)

Literatur

• Aki Ahonen et al.: Umweltverträgliche Holzaufschlußverfahren. Wissenschaftliche Studie zum Thema „Umsetzung der neu entwickelten umweltverträglichen Holzaufschlußverfahren“. Landwirtschaftsverlag, Münster 1997, ISBN 3-7843-2877-6 (Schriftenreihe nachwachsende Rohstoffe 8).