Überkritische CO2-Extraktion

Eine für die Papierindustrie neue Technologie zur Behandlung von Faserstoffen

Bisher ist die überkritische CO2-Extraktion in der Papierindustrie ein noch weitestgehend unbekanntes Verfahren. Anfang 2013 wurde am PMV ein Projekt gestartet, bei dem trockenes Altpapier mit überkritischem CO2 (scCO2) extrahiert wird, um kritische Inhaltsstoffe zu entfrachten. Des Weiteren läuft ein Projekt zur Bewertung einer möglichen Trocknung von Faserstoffen mittels scCO2. In beiden Projekten werden auch die Auswirkungen der Extraktion auf die Fasern und die papiertechnologischen Eigenschaften untersucht. Aktuell ist ein weiteres Projekt geplant, in dem die Grundlagen zu einer möglichen kontinuierlichen Extraktion im Extruder untersucht werden sollen.

Überkritisches CO2

Überkritisches CO2 (scCO2) zeichnet sich durch gute Lösungs- und Transporteigenschaften aus, die sich durch Variation von Druck und Temperatur im überkritischen Zustand verändern lassen. Dafür muss der kritische Punkt, der bei 74 bar und 31 °C liegt, überschritten werden. Das scCO2 vereinigt in diesem Zustand die Vorteile der flüssigen und gasförmigen CO2-Phasen – eine hohe Dichte, geringe dynamische Viskosität und ein hohen Diffusionskoeffizienten. Die Vorteile der scCO2-Extraktion wurden bereits in anderen Industriebereichen erkannt, wo zum Beispiel Tee und Kaffee entkoffeiniert sowie Hopfen, Gewürze und Öle schonend extrahiert werden.

HPE lab500 Extrakionsanlage am PMV

Alle Extraktionsversuche werden an der PMV-eigenen Hochdruck Extraktionsanlage HPE lab500 durchgeführt. Der Extraktor weist ein Fassungsvolumen von 0,5 Liter auf und ist bis zu einem Druck von 500 bar und einer Temperatur von 120 °C ausgelegt. Seit der Anlagenmodifizierung durch die CO2-Rückführung Ende 2014 ist es möglich, das CO2 nach der Extraktion zu rezyklieren und im Kreislauf zu fahren.

Extraktion von Kontaminanten aus Altpapier (AiF 17756 N)

Kontaminanten wie Mineralöle, Pentachlorphenol oder primär aromatische Amine werden aus verschiedenen Eintragsquellen in den Altpapierkreislauf eingetragen. Sie können die Fähigkeit besitzen beispielsweise aus Verpackungspapieren in Lebensmittel zu migrieren. Da einige dieser Kontaminanten gesundheitlich bedenklich sind und andere im Verdacht stehen toxisch zu sein, sollten sie aus dem Altpapierkreislauf entfernt werden. Bisher wurde jedoch noch keine wirtschaftlich umsetzbare Möglichkeit gefunden, diese Stoffe aus dem Altpapier vollständig zu entfernen. Hier könnte die Extraktion mit überkritischem CO2 eine geeignete Möglichkeit sein.

Es kann gezeigt werden, dass Mineralöle und primär aromatische Amine schon bei – für die scCO2-Extraktion – sehr moderaten Bedingungen von 100 bar und 40 °C aus dem Altpapier extrahiert werden können. Durch Variation von Druck, Temperatur und der eingesetzten CO2-Menge lassen sich auch Stoffe wie Pentachlorphenol aus dem Altpapier extrahieren.

Trocknung von Faserstoffen

Eine Trocknung von Faserstoffen mit scCO2-Extraktion ist generell möglich. In Abhängigkeit von den Extraktionsbedingungen Druck und Temperatur lässt sich die Trocknungseffiziens beeinflussen. Auf Grund der Polarität des zu entfernenden Wassers ist die Aufnahme des Wassers im CO2 jedoch begrenzt – und somit die Trocknung der Faserstoffe nur mit einem relativ hohen CO2-Einsatz möglich.