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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Aufbereitungstechnik und betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und Gewinnung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen. Derartige Formteile sind beispielsweise Pflanztöpfe oder Behälter oder Kapseln oder Papier oder Mulchfolien oder Mulchmatten oder Mulchpapiere oder Saatgutträger oder Träger oder Verpackungen oder Kunststoffersatzprodukte.
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In der industriellen Produktion von Nahrungs- und Genussmitteln oder auch in der Papierherstellung oder Landwirtschaft oder Biogaserzeugung fallen oftmals Reststoffe an, die einen hohen organischen Anteil aufweisen. Solche organischen Reststoffe biogenen Ursprungs sind beispielsweise Schlämme, Schlempen, Gärprodukte, Mist oder pflanzliche Anbaurückstände. Sie enthalten häufig Fasern biogenen Ursprungs, also sogenannte Naturfasern.
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Stoffe biogenen Ursprungs bedeutet, dass derartige Stoffe biologischen oder organischen Ursprungs sind oder durch Lebewesen entstanden sind.
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Für den ressourceneffizienten Umgang mit solchen organischen Reststoffen wird einschließlich der enthaltenen Naturfasern grundsätzlich eine sogenannte kaskadierte Nutzung in folgender Reihenfolge empfohlen: 1. Stoffliche Nutzung, 2. Energetische Nutzung, 3. Entsorgung.
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Naturfasern aus organischen Reststoffen werden teilweise heute bereits einer stofflichen Nutzung, wie z.B. in der Möbel- oder Papierindustrie oder als Dämmstoffe, zugeführt, jedoch nur in einem sehr begrenzten Maße als Zumischung zu anderen Materialien, also mit geringwertiger Funktionalität. Die stoffliche Nutzung dieser Naturfasern mit höherwertiger Funktionalität und in höheren Mengenanteilen wird meist dadurch behindert, dass diese Fasern aus organischen Reststoffen meist nicht in der Qualität vorliegen, die eine problemlose weitere stoffliche Nutzung ermöglicht. Sie weisen meist Anhaftungen von Sand, Steinen, mineralischen oderorganischen Partikeln und anderen Störstoffen auf, die aufwendig entfernt werden müssen. So sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen
CN 105732193 A ,
CN 106977970 A und
CN 102440158 A Verfahren zur Herstellung von höherwertigen Formteilen, wie Pflanzbehälter oder Anzuchtgefäße, aus Naturfasern aus organischen Reststoffen aus einem Biogaserzeugungsverfahren bekannt, bei denen die den organischen Reststoffen entnommenen Fasern mittels Dampfexplosionsverfahren oder Acetylierungsvorbehandlungen von Störstoffen befreit werden. Hinzu kommt noch, dass bei diesen Verfahren zum Teil erhebliche Mengen an Additiven, wie Biomasseklebstoff, Füllstoffe, Härter, Entformungsmittel, Kolophonium, Bauxit, Nassverfestigungsmittel, zugegeben werden müssen, um den Einfluss von Störstoffen während der Formgebung und/oder im Endprodukt zu kompensieren.
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Weil die nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Faseraufbereitung so dergestalt aufwändig sind, werden organische Reststoffe heute häufig nur der energetischen Nutzung zugeführt, beispielsweise durch Verbrennung.
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Eine andere energetische Nutzung als durch Verbrennung hätte den erheblichen Vorteil, dass immer umfangreicher Naturfasern aus organischen Reststoffen zur Herstellung von höherwertigen Formteilen eingesetzt werden könnten, und damit der Einsatz von Naturfasern, die gerade nicht aus organischen Reststoffen entstammen, sondern direkt aus den Pflanzen und die mit hohem Flächen- und Wasserverbrauch aufwändig direkt dafür angebaut werden, wie beispielsweise Hanf, Flachs oder Kokos, eingespart werden könnte. Aus derartigen originären, das heißt nicht aus Restoffen gewonnenen Naturfasern werden bereits höherwertige Formteile, wie Verpackungen, Behälter, Pflanzgefäße hergestellt. Diese können petrochemisch hergestellten Kunststoffprodukte funktional gut bis sehr gut ersetzen. Herstellungsverfahren dafür sind bekanntermaßen Spritzguss- oder Druckguss-Verfahren (Schettini, E. et al: Resources, Conservation and Recycling, Volume 70, Januar 2013, Sun, E. et al: Composites Part B: Engineering, Volume 165, 15 May 2019, Pages 193-198). Auch wenn diese originären Naturfasern teils besser geeignete Ausgangsstoffe für die Verarbeitung zu Formkörpern sind, so müssen aber trotzdem Additive zugesetzt werden, wie Kleber oder Binder, die die Formhaltigkeit und Stabilität dieser Formteile und auch deren Produkteigenschaften sichern.
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Es ist daher nachteilig an den Verfahren des Standes der Technik, dass einerseits die Naturfasern von organischen Reststoffen noch nicht im großen Umfang zum Einsatz für eine höherwertige stoffliche Nutzung gebracht worden sind und dass immer noch relativ große Mengen an Additiven für die Aufbereitung der Naturfasern aus originären Stoffen benötigt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Gewinnung und Aufbereitung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen, die ohne oder schon unter äußerst geringem Einsatz von Additiven eine hohe Formhaltigkeit und Stabilität aufweisen.
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Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung miteinschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen wird aus den organischen Reststoffen ein faserreicher Anteil gewonnen, nachfolgend wird der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen ein- oder mehrmalig gewaschen, danach wird entweder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen konditioniert, fraktioniert und konfektioniert, oder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen wird fraktioniert, konditioniert und konfektioniert, und in allen Fällen werden anschließend die erhaltenen Fasern mittels Formgebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet.
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Vorteilhafterweise wird faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen mittels direkter Entnahme vom Ort der Entstehung der Reststoffe, durch Siebung, Filtration, Zentrifugation und/oder Flotation oder durch Kombination dieser Verfahren mittels Schneckenpressen, Dekantierzentrifugen oder Bandfiltern gewonnen.
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Ebenfalls vorteilhafterweise wird der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen mehrmalig, vorteilhafterweise 2mal bis 10mal, gewaschen.
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Weiterhin vorteilhafterweise wird nach der ein- oder mehrmaligen Waschung die Waschflüssigkeit aus dem gewaschenen faserreichen Anteil aus den organischen Reststoffen mindestens teilweise mittels Fest-/Flüssig-Phasentrennung entfernt, wobei noch vorteilhafterweise die Fest-/Flüssig-Phasentrennung mittels Abpressens und/oder Zentrifugieren und/oder Schwimm-Sink-Trennung und/oder Flotation und/oder Sedimentation durchgeführt wird.
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Und auch vorteilhafterweise werden die Waschungen in Waschflüssigkeit aus Wasser und/oder wässrigen Lösungen, wie den teilgereinigten und zurückgeführten Waschwässern oder mit prozessunterstützenden Wirkstoffen, wie vorteilhafterweise Lösevermittlern, versetztem Waschwasser und/oder der Flüssigphase der Fest-/Flüssigphasentrennung realisiert.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn im Falle von mehreren Waschungen eine oder mehrere Fraktionierungen zwischen den Waschungen realisiert werden können.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn als Konditionierung der gewaschenen oder der gewaschenen und fraktionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen eine Zerteilung und/oder Zerkleinerung und/oder Zerfaserung der faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen realisiert wird, wobei noch vorteilhafterweise die Konditionierung der gewaschenen faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen mittels mechanischer, und/oder thermischer und/oder chemischer Beanspruchung, wie beispielsweise durch Druck, Scherung oder Prall, durch Erwärmung oder Wechselwirkung mit Reagenzien oder durch eine Kombination der Beanspruchungen realisiert wird.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn als Fraktionierung der gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen eine Trennung in mindestens zwei Fraktionen hinsichtlich ihrer Menge, Faserbreite, Faserlänge, Faserart, Feuchtegehalt und/oder Grad der Auffaserung an den Enden und/oder über die gesamte Faserlänge (Fibrillation) durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die Fraktionierung der gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen mittels Siebung oder Windsichtung oder Zentrifugation oder Sedimentation oder Flotation oder Schwimm-Sink-Trennung durchgeführt wird, und/oder wobei noch vorteilhafterweise die Fraktionierung der gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserhaltigen Anteile aus den organischen Reststoffen auf Faserlängen von 0,05 mm bis 15 cm, vorteilhafterweise von 0,1 mm bis 5 mm oder von 0,5 cm bis 1 cm, und/oder auf Faserbreiten von 0,1 mm bis 10 cm, vorteilhafterweise von 0,5 cm bis 1 cm, durchgeführt wird, und/oder wobei noch vorteilhafterweise die gewaschenen faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen in zwei oder mehr Teilmengen fraktioniert und der Konditionierung zugeführt werden und diese Teilmengen nach der Konditionierung wieder zusammengeführt oder in Teilmengen der Konfektionierung zugeführt werden.
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Und auch vorteilhaft ist es, wenn als Konfektionierung der gewaschenen, konditionierten und fraktionierten oder der gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen die Erzeugung der Ausgangsstoffe für die nachfolgende Formgebung realisiert wird, wobei noch vorteilhafterweise die Konfektionierung der gewaschenen, konditionierten und fraktionierten oder der gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen durch anwendungs- und verarbeitungsbezogenes Mischen, Auffasern, Härten und/oder Umhüllen von gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteilen untereinander oder durch anwendungs- und verarbeitungsbezogenes Mischen Auffasern, Härten und/oder Umhüllen von gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteilen untereinander und Zugabe von herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffen realisiert wird, und/oder noch vorteilhafterweise als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe Biomasseklebstoffe, Füllstoffe, Härter, Entformungsmittel, Kolophonium, Bauxit und/oder Nassverfestigungsmittel eingesetzt werden.
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Von Vorteil ist es auch, wenn nach der Waschung der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen konditioniert, danach fraktioniert und konfektioniert und anschließend mit einem Formgebungsverfahren zu einem Formteil weiterverarbeitet wird.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn nach der Waschung der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen fraktioniert, danach konditioniert und konfektioniert wird und anschließend mit einem Formgebungsverfahren zu einem Formteil weiterverarbeitet wird.
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Und auch von Vorteil ist es, wenn der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen nach der Konfektionierung mittels Spritz- oder Druckgussverfahren oder Thermoformverfahren oder 3D-Druckverfahren oder Papier- und Kartonagen-Herstellungsverfahren zu Formteilen weiterverarbeitet wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann erstmals ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen angegeben werden, die ohne oder schon unter äußerst geringem Einsatz von Additiven eine hohe Formhaltigkeit und Stabilität aufweisen.
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Erreicht wird dies durch ein Verfahren, bei dem aus den organischen Reststoffen ein faserreicher Anteil gewonnen wird.
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Der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen kann beispielsweise durch direkte Entnahme vom Ort der Entstehung der Reststoff, durch Siebung, Filtration, Zentrifugation oder Flotation oder durch Kombinationen dieser Verfahren, mittels Schneckenpressen, Dekantierzentrifugen oder Bandfiltern gewonnen werden.
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Organische Reststoffe, aus denen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein faserreicher Anteil gewonnen wird, können beispielsweise organische Reststoffe aus Biogaserzeugungsanlagen mit Inputsubstraten, wie Gülle oder Fäkalien aus der Schweine-, Rinder- oder Hühnerhaltung, Stallstreu, Mais, Stroh, Hackschnitzel (auch von Energiepflanzen), Ganzpflanzensilage sein, die insgesamt als Gärrest bezeichnet werden. Es können aber auch andere Stoffe organische Reststoffe sein, wie Stroh, Reste von Nutz- und Zierpflanzen, wie Staudenrückstände oder Ernterückstände einjähriger oder mehrjähriger Pflanzen, wie beispielsweise Tomatenpflanzen, Kartoffelkraut, Gräser, Spargelkraut, Hopfenranken, oder pflanzliche Reste, die bei der Landschafts- oder Garten- oder Gewässerpflege anfallen, wie Maht der Uferrandstreifen und mechanische Entkrautung von Gewässern, Grünschnitt oder Schilfrohr oder Mähgut oder Schnittgut oder Laub.
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Nachfolgend wird der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen ein- oder mehrmalig gewaschen, vorteilhafterweise 2mal bis 10mal.
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Nach der ein- oder mehrmaligen Waschung wird die Waschflüssigkeit aus dem gewaschenen faserreichen Anteil aus den organischen Reststoffen mindestens teilweise mittels Fest-/Flüssig-Phasentrennung entfernt, wobei die Fest-/Flüssig-Phasentrennung mittels Abpressens und/oder Zentrifugieren durchgeführt werden kann.
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Weiterhin erfolgen die Waschungen in Waschflüssigkeit, die aus Wasser und/oder wässrigen Lösungen, wie den teilgereinigten und zurückgeführten Waschwässern oder mit prozessunterstützenden Wirkstoffen, wie vorteilhafterweise Lösevermittler, versetztem Waschwasser und/oder der Flüssigphase der Fest-/Flüssigphasentrennung bestehen kann. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass im Falle von mehreren Waschungen eine oder mehrere Fraktionierungen zwischen den Waschungen realisiert werden.
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Die Waschungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich, mit gleichen oder unterschiedlichen Waschzeiten und/oder -temperaturen durchgeführt werden.
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Durch die Waschungen werden Anhaftungen an den Fasern aus den organischen Reststoffen mechanisch oder durch die Waschflüssigkeit abgelöst, oder können sogar durch die Waschflüssigkeit aufgelöst werden. Damit werden die Fasern der weiteren Aufbereitung besser zugänglich gemacht.
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Nach der Waschung des faserreichen Anteils aus den organischen Reststoffen kann nach der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der gewaschene, faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen konditioniert, fraktioniert und konfektioniert und anschließend die erhaltenen Fasern mittels Formgebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet werden. Gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der gewaschene, faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen fraktioniert, konditioniert und konfektioniert und anschließend die erhaltenen Fasern mittels Formgebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet werden.
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Als Konditionierung der gewaschenen oder der gewaschenen und fraktionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen wird erfindungsgemäß eine Zerteilung und/oder Zerkleinerung und/oder Zerfaserung der faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen realisiert, wodurch die Fasern weiter aufbereitet werden.
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Die erfindungsgemäße Konditionierung der gewaschenen faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen kann dabei mittels mechanischer, und/oder thermischer und/oder chemischer Beanspruchung, wie beispielsweise durch Druck, Scherung oder Prall, durch Erwärmung oder Wechselwirkung mit Reagenzien oder durch eine Kombination der Beanspruchungen realisiert werden.
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Dies kann beispielsweise mit Scher-, Kugel-, Prall- oder Hammermühlen oder mittels hydrodynamischer Düsen oder mittels Ultraschall oder einem Prallteller oder einem Luftstrom- oder Bandtrockner oder in einem Reaktionsgefäß erfolgen.
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Die Fraktionierung wird erfindungsgemäß an der Gesamtmenge des gemäß der ersten Variante der Erfindung gewaschenen und konditionierten faserreichen Anteils aus den organischen Reststoffe vorgenommen werden oder an der Gesamtmenge des gemäß der zweiten Variante der Erfindung gewaschenen faserreichen Anteils aus den organischen Reststoffen.
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Gemäß der zweiten Variante der Erfindung können die gewaschenen faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen aber auch in zwei oder mehr Teilmengen fraktioniert und der Konditionierung zugeführt werden.
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Im Falle der Konditionierung mehrerer Teilmengen der gewaschenen faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen können diese Teilmengen nach der Konditionierung wieder zusammengeführt oder in Teilmengen der Konfektionierung zugeführt werden können.
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Die Fraktionierung der gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen kann dabei durch Trennung in mindestens zwei Fraktionen hinsichtlich ihrer Menge, Faserbreite, Faserlänge, Faserart, Feuchtegehalt und/oder Grad der Auffaserung an den Enden und/oder über die gesamte Faserlänge (Fibrillation) durchgeführt werden.
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Dies kann beispielsweise durch Siebung oder Windsichtung oder Zentrifugation oder Sedimentation oder Flotation oder Schwimm-Sink-Trennung realisiert werden.
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Die Fraktionierung der gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserhaltigen Anteile aus den organischen Reststoffen kann dabei beispielsweise auf Faserlängen von 0,1 mm bis 15 cm, vorteilhafterweise von 1 mm bis 5 mm oder von 0,5 cm bis 2 cm, und/oder auf Faserbreiten von 0,1 mm bis1 cm, vorteilhafterweise von 0,5 mm bis 5 mm, durchgeführt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Fraktionierung wird eine Trennung realisiert, bei der eine bestimmte Menge des gewaschenen oder gewaschenen und konditionierten faserreichen Anteils aus den organischen Reststoffen in eine Anzahl kleinerer Mengen („Fraktionen“) aufgeteilt wird. Diese kleineren Mengen weisen in der Regel einen Bereich gleicher oder ähnlicher Eigenschaften auf, wie beispielsweise Faserlängen oder -breiten - oder -arten.
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Die kleineren, fraktionierten Mengen können jeweils getrennt der Konditionierung zugeführt werden und nach deren Konditionierung in diesen kleineren, fraktionierten Mengen entweder wieder zusammen oder teilweise oder jeweils einzeln der Konfektionierung zugeführt werden. Dies kann anwendungs- und verarbeitungsbezogen realisiert werden.
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Die Konfektionierung der gewaschenen, konditionierten und fraktionierten oder der gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen wird erfindungsgemäße durchgeführt, indem Ausgangsstoffe für die nachfolgende Formgebung erzeugt werden. Diese Ausgangsstoffe für die Formgebung werden anwendungs- und verarbeitungsbezogen durch die Konfektionierung hergestellt. Als Verfahren zur Konfektionierung können beispielsweise solche Verfahren, wie Mischen, Auffasern, Härten und/oder Umhüllen genutzt werden.
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Die Konfektionierung der gewaschenen, konditionierten und fraktionierten oder der gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen wird dabei erreicht durch anwendungs- und verarbeitungsbezogenes Mischen von gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteilen untereinander oder durch anwendungs- und verarbeitungsbezogenes Mischen von gewaschenen, fraktionierten und konditionierten faserreichen Anteilen untereinander und Zugabe von herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffen realisiert wird.
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Als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe können dabei beispielsweise Biomasseklebstoffe, Füllstoffe, Härter, Entformungsmittel, Kolophonium, Bauxit und/oder Nassverfestigungsmittel eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, aus den Fasern von organischen Reststoffen Formteile auch ohne Zugabe von Additiven als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe herzustellen. Jedoch können insbesondere für verbesserte Formgebungseigenschaften sehr geringe Mengen, maximal 10 % bezogen auf die Masse der gewaschenen, konditionierten und fraktionierten oder der gewaschenen, fraktionierten und konditionierten Naturfasern, an solchen Additiven als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe zugegeben werden.
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Durch die Waschung und Konditionierung werden die faserreichen Anteile aus den organischen Reststoffen für die weiteren Verarbeitungsschritte aufbereitet und vorbereitet und durch die Fraktionierung und Konfektionierung die für die Weiterverarbeitung vorteilhaften Zusammensetzungen und Eigenschaften der Ausgangsstoffe eingestellt.
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Diese aus dem vorangegangenen genannten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fasern dienen als Ausgangsstoffe für die nachfolgend angewandten Formgebungsverfahren, durch die die erfindungsgemäß hergestellten Formteile erzeugt werden.
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Derartige Formgebungsverfahren sind beispielsweise Spritz- oder Druckgussverfahren oder Thermoformverfahren oder 3D-Druckverfahren oder Papier- und Kartonagen-Herstellungsverfahren, mit denen die Ausgangsstoffe zu Formteilen weiterverarbeitet werden.
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Der besondere Vorteil und überraschende und unerwartete Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die gewonnenen Fasern solche Eigenschaften aufweisen, dass während eines anschließenden Formgebungsverfahrens nicht zwingend - wie dem Stand der Technik entsprechend - weitere Stoffe, Verbindungen, Zusätze, Additive als herstellungs- oder anwendungsbedingte Hilfs- und Zusatzstoffe den Ausgangsstoffen für die Formgebungsverfahren zugegeben werden müssen, um formhaltige und stabile Formteile herzustellen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, dass Fasern aus organischen Reststoffen in größerem Umfang und mit größerer Funktionalität zu höherwertigen Formteilen verarbeitet werden können und damit einer stofflichen Nutzung zugeführt werden können, wie es bisher in diesem Umfang nicht möglichen gewesen ist
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die bisherige eingeschränkte stoffliche Nutzbarkeit der Fasern von organischen Reststoffen deutlich verbessert werden. Gleichzeitig kann auf den Einsatz von zum Teil recht erheblichen Mengen an Additiven als herstellungs- oder anwendungsbedingte Hilfs- und Zusatzstoffe ganz verzichtet werden oder diese sehr stark eingeschränkt oder selektiv angewandt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden Fasern biogenen Ursprungs aus organischen Reststoffen gewonnen und störstoffarm so aufbereitet, dass sie - erstmals und überraschenderweise - auch ohne Einsatz von Additiven als herstellungs- oder anwendungsbedingte Hilfs- und Zusatzstoffen zu hochwertigen Formteilen für eine weitere stoffliche Nutzung der organischen Reststoffe weiterverarbeitet und eingesetzt werden können.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Einsatz von Verfahren zur Waschung, Fraktionierung, Konditionierung und Konfektionierung, die wenig aufwendig und damit kostengünstig und einfach sind. Weiterhin gelangen durch den Verzicht von Additiven als herstellungs- oder anwendungsbedingte Hilfs- und Zusatzstoffe keine weiteren Störstoffe in die erfindungsgemäß hergestellten Formkörper aus Fasern aus organischen Reststoffen.
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Die aus den erfindungsgemäß hergestellten Fasern aus organischen Reststoffen hergestellten Formkörper können Pflanztöpfe oder Behälter oder Kapseln oder Papier oder Mulchfolien oder Mulchmatten oder Mulchpapiere oder Saatgutträger oder Trägerprodukte oder Verpackungen oder Anzuchtpapiere oder Sanitärartikel oder Einweggeschirr oder Jungpflanztöpfe/Torfersatz oder Kunststoffersatzprodukte sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Beispiel 1
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Den Ausgangsstoff für die Fasergewinnung bildet ein Gärrest aus einer Biogaserzeugungsanlage als organischer Reststoff. Dieser Gärrest besteht zu 90 % aus Flüssigkeit und weist einen Feststoffgehalt von 10 Ma.-% auf. Davon werden zur Gewinnung des faserreichen Anteils des Gärrestes 50 t mit einer Schneckenpresse behandelt und einer Fest-Flüssig-Phasentrennung unterzogen. Die Flüssigphase wird dabei abgetrennt und der faserreiche Anteil von 1,25 t, der einen Trockenrückstand von 25 Ma.-% aufweist, wird weiterverwendet.
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Der faserreiche Anteil des Gärrestes wird in einem Wäscher zur Entfernung von Störstoffen gewaschen. Eine Flüssigkeitszugabe wird dem Verschmutzungsgrad angepasst. Gärreste als Festphase werden mit der 10-fachen Flüssigkeitsmenge bezogen auf das Original-Substanz-Gewicht der Festphase gewaschen. Wenn der Verschmutzungsgrad sehr hoch ist, wird mehr Waschflüssigkeit zugegeben. Als Waschflüssigkeit sind im Wäscher Wasser und die Flüssigphase des Gärrestes nach der Fest-Flüssig-Phasentrennung vorhanden.
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Als Störstoffe werden während der Waschung Anhaftungen an Fasern aus mineralischen und/oder organischen Feinanteilen und Salze entfernt. Die gelösten Salze und abgelösten organischen Feinanteile verbleiben überwiegend in der Waschflüssigkeit.
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Während der Waschung wird der Sandanteil von 3 bis 5 % auf 0,5 bis 1 % reduziert. Der organische Feinanteil wird um ein Drittel reduziert.
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Die Waschungen werden 5mal durchgeführt.
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Nach jeder Waschung wird die Waschflüssigkeit vom faserreichen Anteil des Gärrestes mittels einer Schneckenpresse abgetrennt, aufgefangen und ein Teil davon dem Wäscher wieder zugeführt.
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Nach dem Waschen wird der faserreiche Gärrest konditioniert. Dazu wird das gewaschene Fasermaterial einer mechanischen Beanspruchung in einer Schneidmühle ausgesetzt. In der Schneidmühle werden die Fasern auf Faserlängen im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm und Faserbreiten von 0,1 mm bis 2 mm geschnitten.
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Anschließend wird das so konditionierte Fasermaterial fraktioniert. Die Fraktionierung erfolgt durch Siebe. Die Porengrößen der Siebe richten sich nach der geplanten Verwendung des erfindungsgemäß aufbereiteten faserreichen Gärrestes.
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Für die Herstellung von Mulchpapieren als Formteil aus Gärrest („Gärproduktpapier“) unter Nutzung von bekannten Papiermaschinen wird ein faserhaltige Gärrest von 5mm und 200 µm benötigt, der mittels Sieben fraktioniert wird. Damit entstehen drei Faserfraktionen mit Faserlängen x von x > 5 mm Länge, 200 µm< x 5 mm und x < 200 µm.
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Danach erfolgt die Konfektionierung des gewaschenen, konditionierten und fraktionierten faserhaltigen Gärrestes, welche sich ebenfalls nach der geplanten Formteilherstellung richtet. Die erzeugten Faserfraktionen 200 µm< x 5 mm und < 200 µmwerden dazu im Masseverhältnis von 80:20 gemischt, befeuchtet, und mit einem Pulper/Entstipper behandelt.
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Nach diesem Konfektionierungsschritt werden die so hergestellten Gärrest-Fasern als Ausgangsstoffe für die Formgebung zur Herstellung von Mulchpapier eingesetzt.
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Dazu werden in einer Vorrichtung zur Herstellung von Papier die Ausgangsstoffe eingesetzt und ein papierähnliches Formteil als Mulchpapier erhalten, welches eine sehr hohe Formhaltigkeit und Stabilität aufweist. Dieses Mulchpapier kann beispielsweise als Anzuchtpapier eingesetzt werden.
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Die anfallenden Flüssigkeiten aus den Prozessstufen werden vorteilhafterweise aufbereitet und im Prozess wiedereingesetzt. Hierfür werden Verfahren zur Fest-Flüssigtrennung wie Siebung und Filtration eingesetzt.
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Beispiel 2
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Den Ausgangsstoff für die Fasergewinnung bilden Tomatenpflanzen aus der Fruchtgemüseproduktion als organischer Reststoff.
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Dieser Tomatenpflanzen-Reststoff besteht zu 90 Ma.-% aus Flüssigkeit und weist einen Feststoffgehalt von 10 Ma.-% auf. Davon werden zur Gewinnung des faserreichen Anteils 50 t mit einer Schneckenpresse behandelt und einer Fest-Flüssig-Phasentrennung unterzogen. Die Flüssigphase wird dabei abgetrennt und der faserreiche Anteil von 1,5 t, der einen Trockenrückstand von 30 Ma.-% aufweist, wird weiterverwendet.
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Der faserreiche Anteil wird in einem Wäscher zur Entfernung von Störstoffen gewaschen. Eine Flüssigkeitszugabe wird dem Verschmutzungsgrad angepasst. Der Tomatenpflanzen-Reststoff als Festphase wird mit der 2-5-fachen Flüssigkeitsmenge bezogen auf das Original-Substanz-Gewicht der Festphase gewaschen. Wenn der Verschmutzungsgrad sehr hoch ist, wird mehr Waschflüssigkeit zugegeben.
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Als Störstoffe werden während der Waschung Anhaftungen an Fasern aus mineralischen und/oder organischen Feinanteilen und Salze entfernt. Die gelösten Salze und abgelösten organischen Feinanteile verbleiben überwiegend in der Waschflüssigkeit.
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Während der Waschung wird der Sandanteil von 0,5 bis 3 % auf 0,25 bis 1 % reduziert. Der organische Feinanteil wird um ein Drittel reduziert.
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Die Waschungen werden 3mal durchgeführt.
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Nach jeder Waschung wird die Waschflüssigkeit vom faserreichen Anteil des Tomatenpflanzen-Reststoffes mittels einer Schneckenpresse abgetrennt, aufgefangen und ein Teil davon dem Wäscher wieder zugeführt.
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Nach dem Waschen wird der faserreiche Anteil des Tomatenpflanzen-Reststoffes auf einen Restfeuchtegehalt von < 10 % getrocknet. Nach der Trocknung erfolgt eine Fraktionierung mittels Sieben. Die Porengrößen der Siebe richten sich nach der geplanten Verwendung des erfindungsgemäß aufbereiteten faserreichen Anteils des Tomatenpflanzen-Reststoffes.
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Für die Herstellung von Schalen als Formteil aus dem aufbereiteten faserreichen Anteil des Tomatenpflanzen-Reststoffes unter Nutzung von bekannten Thermodruckmaschinen werden Fraktionen des aufbereiteten faserreichen Anteils des Tomatenpflanzen-Reststoffes von 100 mm und 1 mm Faserlänge benötigt. Durch Sieben sind drei Faserfraktionen mit Faserlängen x von x > 100 mm Länge, 1 mm < x < 100 mm und x < 1 mm des aufbereiteten faserreichen Anteils des Tomatenpflanzen-Reststoffes hergestellt worden.
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Danach erfolgt die Konfektionierung des gewaschenen, konditionierten und fraktionierten Anteils des Tomatenpflanzen-Reststoffes, welche sich ebenfalls nach der geplanten Formteilherstellung richtet. Die erzeugten Faserfraktion > 100 mm werden dazu befeuchtet, und mit einem Pulper/Entstipper behandelt. Die Fraktion 1 mm < x < 100 mm wird ohne weitere Behandlung zur entstippten Fasermischung > 100 mm zugegeben. Als Additiv kann beispielsweise 10 Ma.-% Stärke zugegeben werden.
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Nach diesem Konfektionierungsschritt wird die so hergestellte Fasermischung als Ausgangsstoff für die Formgebung zur Herstellung von Schalen eingesetzt. Dazu werden in einer Vorrichtung zur Herstellung von Formschalen die Ausgangsstoffe eingesetzt und ein Formteil erhalten, welches eine sehr hohe Formhaltigkeit und Stabilität aufweist. Dieses Formteil kann beispielsweise als Verpackung eingesetzt werden.
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Die anfallenden Flüssigkeiten aus den Prozessstufen werden vorteilhafterweise aufbereitet und im Prozess wiedereingesetzt. Hierfür werden Verfahren zur Fest-Flüssigtrennung wie Siebung und Filtration eingesetzt.
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Für die Herstellung von Formschalen ist auch eine Kombination aus einem Formprodukt, wie Reststoffpapier, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, und einer Fasermischung, wie in Beispiel 2 angegeben, möglich. Das Reststoffpapier und die aufbereitete Fasermischung werden in einem Schritt über Thermodruckverfahren zu einem Verbundformteil, wie Blumentöpfen, zusammengebracht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 105732193 A [0005]
- CN 106977970 A [0005]
- CN 102440158 A [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Schettini, E. et al: Resources, Conservation and Recycling, Volume 70, Januar 2013, Sun, E. et al: Composites Part B: Engineering, Volume 165, 15 May 2019, Pages 193-198 [0007]