EP4114664A1 - Verfahren zur gewinnung und aufbereitung von fasern aus organischen reststoffen für die herstellung von formteilen - Google Patents

Verfahren zur gewinnung und aufbereitung von fasern aus organischen reststoffen für die herstellung von formteilen

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Publication number
EP4114664A1
EP4114664A1 EP21708640.4A EP21708640A EP4114664A1 EP 4114664 A1 EP4114664 A1 EP 4114664A1 EP 21708640 A EP21708640 A EP 21708640A EP 4114664 A1 EP4114664 A1 EP 4114664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber
washed
organic residues
rich
conditioned
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21708640.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franziska SAFT
Burkhardt Fassauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4114664A1 publication Critical patent/EP4114664A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/80—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving an extraction step
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass, e.g. flours, kernels
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/02—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
    • D21B1/026—Separating fibrous materials from waste
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/26—Scrap or recycled material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to the field of processing technology and relates to a method for processing and recovering fibers from organic residues for the production of molded parts.
  • molded parts are, for example, plant pots or containers or capsules or paper or mulch films or mulch mats or mulch papers or seed carriers or carriers or packaging or plastic substitute products.
  • organic residues of biogenic origin are, for example, sludge, stillage, fermentation products, manure or plant residues. They often contain fibers of biogenic origin, so-called natural fibers.
  • Substances of biogenic origin means that such substances are of biological or organic origin or have been created by living beings.
  • a so-called cascaded use is recommended in the following order: 1. Material use, 2. Energy use, 3. Disposal.
  • Natural fibers from organic residues are sometimes already being used for material purposes, e.g. in the furniture or paper industry or as insulating materials, but only to a very limited extent as an admixture with other materials, i.e. with low functionality.
  • the material use of these natural fibers with higher-quality functionality and in higher proportions is usually hindered by the fact that these fibers made from organic residues are usually not of the quality that enables problem-free further material use. They usually have adherences of sand, stones, mineral or organic particles and other contaminants that have to be removed in a laborious manner.
  • the object of the present invention is to provide a simple and inexpensive process for the extraction and processing of fibers from organic residues for the production of molded parts which have high dimensional stability and stability without or with extremely little use of additives.
  • a fiber-rich portion is obtained from the organic residues, then the fiber-rich portion from the organic residues is washed one or more times, then either the washed fiber-rich portion is washed conditioned, fractionated and packaged from the organic residues, or the washed fiber-rich portion from the organic residues is fractionated, conditioned and packaged, and in all cases the fibers obtained are then processed into molded parts by means of molding processes.
  • fiber-rich fraction is obtained from the organic residues by means of direct removal from the place where the residues arise, by sieving, filtration, centrifugation and / or flotation or by a combination of these processes using screw presses, decanter centrifuges or belt filters.
  • the fiber-rich fraction from the organic residues is likewise advantageously washed several times, advantageously 2 to 10 times.
  • the washing liquid is at least partially removed from the washed fiber-rich fraction of the organic residues by means of solid / liquid phase separation
  • the solid / liquid phase separation by means of pressing and / or centrifugation and / or swim-sink separation and / or flotation and / or sedimentation is carried out.
  • washes are also advantageously carried out in washing liquid from water and / or aqueous solutions, such as the partially purified and recycled washing water, or with process-supporting active ingredients, such as advantageously solubilizers, mixed washing water and / or the liquid phase of the solid / liquid phase separation.
  • process-supporting active ingredients such as advantageously solubilizers, mixed washing water and / or the liquid phase of the solid / liquid phase separation.
  • the fiber-rich fractions from the organic residues are divided and / or shredded and / or the fiber-rich fractions are advantageously conditioned, the washed, fiber-rich fractions being advantageously conditioned is realized from the organic residues by means of mechanical and / or thermal and / or chemical stress, such as pressure, shear or impact, through heating or interaction with reagents or a combination of the stresses.
  • the production of the starting materials for the subsequent shaping is realized as packaging of the washed, conditioned and fractionated or the washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions from the organic residues
  • packaging of the washed, conditioned and fractionated is also advantageously implemented or the washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions from the organic residues by application-related and processing-related mixing, fiberization, hardening and / or wrapping of washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions with one another or by application-related and processing-related mixing, fiberization, hardening and / or wrapping of washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions with one another and the addition of production or application-related auxiliaries and additives, and / or advantageously Biomass adhesives, fillers, hardeners, mold release agents, rosin, bauxite and / or wet strength agents are used as production or application-related auxiliaries and additives.
  • the washed, fiber-rich portion is fractionated from the organic residues, then conditioned and packaged and then processed into a molded part using a shaping process.
  • the fiber-rich portion from the organic residues is processed into molded parts after packaging using injection or die-casting processes or thermoforming processes or 3D printing processes or paper and cardboard manufacturing processes.
  • the fiber-rich portion of the organic residues can be obtained, for example, by direct removal from the place of origin of the residues, by sieving, filtration, centrifugation or flotation or by combinations of these processes, by means of screw presses, decanter centrifuges or belt filters.
  • Organic residues, from which a fiber-rich fraction is obtained according to the method according to the invention can, for example, organic residues from biogas production plants with input substrates, such as manure or faeces from pig, cattle or chicken rearing, stable litter, maize, straw, wood chips (also from energy crops) , Be whole plant silage, which are collectively referred to as digestate.
  • input substrates such as manure or faeces from pig, cattle or chicken rearing, stable litter, maize, straw, wood chips (also from energy crops) , Be whole plant silage, which are collectively referred to as digestate.
  • other substances can also be organic residues, such as straw, residues of useful and ornamental plants, such as shrub residues or crop residues from annual or perennial plants, such as tomato plants, potato tops, grasses, asparagus, hop tendrils, or plant residues that are used in the landscape or garden or water maintenance, such as mowing the edge of the bank and mechanical weeding of water, green cuttings or reeds or cuttings or clippings or leaves.
  • organic residues such as straw, residues of useful and ornamental plants, such as shrub residues or crop residues from annual or perennial plants, such as tomato plants, potato tops, grasses, asparagus, hop tendrils, or plant residues that are used in the landscape or garden or water maintenance, such as mowing the edge of the bank and mechanical weeding of water, green cuttings or reeds or cuttings or clippings or leaves.
  • the fiber-rich fraction from the organic residues is then washed one or more times, advantageously 2 to 10 times.
  • the washing liquid is at least partially removed from the washed fiber-rich fraction of the organic residues by means of solid / liquid phase separation, the solid / liquid phase separation being carried out by means of pressing and / or centrifugation.
  • washings also take place in washing liquid, which can consist of water and / or aqueous solutions, such as the partially purified and recycled washing water, or with process-supporting active ingredients, such as advantageously solubilizers, mixed washing water and / or the liquid phase of the solid / liquid phase separation.
  • process-supporting active ingredients such as advantageously solubilizers, mixed washing water and / or the liquid phase of the solid / liquid phase separation.
  • the washed, fiber-rich portion from the organic residues can be conditioned, fractionated and packaged and then the fibers obtained can be processed into molded parts by means of shaping processes.
  • the washed, fiber-rich fraction from the organic residues can be fractionated, conditioned and packaged and then the fibers obtained can be processed into molded parts by means of molding processes.
  • a division and / or comminution and / or fiberization of the fiber-rich fractions from the organic residues is implemented according to the invention, whereby the fibers are further processed.
  • inventive conditioning of the washed, fiber-rich fractions from the organic residues can be implemented by means of mechanical and / or thermal and / or chemical stress, such as pressure, shear or impact, through heating or interaction with reagents or a combination of stresses.
  • the fractionation is carried out according to the invention on the total amount of the fiber-rich portion washed and conditioned according to the first variant of the invention from the organic residues or on the total amount of the fiber-rich portion washed according to the second variant of the invention from the organic residues.
  • the washed, fiber-rich fractions from the organic residues can, however, also be fractionated into two or more partial quantities and fed to the conditioning.
  • these subsets can be brought together again after conditioning or can be fed in subsets for packaging.
  • the fractionation of the washed or washed and conditioned fiber-rich fractions from the organic residues can be carried out by separating them into at least two fractions with regard to their amount, fiber width, fiber length, fiber type, moisture content and / or degree of fiberization at the ends and / or over the entire fiber length ( Fibrillation).
  • This can be realized, for example, by sieving or air sifting or centrifugation or sedimentation or flotation or swim-sink separation.
  • the fractionation of the washed or washed and conditioned fiber-containing fractions from the organic residues can be done, for example, to fiber lengths of 0.1 mm to 15 cm, advantageously from 1 mm to 5 mm or from 0.5 cm to 2 cm, and / or to fiber widths from 0.1 mm to 1 cm, advantageously from 0.5 mm to 5 mm.
  • fractionation In the fractionation according to the invention, a separation is realized in which a certain amount of the washed or washed and conditioned fiber-rich fraction from the organic residues is divided into a number of smaller amounts (“fractions”). These smaller quantities usually have a range of identical or similar properties, such as fiber lengths or widths - or types.
  • the smaller, fractionated quantities can each be fed separately to the conditioning and, after their conditioning in these smaller, fractionated quantities, can be fed back to the packaging either together or in part or in each case individually. This can be implemented in relation to the application and processing.
  • the packaging of the washed, conditioned and fractionated or the washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions from the organic residues is carried out according to the invention by producing starting materials for the subsequent shaping. These starting materials for the shaping are made application-related and processing-related by the packaging. As Processes for packaging can be used, for example, such as mixing, fiber opening, hardening and / or wrapping.
  • the packaging of the washed, conditioned and fractionated or the washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions from the organic residues is achieved through application and processing-related mixing of washed, fractionated and conditioned fiber-rich fractions with one another or by application and processing-related mixing of washed, fractionated ones and conditioned fiber-rich proportions with one another and the addition of manufacturing or application-related auxiliaries and additives.
  • Biomass adhesives, fillers, hardeners, mold release agents, rosin, bauxite and / or wet strength agents can be used as production or application-related auxiliaries and additives.
  • the invention it is possible to produce molded parts from the fibers of organic residues even without the addition of additives as production or application-related auxiliaries and additives.
  • additives as production or application-related auxiliaries and additives.
  • very small amounts a maximum of 10% based on the mass of the washed, conditioned and fractionated or the washed, fractionated and conditioned natural fibers, of such additives can be added as manufacturing or application-related auxiliaries and additives.
  • the fiber-rich fractions from the organic residues are processed and prepared for the further processing steps and the composition and properties of the starting materials that are advantageous for further processing are set by fractionation and packaging.
  • Such shaping processes are, for example, injection or die casting processes or thermoforming processes or 3D printing processes or paper and cardboard manufacturing processes with which the starting materials are further processed into molded parts.
  • the particular advantage and surprising and unexpected effect of the process according to the invention is that the fibers obtained have such properties that during a subsequent shaping process not necessarily - as in the prior art - further substances, compounds, additives, additives as production or application-related auxiliaries - and additives the starting materials for the Molding processes have to be added in order to produce dimensionally stable and stable molded parts.
  • the previously restricted material usability of the fibers of organic residues can be significantly improved.
  • fibers of biogenic origin are obtained from organic residues and processed with low levels of contaminants in such a way that - for the first time and surprisingly - they are processed into high-quality molded parts for further material use of the organic residues even without the use of additives as manufacturing or application-related auxiliaries and additives and can be used.
  • Another advantage of the method according to the invention consists in the use of methods for washing, fractionation, conditioning and packaging, which are inexpensive and therefore inexpensive and simple. Furthermore, as a result of the dispensing with additives as production or application-related auxiliaries and additives, no further impurities get into the molded bodies made of fibers from organic residues according to the invention.
  • the moldings produced from the fibers produced according to the invention from organic residues can be plant pots or containers or capsules or paper or mulch films or mulch mats or mulch papers or seed carriers or carrier products or packaging or propagation papers or sanitary articles or disposable crockery or young plant pots / peat substitutes or plastic substitute products.
  • the raw material for fiber production is a digestate from a biogas production plant as an organic residue.
  • This digestate consists of 90% io Liquid and has a solids content of 10% by mass.
  • 50 t are treated with a screw press and subjected to a solid-liquid phase separation. The liquid phase is separated off and the fiber-rich portion of 1.25 t, which has a dry residue of 25% by mass, is reused.
  • the fiber-rich portion of the digestate is washed in a washer to remove contaminants.
  • the addition of liquid is adjusted to the degree of soiling.
  • Digestate as a solid phase is washed with 10 times the amount of liquid based on the original substance weight of the solid phase. If the degree of soiling is very high, more washing liquid is added.
  • the scrubbing liquid in the washer is water and the liquid phase of the digestate after the solid-liquid phase separation.
  • the proportion of sand is reduced from 3 to 5% to 0.5 to 1%.
  • the organic fine content is reduced by a third.
  • the washes are carried out 5 times.
  • the washing liquid is separated from the fiber-rich portion of the fermentation residue by means of a screw press, collected and part of it is returned to the washer.
  • the fiber-rich digestate is conditioned.
  • the washed fiber material is subjected to mechanical stress in a cutting mill.
  • the fibers are cut to fiber lengths in the range from 0.1 mm to 5 mm and fiber widths from 0.1 mm to 2 mm.
  • the fiber material conditioned in this way is then fractionated.
  • the fractionation takes place through sieves.
  • the pore sizes of the sieves depend on the planned use of the fiber-rich digestate prepared according to the invention.
  • fibrous digestate of 5mm and 200 ⁇ m is required, which is fractionated by sieving. This results in three fiber fractions with fiber lengths x of x> 5 mm in length, 200 pm ⁇ x 5 mm and x ⁇ 200 pm. This is followed by the packaging of the washed, conditioned and fractionated fiber-containing digestate, which is also based on the planned production of molded parts.
  • the fiber fractions 200 ⁇ m ⁇ x 5 mm and ⁇ 200 ⁇ m are mixed in a mass ratio of 80:20, moistened and treated with a pulper / deflaker.
  • digestate fibers produced in this way are used as starting materials for shaping for the production of mulch paper.
  • the starting materials are used in a device for the production of paper and a paper-like molded part is obtained as mulch paper, which has a very high dimensional stability and stability.
  • This mulch paper can be used, for example, as growing paper.
  • the liquids that arise from the process stages are advantageously treated and reused in the process.
  • Solid-liquid separation processes such as sieving and filtration are used for this purpose.
  • the raw material for fiber production is made up of tomato plants from fruit vegetable production as an organic residue.
  • This tomato plant residue consists of 90% by mass of liquid and has a solids content of 10% by mass.
  • 50 t of this are treated with a screw press and subjected to a solid-liquid phase separation.
  • the liquid phase is separated off and the fiber-rich portion of 1.5 t, which has a dry residue of 30% by mass, is reused.
  • the fiber-rich portion is washed in a washer to remove contaminants.
  • the addition of liquid is adjusted to the degree of soiling.
  • the tomato plant residue as a solid phase is washed with 2-5 times the amount of liquid based on the original substance weight of the solid phase. If the degree of soiling is very high, more washing liquid is added.
  • the washes are carried out 3 times.
  • the washing liquid is separated from the fiber-rich portion of the tomato plant residue by means of a screw press, collected and part of it is returned to the washer.
  • the fiber-rich portion of the tomato plant residue is dried to a residual moisture content of ⁇ 10%. After drying, fractionation is carried out by means of sieving.
  • the pore sizes of the sieves depend on the planned use of the fiber-rich portion of the tomato plant residue prepared according to the invention.
  • fractions of the processed fiber-rich portion of the tomato plant residue of 100 mm and 1 mm fiber length are required.
  • Three fiber fractions with fiber lengths x of x> 100 mm in length, 1 mm ⁇ x ⁇ 100 mm and x ⁇ 1 mm of the processed fiber-rich portion of the tomato plant residue were produced by sieving.
  • the fiber fraction> 100 mm produced is moistened and treated with a pulper / deflaker.
  • the fraction 1 mm ⁇ x ⁇ 100 mm is added to the deflaked fiber mixture> 100 mm without further treatment.
  • 10% by mass of starch can be added as an additive.
  • the fiber mixture produced in this way is used as the starting material for shaping for the production of bowls.
  • the starting materials are used in a device for producing molded shells and a molded part is obtained which has a very high degree of dimensional stability and stability.
  • This molded part can be used, for example, as packaging.
  • the liquids that arise from the process stages are advantageously treated and reused in the process.
  • Solid-liquid separation processes such as sieving and filtration are used for this purpose.
  • a combination of a molded product, such as waste paper, produced as described in Example 1, and a fiber mixture, as indicated in Example 2, is also possible for the production of molded shells.
  • the waste paper and the processed fiber mixture are brought together in one step using thermal printing processes to form a composite molding, such as flower pots.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Aufbereitungstechnik und betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Formteilen, wie beispielsweise Pflanztöpfe oder Behälter. 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 eine hohe Formhaltigkeit und Stabilität aufweisen. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem aus den organischen Reststoffen ein faserreicher Anteil gewonnen wird, nachfolgend der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen ein- oder mehrmalig gewaschen wird, danach entweder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen konditioniert, fraktioniert und konfektioniert wird, oder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen fraktioniert, konditioniert und konfektioniert wird, und anschließend die erhaltenen Fasern mittels Formgebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet werden.

Description

Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen
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.
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.
Stoffe biogenen Ursprungs bedeutet, dass derartige Stoffe biologischen oder organischen Ursprungs sind oder durch Lebewesen entstanden sind. 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.
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.
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.
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. etal: 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.
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.
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.
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.
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.
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. Ebenfalls vorteilhafterweise wird der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen mehrmalig, vorteilhafterweise 2mal bis 10mal, gewaschen.
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.
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.
Vorteilhaft ist es auch, wenn im Falle von mehreren Waschungen eine oder mehrere Fraktionierungen zwischen den Waschungen realisiert werden können.
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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
Erreicht wird dies durch ein Verfahren, bei dem aus den organischen Reststoffen ein faserreicher Anteil gewonnen wird.
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.
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 Mäht der Uferrandstreifen und mechanische Entkrautung von Gewässern, Grünschnitt oder Schilfrohr oder Mähgut oder Schnittgut oder Laub.
Nachfolgend wird der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen ein- oder mehrmalig gewaschen, vorteilhafterweise 2mal bis 10mal.
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.
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. Die Waschungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich, mit gleichen oder unterschiedlichen Waschzeiten und/oder -temperaturen durchgeführt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
Dies kann beispielsweise durch Siebung oder Windsichtung oder Zentrifugation oder Sedimentation oder Flotation oder Schwimm-Sink-Trennung realisiert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
Als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe können dabei beispielsweise Biomasseklebstoffe, Füllstoffe, Härter, Entformungsmittel, Kolophonium, Bauxit und/oder Nassverfestigungsmittel eingesetzt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die erfindungsgemäße Lösung wird an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispiel 1
Den Ausgangsstoff für die Fasergewinnung bildet ein Gärrest aus einer Biogaserzeugungsanlage als organischer Reststoff. Dieser Gärrest besteht zu 90 % aus io 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.
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.
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.
Während der Waschung wird der Sandanteil von 3 bis 5 % auf 0,5 bis 1 % reduziert. Der organische Feinanteil wird um ein Drittel reduziert.
Die Waschungen werden 5mal durchgeführt.
Nach jeder Waschung wird die Waschflüssigkeit vom faserreichen Anteil des Gärrestes mittels einer Schneckenpresse abgetrennt, aufgefangen und ein Teil davon dem Wäscher wieder zugeführt.
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.
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.
Für die Herstellung von Mulchpapieren als Formteil aus Gärrest („Gärproduktpapier“) unter Nutzung von bekannten Papiermaschinen wird ein faserhaltige Gärrest von 5mm und 200 pm benötigt, der mittels Sieben fraktioniert wird. Damit entstehen drei Faserfraktionen mit Faserlängen x von x > 5 mm Länge, 200 pm < x 5 mm und x < 200 pm. Danach erfolgt die Konfektionierung des gewaschenen, konditionierten und fraktionierten faserhaltigen Gärrestes, welche sich ebenfalls nach der geplanten Formteilherstellung richtet. Die erzeugten Faserfraktionen 200 pm < x 5 mm und < 200 pm werden dazu im Masseverhältnis von 80:20 gemischt, befeuchtet, und mit einem Pulper/Entstipper behandelt.
Nach diesem Konfektionierungsschritt werden die so hergestellten Gärrest-Fasern als Ausgangsstoffe für die Formgebung zur Herstellung von Mulchpapier eingesetzt.
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.
Die anfallenden Flüssigkeiten aus den Prozessstufen werden vorteilhafterweise aufbereitet und im Prozess wiedereingesetzt. Hierfür werden Verfahren zur Fest-Flüssigtrennung wie Siebung und Filtration eingesetzt.
Beispiel 2
Den Ausgangsstoff für die Fasergewinnung bilden Tomatenpflanzen aus der Fruchtgemüseproduktion als organischer Reststoff.
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.
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.
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. 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.
Die Waschungen werden 3mal durchgeführt.
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.
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.
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.
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.
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.
Die anfallenden Flüssigkeiten aus den Prozessstufen werden vorteilhafterweise aufbereitet und im Prozess wiedereingesetzt. Hierfür werden Verfahren zur Fest-Flüssigtrennung wie Siebung und Filtration eingesetzt. 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.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Fasern aus organischen Reststoffen für die Herstellung von Formteilen, bei dem aus den organischen Reststoffen ein faserreicher Anteil gewonnen wird, nachfolgend der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen ein- oder mehrmalig gewaschen wird, danach entweder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen konditioniert, fraktioniert und konfektioniert wird, oder der gewaschene faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen fraktioniert, konditioniert und konfektioniert wird, und anschließend die erhaltenen Fasern mittels Formgebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der 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 wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der faserreiche Anteil aus den organischen Reststoffen mehrmalig, vorteilhafterweise 2mal bis 10mal, gewaschen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem nach der ein- oder mehrmaligen Waschung die Waschflüssigkeit aus dem gewaschenen faserreichen Anteil aus den organischen Reststoffen mindestens teilweise mittels Fest-/Flüssig-Phasentrennung entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei der die Fest-/Flüssig-Phasentrennung mittels Abpressens und/oder Zentrifugieren und/oder Schwimm-Sink-Trennung und/oder Flotation und/oder Sedimentation durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 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 werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem im Falle von mehreren Waschungen eine oder mehrere Fraktionierungen zwischen den Waschungen realisiert werden können.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem 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.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem 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.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem 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.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem 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.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem 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.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem 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.
14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 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.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem 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.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem als herstellungs- oder anwendungsbedingten Hilfs- und Zusatzstoffe Biomasseklebstoffe, Füllstoffe, Härter, Entformungsmittel, Kolophonium, Bauxit und/oder Nassverfestigungsmittel eingesetzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 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.
18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 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.
19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 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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