Papier vindt steeds nieuwe vezels Kroon, Maaike Published in: Connecting industries : duurzaamheid en innovatie in de Noordzeedelta
Gepubliceerd: 01/01/2014
Document Version !!Peer reviewed version Link to publication
Citation for published version (APA): Kroon, M. C. (2014). Papier vindt steeds nieuwe vezels. In Connecting industries : duurzaamheid en innovatie in de Noordzeedelta. (blz. 122-125). Oostvoorne: Postema Communicatie & Advies.
General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Download date: 06. Jan. 2016
PROF. DR. IR.MAAIKE KROON, HOOGLERAAR TU EINDHOVEN:
Onze vinding voor de scheiding van biomassa heeft de potentie om de productie van papier (en op termijn zelfs de productie van bioplastics) enorm te verduurzamen. Professor Maaike Kroon, Professor at Eindhoven University of Technology: “Our discoveries in the field of biomass separation could potentially be a massive step forward in raising the sustainability of the paper production process (and in the longer term even the production of bio-plastics).”
142
Papier vindt steeds nieuwe vezels Een sensationele doorbraak ziet de papierindustrie in het onderzoek van prof. Maaike Kroon, die in 2010 als jongste vrouwelijke hoogleraar van Nederland werd benoemd in de leerstoel Scheidingstechnologie. Zij kende de oplosmiddelen DES (deep eutectic solvents) van ander onderzoek naar batterijen en zonnecellen en bedacht om deze middelen ook te testen voor de scheiding van biomassa. Het resultaat bleek opzienbarend.
Uit biomassa, in dit geval stro en naaldhout, kwam
rendabel. Een consortium van 20 internationale
met de DES-methodiek de papiergrondstof cellulose
bedrijven ondersteunt nu de eerste pilots en verdere
snel vrij – binnen een half uur in plaats van enkele
ontwikkeling van deze veelbelovende innovatie in
weken. Het zorgt ook voor een milieuvriendelijk
procestechnologie voor papier en biochemicaliën.
proces, zonder chemicaliën en met een enorme zuivere lignine afgescheiden, van belang als groene
Papier als informatiedrager is al ruim 2000 jaar oud.* Pas sinds 150 jaar wordt papier
grondstof voor de productie van bio-aromaten in de
uit houtvezels van bomen gemaakt. Leuk om te
chemie. Deze combinatie kan vooral door de bespa-
weten: de eerste papierfabrikant was niet de mens,
ring van fossiele grondstoffen een CO2-reductie van
maar een dier. De wesp maakt namelijk met zijn
90% leveren. De productie van papier wordt aanzien-
speeksel een nest van plantenvezels, dat opdroogt tot
lijk milieuvriendelijker, minder afhankelijk van de
een soort karton. Die kunst heeft de mens afgekeken.
invoer van cellulose en ook al in kleine fabrieken
En nog steeds zijn wetenschappers bezig processen
energiebesparing. Ook wordt in het proces eenvoudig
Paper continues to uncover new sources of fibre The paper industry has identified another sensational breakthrough in recent research by Maaike Kroon, the youngest female scientist in the Netherlands to ever be appointed Professor – in Kroon’s case to the chair of Separation Technology in 2010. Kroon was already familiar with deep eutectic solvents (DES) from previous research into batteries and solar cells. She speculated that these solvents could be of potential use in the separation of biomass. The test results were nothing short of spectacular. Using the DES method, researchers were able to separate cellulose, a raw material for the manufacture of paper, from biomass – in this case straw and softwood – with remarkable speed: in 30 minutes rather than several weeks. What’s more, the method is based on an environmentally-friendly process that does not use any chemicals and is extremely energy efficient. And finally, the new process offers a simple means to produce pure lignin, which plays an important role as a ‘green’ base material for the chemical production of organic aromatic compounds. Thanks in particular to the tremendous fossil fuel savings made possible by this combination, the new method may potentially reduce carbon emissions by no less than 90%. Paper manufacturers will be able to significantly reduce their environmental footprint, they will become less dependent on imported cellulose and will be able to operate profitably within smaller-scale plants. Twenty multinational companies have presently banded together in a consortium to support the first pilot projects and the further development of this highly promising innovation in paper and biochemical process engineering. Paper has been used as a means to record information for over 2,000 years.* However, people only started producing it from wood pulp fairly recently: some 150 years ago. A fun fact: the first creatures to produce paper weren’t humans… they were wasps. Wasps mix their saliva with dead plant fibres to produce a kind of cardboard, which they use to construct their nests. Man has basically copied this trick. And to this very day, scientists work to unravel and emulate Nature’s ingenuous processes, and to find new ways to access natural resources – as evidenced by Professor Kroon’s innovative research. New insights into raw materials and processes play an increasingly crucial role in the paper industry. Paper is used for an ever-growing variety of applications, ranging from printed materials and packaging to hygienic disposables. But there’s also a growing demand for its most widely-used base material, wood pulp, from less expected corners – the energy and chemical sectors, for instance. The paper sector is no stranger to the circular economy. Eighty to eighty-five percent of the industry’s raw material comes from sustainably managed forests, and ninety percent of the waste paper and cardboard in the Netherlands is collected and used for the manufacture of new paper products. However, the paper sector is actually facing a new watershed in its use of materials. There is a growing demand for waste paper in the Asian market, leading to rising prices for this material. And the same development can be seen in the market for wood, which is the subject of growing interest CONNECTING INDUSTRIES
143
*INFORMATIEDRAGERS UIT DE NATUUR Al lang voor de jaartelling communiceerden mensen met informatiedragers als rotstekeningen, inscripties op kleitabletten, perkamenten huiden en repen van de papyrusplant. De oudste rotstekeningen dateren 40.000 jaar AD, de kleitabletten 3.200 AD en papyrusrollen 2.500 AD. Papier als informatiedrager is al ruim 2000 jaar oud. In het jaar 105 maakte de Chinees T’sai Lun met een vergelijkbaar proces als de bouw van een wespennest het eerste papier uit plantaardige vezels. Hij gebruikte daarvoor veel water en de vezels van bamboeriet, de bast van een moerbeiboom en afval uit het zijdeproces. Rond 750 wisten de Arabieren de kennis van dit proces aan hun Chinese gevangenen te ontfutselen. Papier was niet alleen steviger, maar ook goedkoper en sneller te maken dan informatiedragers van papyrus of perkament. De Arabieren namen het papierproces mee naar hun Europese gebieden, waardoor bij Valencia in 1144 de eerste papierproductie ontstond. Tot in de 19e eeuw werden de vezels uit katoen gebruikt, met name uit lompen en afgedragen kleding. In het midden van de 19e eeuw ontstond de techniek om papieren vellen om te vormen tot een sterk materiaal dat ook licht te buigen was. Het karton als verpakkingsmateriaal deed hiermee zijn intrede. In die tijd waren lompen als grondstoffenbron steeds schaarser geworden. Na verkenningen van vezels uit stro werd in 1840 ontdekt dat bomen een rijke bron van vezels uit houtcellulose zijn. *Nature’s information storage media Long before the start of our calendar, people were already storing and communicating information via media such as cave paintings, inscriptions on clay tablets, parchment and sheets made from the pith of the papyrus plant. The oldest cave paintings date from 40,000 BC, the earliest surviving clay tablets from 3,200 BC and papyrus rolls from 2,500 BC. Paper has been used to record information for over 2,000 years. In the year 105 AD, the Chinese official Cai Lun was the first human to make paper from vegetable fibres, following a process similar to that used by paper wasps building their nests. Cai Lun achieved this by combining a large quantity of water with bamboo fibres, the bark of the mulberry tree and waste from the silk manufacturing process. Around 750 AD, the Arabs were able to force a number of Chinese prisoners to divulge the secrets of this process. Paper was not only stronger than many existing information media; it was also cheaper and easier to produce than, for example, papyrus and parchment. The Arabs introduced the papermaking process to the European areas under their control. This eventually led to the establishment of the first paper production facilities on European soil in Valencia, in 1144. Until well into the 19th century, most paper was made from cotton fibre – mainly from rags and used clothing. The method for shaping sheets of paper into a new material that combined strength and foldability was developed in the mid-19th century. This was the birth of cardboard as a packaging material. Around this time, rags were becoming increasingly scarce as a raw material for paper production. After exploring the possibilities offered by straw fibres, in 1840, scientists discovered that trees were a rich source of cellulose fibres.
144
Annita Westenbroek
lijke materialen te ontsluiten, zoals de innovatie van
Voor wie de gedrukte versie van Connecting Industries in handen heeft, is de innova-
prof. Kroon aantoont. Voor de productie van papier
tie in papierproductie tastbaar. Voor het eerst is een
zijn innovaties in grondstoffen en processen steeds
boek gedrukt op papier waarvoor tomatenvezels zijn
meer noodzakelijk. De verscheidenheid aan toepas-
gebruikt, een agrarische reststroom. Zo zijn er meer
singen van papier in print, verpakkingen en
reststromen beschikbaar. Maar verschillende grond-
hygiënisch materiaal groeit, maar dat niet alleen: de
stofstromen vergen wel flexibilisering van de proces-
vraag naar hout als grondstof groeit ook in andere
sen voor papierproductie en een geheel nieuwe
sectoren, zoals energie en chemie.
logistiek, om de grondstofinnovaties ook economisch
uit de natuur te ontrafelen, na te bootsen en natuur-
haalbaar te maken. Ook wet- en regelgeving moeten
De circulaire economie is in de papierindustrie
aangepast worden om producties te doen met
goed zichtbaar. De grondstof is voor 80-85 procent
reststromen.
afkomstig uit duurzaam beheerde bossen en in Nederland wordt 90% van het papier en karton
Het sluiten van de kringloop kunnen we het
ingezameld en opnieuw gebruikt in de productie van
beste doen in samenwerking met andere sectoren.
papier. Maar de papiersector staat aan de vooravond
Plantaardige reststromen zijn ook interessant voor
van ander materiaalgebruik. Vanuit Azië stijgt de
chemie en energie. Uit hout en plantaardige rest
vraag naar oud papier en dus de prijs. Dat geldt ook
stromen heeft de papierindustrie met name de
voor hout, waar de chemie- en energiesector steeds
hoogwaardige cellulosevezels nodig. Maar er zitten
meer belangstelling voor heeft. Sinds de beschikbaar-
nog veel meer waardevolle componenten in reststro-
heid van grondstof onder druk komt te staan, lijkt de
men biomassa, zoals suikers voor de productie van
historie van de papierindustrie zich te herhalen.
plastics. En bietenloof bevat nog veel eiwitten, die de papierindustrie niet nodig heeft. Ander voorbeeld: in
De papierindustrie ontdekt nieuwe materialen en processen. “Theoretisch kun je uit alle
het afvalwater van de papierindustrie zit jaarlijks
natuurlijke materialen met vezels papier maken”,
wordt het omgezet in biogas. Het Dutch Biorefinery
stelt dr. ir. Annita Westenbroek, innovatiemanager bij
Cluster kijkt samen met de waterschappen naar het
de papierindustrie. “De uitdaging is om dat zo
terugwinnen van waardevolle stoffen uit afvalwater
efficiënt, schoon en energiezuinig mogelijk te doen
en het opzetten van een ‘grondstoffenfabriek’. Water,
en papier te maken dat aan alle gebruikseisen
energie en vezels zijn nu nog de drie hoofdingrediën-
voldoet. Met de flexibilisering in grondstoffen maken
ten voor de productie van papier. Met doorbraak
we ons niet afhankelijk van één materiaal. Onze
concepten in elk van deze pijlers gaat de papierindus-
zoektocht strekt zich uit van bijvoorbeeld rest
trie haar processen aanzienlijk verduurzamen.”
70.000 ton aan opgeloste organische stoffen. Deels
stromen uit vlas en hennep tot die van granen, mais, ui, bietenpulp en uit het proces van biermaken: de
Dr.ir. Annita Westenbroek is Manager Innovatie bij de
bierborstel. In de afgelopen periode zijn al successen
Koninklijke VNP, Directeur van het Dutch Biorefinery Cluster,
geboekt met gras en tomaatstengels. Zo kan er uit
Programme Coordinator van het Europese Biobased Industries
deze materialen karton geproduceerd worden voor
Consortium, en directeur van het ISPT Cluster Deep Eutectic
de verpakking van tomaten.
Solvents.
on the part of the chemical and energy sectors. With the availability of paper’s main raw materials under increasing pressure, the paper industry’s history is repeating itself. The paper industry is exploring new materials and processes. “Theoretically, you could produce paper from any fibrous organic material,” says Annita Westenbroek, who works as an innovation manager within the paper industry. “The key challenge is to do this as efficiently and cleanly as possible, to spend a minimal amount of energy and at the same time produce paper that satisfies all current user requirements. Thanks to growing flexibility in the area of raw materials, we are not dependent on a single material. Our search for new base materials extends to sources such as the residual flows from flax and hemp cultivation, but also wheat, maize, onion and beetroot pulp, as well as the beer brewing process: brewer’s spent grain. In the most recent period, we have already had success with grass and tomato stalks. The materials can be used to manufacture cardboard packaging for tomatoes. Those reading the print version of Connecting Industries are actually holding a concrete example of the current innovations in paper production in their hands. This issue forms the first time a book has been printed on paper containing tomato fibres, an agricultural residual product. And this is not the only residual stream that can be put to good use. Nevertheless, the different streams of raw materials do require paper manufacturers to improve the flexibility of their processes, and also demand an entirely new logistics system to ensure that the current innovations in the field of raw materials also become feasible in economic terms. In addition, existing legislation and regulations need to be adapted to allow for new production processes based on residual streams. Our best option for closing the cycle is to work in partnership with other sectors. Vegetable residual streams are also of interest to the chemical and energy sectors. The paper industry is mainly concerned with the high-grade cellulose fibres found in wood pulp and vegetable residual streams. But one can find a wide range of other valuable components in biomass streams, such as sugars and starches that can be used in the production of bioplastics. And the leaves of the beetroot contain a lot of proteins that are of no particular use to paper manufacturers. Another example: the paper industry’s annual volume of wastewater contains some 70,000 tonnes of dissolved organic matter. A share of this matter is converted into biogas. The Dutch Biorefinery Cluster has teamed up with the district water boards to examine possible ways to recover valuable substances from local wastewater, as well as which options there are to set up a ‘raw materials plant’. At present, water, energy and fibres are still the primary ingredients of the paper production process. But with the development of new, ground-breaking concepts within each of these three pillars, the paper sector is set to raise the sustainability of its processes to a whole new level.” Annita Westenbroek works as Innovation Manager for the Royal Association of Dutch Paper and Carton Manufacturers (Koninklijke VNP), and also serves as the Director of the Dutch Biorefinery Cluster, the Programme Coordinator of the European Biobased Industries Consortium and Director of the ISPT Cluster Deep Eutectic Solvents.
CONNECTING INDUSTRIES
145
