Χαρτοπολτός

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Εμφάνιση της τυπικής ινώδους δομής του χαρτοπολτού.
Πολτός παραγόμενος σε μια χαρτοποιία των ΗΠΑ το 1947.

Ο χαρτοπολτός (αγγλ. pulp) είναι ινώδες υλικό -λιγνοκυτταρινικής φύσης- που παράγεται με χρήση θερμότητας μαζί με χημικό διαχωρισμό (χημική πολτοποίηση) ή μηχανικό διαχωρισμό (μηχανική πολτοποίηση) των ινών της κυτταρίνης από πρώτες ύλες, όπως ξύλο, άχυρα, φυτικές ίνες ή υπολείμματα χαρτιού.[1] Ο χαρτοπολτός στον δυτικό κόσμο αποτελεί το κυριότερο βιομηχανικό προϊόν του ξύλου και παράγεται όταν λιγνοκυτταρινικές ύλες αναμιγνύονται με νερό και χημικά (ιδίως NaOH) ή/και φυτικά πρόσθετα και απολιγνοποιούνται, δηλ. απομακρύνεται μερικώς ή ολικώς η λιγνίνη.[2] Ο παραγόμενος πολτός αποτελεί στη συνέχεια την πρώτη ύλη που αξιοποιείται για την παραγωγή προϊόντων χαρτιού και χαρτονιού, καθώς και άλλων προϊόντων κυτταρίνης.[3][4]

Ιστορική αναδρομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πριν από την πρώτη εφεύρεση της χαρτοποιίας από τον σπουδαίο Κινέζο Τσάι Λουν - στην Κίνα γύρω στο 105 μ.Χ. - τα υλικά γραφής που τότε χρησιμοποιούνταν και έμοιαζαν με χαρτί, λ.χ. ο πάπυρος και το άματε (μεξικάνικο χαρτί από φλοιό) αξιοποιούνταν από αρχαίους πολιτισμούς (αρχαίοι Αιγύπτιοι, Αζτέκοι κ.ά.) χρησιμοποιώντας αποκλειστικά φυτικά υλικά, σε μεγάλο βαθμό ακατέργαστα.

Λωρίδες από φλοιό ή από ινώδη φυτά (π.χ. λινάρι, κενάφ, γιούτα, ραμί) πλέκονταν μεταξύ τους, διαμορφώνονταν σε τραχιά φύλλα, ξηραίνονταν και μορφοποιούνταν με το χέρι.[5][6]

Ο πολτός που χρησιμοποιείται στη σύγχρονη και την παραδοσιακή παραγωγή χαρτιού διακρίνεται από μια κατεργασία κατακερματισμού (maceration) η οποία παράγει λεπτότερο και κανονικότερο πολτό -από ίνες κυτταρίνης- που αφαιρούνται από το διάλυμα με πλέγμα (μέσω διήθησης) και ξηραίνονται τελικά για να σχηματίσουν φύλλα ή ρολά.[7][8][9] Το παλαιότερο χαρτί που παρήχθη στην Κίνα αποτελούνταν από ίνες φλοιού από το φυτό βρουσονέτια η παπυροφόρος(kozo), μεταξύ των άλλων σε μίξη μαζί και με ίνες κάνναβης.[7][10][11]

Τον 6ο αιώνα μ.Χ., η μουριά εξημερώθηκε από αγρότες στην Κίνα ειδικά για το σκοπό της παραγωγής χαρτοπολτού για δημιουργία τύπου χαρτιού. Εκτός από τη μουριά, ο πολτός παρασκευάζονταν επίσης από μπαμπού, φλοιό ιβίσκου, άχυρο και βαμβάκι.[11] Η παραγωγή χαρτιού με χρήση πολτού από κάνναβη και ίνες λιναριού (λ.χ. από κουρελιασμένα ενδύματα, δίχτυα ψαρέματος και υφασμάτινες σακούλες) εξαπλώθηκε στην Ευρώπη κατά τον 13ο αιώνα. Η όλη αυτή δραστηριότητα αναπτύχθηκε ακόμη περισσότερο μετά την εφεύρεση - τον 15ο αιώνα - της τυπογραφίας[2] στην Ευρώπη.

Μέχρι το 1800, οι απαιτήσεις για χαρτί και η πίεση στις βιομηχανίες χαρτοποιίας και μονάδες εκτύπωσης οδήγησαν σε αλλαγή πρώτων υλών. Έτσι, η χρήση ξυλοπολτού από πολτοποίηση κορμών δασικών δέντρων κυριάρχησε (ιδίως στη Γερμανία και τη Σκανδιναβία) και σήμερα αυτό αποτελεί συνήθη πρακτική για το παραγόμενο περίπου το 90% της παγκόσμιας παραγωγής χαρτοπολτού.[12] Το υπόλοιπο 10% είναι από πρώτες ύλες μη ξυλώδεις (κυρίως άχυρα).

Πέντε (5) βασικά στάδια στην πρωταρχική κινέζικη χαρτοποιία, όπως έχει αποτυπωθεί.
Στάδιο 1ο. Συγκομιδή υλών 
Στάδιο 2ο. Μαλάκωση (μαγείρεμα) 
Στάδιο 3ο. Στρωμάτωση & μορφοποίηση χάρτου 
Στάδιο 4ο. Συσκευασίες 
Στάδιο 5ο. Τελική χρήση 

Η χρήση ξυλοπολτού και η εφεύρεση αυτοματοποιημένων μηχανών πολτοποίησης στα τέλη του 18ου και στις αρχές του 19ου αιώνα συνέβαλαν ώστε το χαρτί να εξαπλωθεί και να χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα. Άλλωστε αυτή η ευρεία εξάπλωσή του οδήγησε ώστε να καταστεί το χαρτί ένα κοινό και φθηνό προϊόν στη σύγχρονη εποχή.[2][13][14]

Τα πρώτα δημοσιευμένα στοιχεία για παραγωγή χαρτιού από ξυλοπολτό περιέχονται σε εκδόσεις από τον J. Schäffer το 1765 και τον M. Koops το 1800.[15][16] Ωστόσο, παραγωγή ξύλου μεγάλης κλίμακας ουσιαστικά ξεκίνησε τη δεκαετία του 1840 μετά τις -τότε- καινοτομικές εξελίξεις στη μηχανική πολτοποίηση που έγιναν -εντελώς ταυτόχρονα- από τον Friedrich Gottlob Keller στη Γερμανία[17] και από τον Charles Fenerty στη Νέα Σκωτία.[13]

Ακολούθησαν νέες χημικές διεργασίες, αρχικά με τη χρήση θειώδους οξέος από τον J. Roth για τη χημική επεξεργασία του ξύλου και στη συνέχεια στις ΗΠΑ (το 1867) με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Benjamin Tilghman, που σχετιζόταν με τη χρήση όξινου θειώδους ασβεστίου, Ca(HSO3)2, για την πολτοποίηση του ξύλου.[18]

Μια δεκαετία αργότερα δημιουργήθηκε στη Σουηδία το πρώτο εργοστάσιο πολτοποίησης με διαδικασία θειώδους μαγνησίου (γνωστή ως θειώδης πολτοποίηση). Χρησιμοποιούσε μαγνήσιο ως αντίθετο ιόν, αλλά ως μέθοδος βασιζόταν ουσιαστικά στη δημοσιευμένη εργασία του Carl Daniel Ekman.

Μέχρι το 1900, η θειώδης πολτοποίηση είχε γίνει η βασική παραγωγική τεχνική ξυλοπολτού, ξεπερνώντας κατά πολύ τις λοιπές μεθόδους μηχανικής πολτοποίησης. Καμπή στο όλο θέμα -τελικά- αποτέλεσε η αναπτυχθείσα το 1879 τεχνολογία χημικής πολτοποίησης, γνωστή ως θειική μέθοδος ή τεχνολογία kraft, που αναπτύχθηκε από τον δρ. Carl F. Dahl. Το πρώτο εργοστάσιο για χαρτί κραφτ ξεκίνησε στη Σουηδία το 1890.[19][20]

Η εφεύρεση του λέβητα ανάκτησης από τον δρ. G.H. Tomlinson στις αρχές της δεκαετίας του 1930,[17] επέτρεψε στα εργοστάσια (με τη μέθοδο Kraft) να ανακυκλώnουν σχεδόν όλα τα χημικά πολτοποίησης, γεγονός ιδιαίτερα θετικό. Αυτό επέδρασε ευεργετικά στην όλη τεχνολογία, αφού απέδιδε επίσης και τις ισχυρότερες σε μηχανική αντοχή ίνες.[21] Έκτοτε, η μέθοδος Κraft αποτελεί την κυρίαρχη διαδικασία πολτοποίησης (από τη δεκαετία του 1940).[19]

Με βάση στοιχεία των εργοστασίων του Καναδά (έτους 2014), οι βασικές πηγές ινών ξύλου που απαιτούνται για τη βιομηχανική πολτοποίηση προέρχονται:

  • 45% υπολείμματα από πριστήρια
  • 21% από κορμίδια και φρέσκα ξυλοτεμαχίδια
  • 34% από ανακυκλωμένο χαρτί[22]

Με βάση νεότερα στοιχεία, η παγκόσμια παραγωγή προϊόντων χαρτιού -το 2020- ξεπέρασε τα 400 εκατομμύρια μετρικούς τόνους, ενώ σχεδόν η μισή ποσότητα αυτών παρήχθη από ανακυκλωμένο πολτό από την αλυσίδα ανακύκλωσης παλαιού χαρτιού και χαρτονιών.[23]

Ξυλοπολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μικροσκοπική εμφάνιση των (κυτταρινικών)) ινών σε ξυλοπολτό.

Οι φυσικοί πόροι ξυλείας που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πολτού αναφέρονται ως ξυλοπολτός.[24] Ενώ θεωρητικά κάθε δέντρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή χαρτοπολτού, προτιμώνται ιδίως τα κωνοφόρα είδη επειδή οι ίνες κυτταρίνης είναι μακρύτερες (3-6 mm) και επομένως συντελούν σε πιο ισχυρό, μηχανικά ανθεκτικό χαρτί.[25]

Μερικά από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είδη για την παρασκευή χαρτιού περιλαμβάνουν τα εξής:

Υπάρχει επίσης αυξανόμενο ενδιαφέρον για γενετικά τροποποιημένα είδη (όπως γενετικά τροποποιημένος ευκάλυπτος και γενετικά τροποποιημένη λεύκα) λόγω πολλών σημαντικών πλεονεκτημάτων που μπορούν να προσφέρουν, λ.χ. αυξημένη ευκολία διάσπασης της λιγνίνης, αυξημένος ρυθμός ανάπτυξης των δέντρων.


Το ξύλο και άλλα φυτικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή χαρτοπολτού περιέχουν τρία κύρια συστατικά (εκτός από το νερό): ίνες κυτταρίνης (που είναι επιθυμητές για την παραγωγή χαρτιού), λιγνίνη (ένα τρισδιάστατο πολυμερές που συνδέει τις ίνες κυτταρίνης μεταξύ τους) και ημικυτταρίνες (ολιγομερή υδατανθράκων χαμηλού βαθμού πολυμερισμού).

Ο στόχος της πολτοποίησης είναι η διάσπαση της δομής του ξύλου, με ήπιο τρόπο όμως, ώστε οι λιγνοκυτταρινικές πρώτες ύλες να μετατραπούν σε συστατικές ίνες.

Παγκόσμια παραγωγή χαρτοπολτού ανά κατηγορία (2000) [27]
Κατηγορία πολτού Παραγωγή [M ton ]
Χημική ουσία 131.2
Kraft 117,0
Θειώδες άλας 7.0
Ημιχημική 7.2
Μηχανικός 37.8
Μη ξύλινο 18.0
Ολικές παρθένες ίνες 187,0
Ανακτημένες ίνες 147,0
Ολικός πολτός 334,0

Συγκομιδή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα περισσότερα εργοστάσια χαρτοπολτού χρησιμοποιούν καλές πρακτικές διαχείρισης των δασών στη συγκομιδή δέντρων για να διασφαλίσουν βιώσιμη πηγή πρώτων υλών.

Ένα από τα σημαντικότερα παράπονα σχετικά με τη συγκομιδή ξύλου για τα εργοστάσια χαρτοπολτού είναι ότι μειώνει τη βιοποικιλότητα του υλοτομημένου δάσους.

Οι φυτείες πολτού αντιπροσωπεύουν το 16 τοις εκατό της παγκόσμιας παραγωγής χαρτοπολτού, τα δάση το 9 τοις εκατό και τα δάση δεύτερης και τρίτης γενιάς αντιπροσωπεύουν το υπόλοιπο. [28]

Η αναδάσωση εφαρμόζεται στις περισσότερες χώρες, ιδίως στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική, επομένως τα δέντρα αποτελούν ανανεώσιμο πόρο. Οι ξένοι φορείς, ονόματι FSC (Forest Stewardship Council), SFI (Sustainable Forestry Initiative), και PEFC (Program for the Endorsement of Forest Certification) πιστοποιούν το χαρτί από δέντρα που έχουν συγκομιστεί σύμφωνα με κατευθυντήριες γραμμές που αποσκοπούν στη διασφάλιση ορθών και αειφορικών δασικών πρακτικών.[29]

Ο αριθμός των δέντρων που καταναλώνονται εξαρτάται από το εάν χρησιμοποιούνται μηχανικές ή χημικές διεργασίες, λ.χ. χρειάζονται κατά μέσο όρο 24 δέντρα για να παραχθεί 0,9 τόνος (1 τόνου) χαρτιού εκτύπωσης και γραφής, με τη χημική πολτοποίηση Kraft.

Η μηχανική πολτοποίηση είναι περίπου δύο φορές πιο αποτελεσματική στη χρήση δέντρων, αφού σχεδόν όλο το ξύλο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ινών, λ.χ. χρειάζονται περίπου 12 δέντρα για να γίνει 0,9 τόνος (1 τόνος) μηχανικού πολτού ή χαρτιού εφημερίδων. [30]

Πολτοποίηση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Υπάρχουν διαφορετικές διαδικασίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το διαχωρισμό των ινών του ξύλου:

Μηχανικός πολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μύλοι -ή αλλιώς δισκοτριβείς- κατασκευασμένοι από ενσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου ή οξείδιο του αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άλεση και την πολτοποίηση των ξυλοτεμαχιδίων. Αυτός ο πολτός ονομάζεται μηχανικός πολτός τύπου SGW (stone ground wood pulp). Εάν τα τεμαχίδια ξύλου ατμίζονται υπό πίεση πριν λάβει χώρα η πολτοποίηση, τότε ο πολτός αυτός ονομάζεται μηχανικός πολτός τύπου PGW (pressure ground wood pulp). Τα περισσότερα σύγχρονα εργοστάσια παραγωγής πολτού χρησιμοποιούν μικρά ξυλοτεμαχίδια και όχι κορμοτεμάχια ή μεγάλους κορμούς, ενώ οι χρησιμοποιούμενοι μεταλλικοί δίσκοι που φέρουν αιχμηρές ραβδώσεις, ονομάζονται δισκοτριβείς.

Εάν τα ξυλοτεμαχίδια απλώς πολτοποιούνται μέσω των τριβέων, ο πολτός που παράγεται ονομάζεται μηχανικός πολτός τύπου RMP (refiner mechanical pulp), ενώ αντίθετα, εάν τα ξυλοτεμαχίδια ατμίζονται στον ατμό ταυτόχρονα ενώ πολτοποιούνται, τότε ο πολτός αυτός ονομάζεται θερμομηχανικός πολτός (τύπου TMP, thermomechanical pulp).

Η πρότερη επεξεργασία του ξύλου με ατμό (δηλ. άτμιση υπό πίεση) βοηθά σημαντικά καθώς μειώνει τη συνολική ηλεκτρική ενέργεια που δαπανάται για την παραγωγή του πολτού και ταυτόχρονα μειώνει τις δομικές φθορές στις ίνες, δίνοντας καλύτερης ποιότητας πολτό. Οι μηχανικοί πολτοί αξιοποιούνται κυρίως για προϊόντα που απαιτούν λιγότερη μηχανική αντοχή, όπως λ.χ. χαρτί εφημερίδων και χαρτόνια.

Θερμομηχανικός πολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στάδια της μηχανικής πολτοποίησης[31]

Ο θερμομηχανικός πολτός είναι ο πολτός εκείνος που παράγεται από την επεξεργασία τεμαχιδίων ξύλου χρησιμοποιώντας θερμότητα (εξ ου: " θερμο-") και ταυτόχρονα μηχανική τριβή αποΐνωσης (εξ ου: "-μηχανική"). Είναι βιομηχανική διαδικασία δύο σταδίων, κατά την οποία οι κορμοί, μέσω αποφλοίωσης, χάνουν αρχικά τον φλοιό τους -ο οποίος πρέπει να αφαιρεθεί διότι επιδρά αρνητικότατα- και στη συνέχεια μετατρέπονται σε μικρού μεγέθους ξυλοτεμαχίδια μέσω ειδικών σπαστήρων (chippers). Αυτά τα τσιπ ξύλου έχουν περιεκτικότητα σε υγρασία 25-30%. Κατόπιν εφαρμόζεται στα ξυλοτεμαχίδια μηχανική φόρτιση με ταυτόχρονη δράση σύνθλιψης - τριβής, που παράγει θερμότητα και υδρατμούς με άμεση συνέπεια να μαλακώνει η λιγνίνη και κατά συνέπεια να παράγονται μεμονωμένες ίνες όλες μαζί σε ένα ρευστό διάλυμα. Ο πολτός, ρέοντας κοσκινίζεται και καθαρίζεται από τυχόν ξένες προσμίξεις, ενώ συσσωματώματα ινών που δεν πολτοποιήθηκαν καλά, απομακρύνονται από τον πολτό και υποβάλλονται εκ νέου σε επανεπεξεργασία. Αυτή η παραγωγική διαδικασία δίνει υψηλή απόδοση ινών από το ξύλο (περίπου 95%) και επειδή η λιγνίνη δεν έχει αφαιρεθεί, οι παραγόμενες ίνες -του θερμομηχανικού πολτού- είναι σκληρές και άκαμπτες.[31]

Θερμοχημικομηχανικός πολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα ροκανίδια ξύλου μπορούν να υποβληθούν σε προεπεξεργασία με ανθρακικό νάτριο, υδροξείδιο του νατρίου, θειικό νάτριο και άλλες χημικές ουσίες πριν από τον καθαρισμό με εξοπλισμό παρόμοιο με ένα μηχανικό μύλο. Οι συνθήκες της χημικής επεξεργασίας είναι πολύ λιγότερο έντονες (χαμηλότερη θερμοκρασία, μικρότερος χρόνος, λιγότερο ακραίο pH) απ' ό,τι σε μια διαδικασία χημικής πολτοποίησης, καθώς ο στόχος είναι να γίνουν οι ίνες ευκολότερο να εξευγενιστούν, όχι να αφαιρεθεί η λιγνίνη όπως σε μια πλήρως χημική διαδικασία. Οι πολτοί που παράγονται χρησιμοποιώντας αυτές τις υβριδικές διαδικασίες είναι γνωστοί ως χημικο-θερμομηχανικοί πολτοί (CTMP).

Χημικός πολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εργοστάσιο χαρτοπολτού στη βόρεια Ευρώπη, που παράγει χνουδωτό πολτό για χρήση προϊόντα απορροφητικού χαρτιού, με την τεχνολογία αλκαλικής πολτοποίησης (μέθοδος Kraft).

Ο χημικός πολτός παράγεται με μίξη τεμαχιδίων ξύλου και χημικών ουσιών σε μεγάλα ανοξείδωτα δοχεία που ονομάζονται χωνευτήρια (digesters). Εκεί, σε υψηλή θερμοκρασία (140-160oC)[32] και πίεση, οι χημικές ουσίες διασπούν τη λιγνίνη, η οποία συνδέει τις ίνες κυτταρίνης μεταξύ τους, χωρίς όμως να τις καταστρέφει.

Ο χημικός πολτός χρησιμοποιείται για υλικά που πρέπει να είναι ισχυρότερα ή να συνδυαστούν με μηχανικούς πολτούς ώστε να αποδώσουν ένα προϊόν με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Η μέθοδος Kraft αποτελεί σήμερα την κυρίαρχη τεχνολογική μέθοδο χημικής πολτοποίησης, με δεύτερη, τη θειώδη μέθοδο. Ιστορικά, η μέθοδος της σόδας (βλ. NaOH) ήταν η πρώτη επιτυχημένη μέθοδος χημικής πολτοποίησης που χρησιμοποιήθηκε τον 19ο αιώνα.

Ανακυκλωμένος πολτός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο ανακυκλωμένος πολτός ονομάζεται και απομελανωμένος πολτός (DIP, deinked pulp). Ο πολτός αυτός είναι ανακυκλωμένο χαρτί που έχει υποστεί επεξεργασία με χημικές ουσίες, αφαιρώντας έτσι τα μελάνια εκτύπωσης και άλλα ανεπιθύμητα στοιχεία και απελευθερώνοντας τις ίνες του χαρτιού. Η διαδικασία ονομάζεται απομελάνωση .

Το DIP χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη στη χαρτοποιία . Πολλά χαρτιά εφημερίδας, χαρτί υγείας και χαρτομάντιλο προσώπου συνήθως περιέχουν 100 τοις εκατό απομελανωμένο πολτό και σε πολλές άλλες ποιότητες, όπως ελαφριά επικάλυψη για offset και χαρτιά εκτύπωσης και γραφής για χρήση γραφείου και οικιακής χρήσης, το DIP αποτελεί σημαντικό μέρος της επίπλωσης.

Πολτοποίηση με οργανικούς διαλύτες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η πολτοποίηση με οργανικά (Organosolv) χρησιμοποιεί οργανικούς διαλύτες σε θερμοκρασίες άνω των 140°C για τη διάσπαση της λιγνίνης και των ημικυτταρινών σε διαλυτά κλάσματα. Το υγρό πολτοποίησης ανακτάται εύκολα με απόσταξη. Ο λόγος για τη χρήση ενός διαλύτη είναι να γίνει η λιγνίνη πιο διαλυτή στο υγρό μαλάκωσης. Οι πιο συνηθισμένοι διαλύτες που χρησιμοποιούνται είναι η μεθανόλη, η αιθανόλη, το μυρμηκικό οξύ και το οξικό οξύ συχνά σε συνδυασμό με νερό.

Εναλλακτικές μέθοδοι πολτοποίησης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε εξέλιξη βρίσκεται έρευνα για την ανάπτυξη βιοπολτοποίησης (βιολογική πολτοποίηση), παρόμοια με τη χημική πολτοποίηση, αλλά χρησιμοποιώντας ορισμένα είδη μυκήτων που είναι σε θέση να διασπάσουν την λιγνίνη, αλλά όχι τις ίνες κυτταρίνης. [33]

Στη διαδικασία βιοπολτοποίησης, το μυκητιακό ένζυμο υπεροξειδάση λιγνίνης αφομοιώνει επιλεκτικά τη λιγνίνη για να αφήσει τις εναπομείνασες ίνες κυτταρίνης. Αυτό θα μπορούσε να έχει σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη στη μείωση της ρύπανσης που σχετίζεται με τη χημική πολτοποίηση. Ο πολτός λευκαίνεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διοξειδίου του χλωρίου που ακολουθείται από εξουδετέρωση και υποχλωριώδες ασβέστιο. Ο οξειδωτικός παράγοντας και στις δύο περιπτώσεις οξειδώνει και καταστρέφει τις βαφές που σχηματίζονται από τις ταννίνες του ξύλου και ενισχύονται από τα σουλφίδια που υπάρχουν σε αυτό.

Οι ίνες από θερμαινόμενο ξύλο που εκρήγνυνται με ατμό είναι παλαιά τεχνική πολτοποίησης και εκχύλισης που έχει εφαρμοστεί σε ξύλο και άλλα ινώδη οργανικά υλικά.[34]

Λεύκανση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο πολτός που παράγεται μπορεί να λευκανθεί -αν απαιτείται- για να παραχθεί ένα προϊόν λευκού χαρτιού. Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για τη λεύκανση του πολτού αποτελούν πηγή περιβαλλοντικής ανησυχίας και πρόσφατα η βιομηχανία χαρτοπολτού χρησιμοποιεί εναλλακτικές λύσεις αντί του χλωρίου, όπως το διοξείδιο του χλωρίου, το οξυγόνο, το όζον και το υπεροξείδιο του υδρογόνου.

Εναλλακτικές λύσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο πολτός από φυτικές πηγές μη ξυλώδεις (όχι ξύλου) ή από ανακυκλωμένα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα παρασκευάζεται σήμερα σε μεγάλο βαθμό ως ειδικό προϊόν για λεπτές εκτυπώσεις και καλλιτεχνικούς σκοπούς.[12][35] Κατά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο οι Βρετανοί χρησιμοποιούσαν λερωμένες στρατιωτικές στολές για την κατασκευή χαρτιού όπου εκτύπωναν τα χαρτονομίσματά τους.

Τα σύγχρονα χαρτιά τέχνης από μηχανή και χειροποίητα κατασκευασμένα με βαμβάκι, λινό, κάνναβη, κόζο και άλλες ίνες εκτιμώνται συχνά για τις μακρύτερες, ισχυρότερες ίνες και τη χαμηλότερη περιεκτικότητά τους σε λιγνίνη.

Η λιγνίνη, η οποία υπάρχει σχεδόν σε όλα τα φυτικά υλικά, συμβάλει στην οξίνιση και την τελική διάσπαση των προϊόντων χαρτιού, που συχνά χαρακτηρίζεται από το καφετί χρώματος, εύθραυστο χαρτί -με υψηλή περιεκτικότητα σε λιγνίνη- όπως το χαρτί εφημερίδων. [36][37] 100% καθαρό βαμβάκι ή συνδυασμός βαμβακιού και πολτού λιναριού χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή εγγράφων που προορίζονται για μακροχρόνια χρήση, όπως πιστοποιητικά και διαβατήρια.[38][39][40]

Σήμερα, ορισμένες ομάδες υποστηρίζουν τη χρήση φυτικών ινών ή γεωργικών υπολειμμάτων αντί για ίνες ξύλου ως το πιο βιώσιμο μέσο παραγωγής χάρτου.

Τεράστιες ποσότητες αχύρου υπάρχουν και μπορούν να καλύψουν μεγάλο τμήμα των αναγκών της Βόρειας Αμερικής σε βιβλία, περιοδικά, καταλόγους και χαρτί αντιγραφής. Ο πολτός από άχυρο σίτου και λίνου έχει το μισό οικολογικό αποτύπωμα από τον πολτό που παράγεται από δάση. [41]

Το χαρτί κάνναβης είναι μια πιθανή αντικατάσταση, αλλά η υποδομή επεξεργασίας, το κόστος αποθήκευσης και το χαμηλό ποσοστό χρηστικότητας του φυτού σημαίνει ότι δεν είναι έτοιμο υποκατάστατο. 

Ωστόσο, το ξύλο είναι ο κύριος ανανεώσιμος πόρος, με περίπου το 90 τοις εκατό του πολτού να προέρχεται από φυτείες ή αναδασωμένες περιοχές.[28] Οι πηγές ινών εκτός ξύλου αντιπροσωπεύουν περίπου το 5-10 τοις εκατό της παγκόσμιας παραγωγής χαρτοπολτού, για διάφορους λόγους, όπως π.χ. η εποχιακή διαθεσιμότητα, τα προβλήματα με τη χημική ανάκτηση, η φωτεινότητα του πολτού κ.λπ.[42] [43]

Σύγκριση των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην πολτοποίηση [44]
Συστατικό Ξυλώδης Μη ξυλώδης
Υδατάνθρακες 65–80% 50–80%
– Κυτταρίνη
40–45% 30–45%
– Ημικυτταρίνη
23–35% 20–35%
Λιγνίνη 20–30% 10–25%
Εκχυλίσματα 2–5% 5–15%
Πρωτεΐνες <0,5% 5–10%
Ανόργανες ουσίες 0,1–1% 0,5–10%
– SiO 2
<0,1% 0,5–7%

Περιβαλλοντικά θέματα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά θέματα της παραγωγής ξυλοπολτού προέρχονται είτε από τις επιπτώσεις του στα φυσικά δασικά οικοσυστήματα, είτε από τα απόβλητα της χαρτοβιομηχανίας.

Δασικοί πόροι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο αντίκτυπος της υλοτομίας για πρώτες ύλες για τον ξυλοπολτό είναι ένα πεδίο έντονης συζήτησης και προβληματισμού. Οι σύγχρονες πρακτικές υλοτομίας -για τη διαχείριση των δασών- επιδιώκουν να παρέχουν αξιόπιστη ανανεώσιμη πηγή πρώτων υλών για τα εργοστάσια χαρτοπολτού. Η ακραία πρακτική της αποψιλωτικής υλοτομίας είναι ένα ιδιαίτερα ευαίσθητο θέμα αφού δημιουργεί προβλήματα και κάνει πολύ ορατό το αποτέλεσμα της υλοτόμησης.

Η αναδάσωση, δηλ. η φύτευση δενδρυλλίων σε ήδη υλοτομημένες εκτάσεις, έχει επίσης επικριθεί για τη μείωση της βιοποικιλότητας και επειδή οι αναδασωτέες περιοχές είναι ουσιαστικά μονοκαλλιέργειες. Η υλοτομία σε δάση με ώριμης ηλικίας δασικά δένδρα, αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 10 τοις εκατό του παραγόμενου σήμερα ξυλοπολτού,[28] αλλά και αυτό είναι ένα από τα πιο αμφιλεγόμενα ζητήματα.

Απόβλητα εργοστασίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα υγρά απόβλητα της βιομηχανίας πολτού επεξεργάζονται σε μονάδες βιολογικής επεξεργασίας λυμάτων, η οποία εγγυάται ότι τα λύματα αυτά δεν θα είναι τοξικά.

Ο μηχανικός πολτός δεν αποτελεί σημαντική αιτία περιβαλλοντικής ανησυχίας, καθώς το μεγαλύτερο μέρος του οργανικού υλικού κατακρατείται μέσα στον πολτό και οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται (ήτοι: υπεροξείδιο του υδρογόνου και διθειονίτης νατρίου) παράγουν αρκετά καλοήθη υποπροϊόντα και αντίστοιχα λύματα με νερό και θειικό νάτριο, εν τέλει.

Οι βιομηχανίες χημικού χαρτοπολτού, ιδιαίτερα οι μονάδες χαρτιού kraft, είναι ενεργειακά αυτάρκεις και διαθέτουν έναν σχεδόν κλειστό κύκλο παραγωγής (closed loop), σε σχέση με τις ανόργανες χημικές ουσίες.

Ωστόσο, η λεύκανση του παραχθέντος πολτού με χλώριο ή άλλες συγγενείς ενώσεις του χλωρίου παράγει μεγάλες ποσότητες οργανοχλωρικών ενώσεων, π.χ. πολυχλωριωμένων διβενζο-ρ-διοξινών, και πολυχλωριωμένων διβενζοφουρανίων (PCDD/Fs), γεγονός ιδιαίτερα αρνητικό.[45][46] Πολλά εργοστάσια χαρτοπολτού έχουν ήδη υιοθετήσει εναλλακτικές λύσεις -αντί της χρήσης των χλωριωμένων λευκαντικών παραγόντων- μειώνοντας έτσι ικανοποιητικά τις εκπομπές και την οργανική ρύπανση.[47]

Προβλήματα δυσοσμίας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αντίδραση πολτοποίησης με την αλκαλική μέθοδο kraft δυστυχώς απελευθερώνει δύσοσμες ενώσεις. Το αντιδραστήριο υδρόθειου που ουσιαστικά αποικοδομεί χημικά την ισχυρή φαινολική δομή της λιγνίνης προκαλεί επίσης απομεθυλίωση -σε κάποιο βαθμό- και αυτό οδηγεί στην αρνητική παραγωγή μεθανοθειόλης, διμεθυλοσουλφιδίου και διμεθυλοδισουλφιδίου. Αυτές οι ίδιες ενώσεις απελευθερώνονται και κατά τη διάρκεια πολλών μορφών μικροβιακής αποσύνθεσης, συμπεριλαμβανομένης της εσωτερικής μικροβιακής δράσης στο τυρί καμαμπέρ. Αυτές οι ''δύσκολες'' ενώσεις, παραπροϊόντα της πολτοποίησης, προκαλούν έντονα δυσάρεστες οσμές στο ευρύτερο φυσικό περιβάλλον.

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι χρήσεις του παραγόμενου χαρτοπολτού είναι η παρασκευή πολλών διαφορετικών τύπων χαρτιού και χαρτονιού. Η ειδική εφαρμογή των διαφόρων κλασμάτων χαρτοπολτού εξαρτάται κυρίως από την ποιότητα του χαρτιού που είναι να παραχθεί, λ.χ. δημοσιογραφικό χαρτί, χαρτί περιτυλίγματος, χαρτί υγείας κ.ά. Σημαντικές παράμετροι που επηρεάζουν καθοριστικά την ποιότητά του είναι: το είδος του ξύλου (λ.χ. τα κωνοφόρα είδη είναι μακρύινα), η στιλπνότητα ή φωτεινότητα, το ιξώδες, η περιεκτικότητα σε εκχυλίσματα, η ποσότητα ανόργανων συστατικών και η μηχανική αντοχή.

Τα τελευταία χρόνια, οι υψηλής ποιότητας χημικοί πολτοί χρησιμοποιούνται και για την παραγωγή της νανοκυτταρίνης.[48][49]

Οι ειδικές ποιότητες χαρτοπολτού έχουν πολλές άλλες εφαρμογές. Ο διαλυμένος πολτός αξιοποιείται για την παραγωγή αναγεννημένης κυτταρίνης (βισκόζης) που χρησιμοποιείται για την ειδική παραγωγή κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων και σελοφάν. Χρησιμοποιείται επίσης και για την παραγωγή παραγώγων κυτταρίνης (λ.χ. οξική κυτταρίνη, νιτροκυτταρίνη κ.ά.). Ο λεγόμενος χνουδωτός πολτός (αγγλ. fluff pulp) -που συντίθεται από μακρύινες ίνες έλατου ή ερυθρελάτης ή/και λάρικας και είναι υψηλής καθαρότητας σε κυτταρίνη- χρησιμοποιείται σε απορροφητικές πάνες, χαρτί υγείας, προϊόντα γυναικείας υγιεινής και άλλα μη υφαντά προϊόντα.

Παραγωγή χαρτιού[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η χαρτοποιητική -συνεχούς ροής- μηχανή Fourdrinier που οδήγησε στην εξάπλωση της τεχνολογίας πολτοποίησης από την αρχή του 19ου αιώνα, αποτελεί τη βάση για τις περισσότερες σύγχρονες χαρτοβιομηχανίες και έχει χρησιμοποιηθεί σε αρκετές παραλλαγές από τη αρχική σύλληψή της. Μέσω της μηχανής αυτής ακολουθούνται όλα τα βήματα που απαιτούνται για τη μετατροπή του πολτού σε τελικό προϊόν χαρτιού.

Οικονομική τιμή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 2009, ο λευκασμένος τύπος χαρτοπολτού (κωνοφόρων), ονόματι northern bleached softwood kraft (NBSK), είχε εμπορική τιμή 650 $/τόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Η τιμή αυτή είχε μειωθεί λόγω της πτώσης της ζήτησης όταν οι εφημερίδες γενικότερα μείωσαν το μέγεθός τους, εν μέρει, ως αποτέλεσμα της οικονομικής κρίσης, μετά το 2008.[50]

Τα τελευταία χρόνια, οι τιμές του χαρτοπολτού έχουν αυξηθεί πάρα πολύ. Συγκεκριμένα τον Ιανουάριο 2022, στην Ευρώπη αυτός ο πολτός (NBSK) είχε μια μέση τιμή στα 1.300 $/τόνο.[51]

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Φιλίππου, Ιωάννης (2014). Χημεία και Χημική Τεχνολογία Ξύλου. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γιαχούδη. σελ. 299-353. 
  2. 2,0 2,1 2,2 Hunter, Dard (1943). Papermaking, the history and technique of an ancient craft. Dover. 
  3. Biermann, Christopher J. (1993). Handbook of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-097360-X. 
  4. «Papermaking», Wikipedia, 2020-04-05, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Papermaking&oldid=949334778, ανακτήθηκε στις 2020-04-15 
  5. Spivey, Nigel (November 1987). «J. Swaddling (Ed.), Italian Iron Age Artefacts in the British Museum: Papers of the Sixth British Museum Classical Colloquium. London: British Museum, 1986. Pp x + 483, numerous illus. (incl. pls, text figs). Πρότυπο:Text 0-7141-1274-7.». Journal of Roman Studies 77: 267–268. doi:10.2307/300639. ISSN 0075-4358. 
  6. «El Dialogo en la Historia Hispanoamericana», El diálogo en el español de América (Iberoamericana Vervuert): 71–92, 1998-12-31, doi:10.31819/9783865278364-004, ISBN 978-3-86527-836-4 
  7. 7,0 7,1 «papermaking | Process, History, & Facts». Encyclopedia Britannica (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  8. «Papermaking», Wikipedia, 2020-04-05, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Papermaking&oldid=949334778, ανακτήθηκε στις 2020-04-15 
  9. «Paper machine», Wikipedia, 2020-04-05, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Paper_machine&oldid=949319054, ανακτήθηκε στις 2020-04-15 
  10. Tsien, Tsuen-Hsuin (1985), Paper and Printing, Science and Civilisation in China: Chemistry and Chemical Technology, 5 Part 1, Cambridge University Press, σελ. 4 
  11. 11,0 11,1 Tsien, Tsuen-Hsuin (1985), Paper and Printing, Science and Civilisation in China: Chemistry and Chemical Technology, 5 Part 1, Cambridge University Press, σελ. 56–61 
  12. 12,0 12,1 Bowyer, Jim (19 Αυγούστου 2014). «Tree-free Paper: A Path to Saving Trees and Forests?» (PDF). Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  13. 13,0 13,1 Burger, PeterCharles Fenerty and his Paper Invention. Toronto: Peter Burger, 2007. (ISBN 978-0-9783318-1-8) pp.25–30
  14. Ragnar, Martin; Henriksson, Gunnar; Lindström, Mikael E.; Wimby, Martin; Blechschmidt, Jürgen; Heinemann, Sabine (2014-05-30), «Pulp», Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA): 1–92, doi:10.1002/14356007.a18_545.pub4, ISBN 978-3-527-30673-2 
  15. Leong, Elaine. «An Early Modern DIY Guide to Making Paper». The Recipes Project (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  16. «Jacob Christian Schäffer Issues "The Most Interesting and Rarest Work" on Papermaking : History of Information». www.historyofinformation.com. Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  17. 17,0 17,1 Sjöström, E. (1993). Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. Academic Press. 
  18. Biermann, Christopher J. (1993). Handbook of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-097360-X. 
  19. 19,0 19,1 Biermann, Christopher J. (1993). Handbook of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-097360-X. 
  20. Φιλίππου, Ιωάννης (2014). Χημεία και Χημική Τεχνολογία Ξύλου. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γιαχούδη. σελ. 318. 
  21. History of Paper. indiapapermarket.com
  22. Sixta, Herbert (2006). «Preface». Handbook of Pulp. 1. Wiley-VCH Verlag & Co KGaA. σελ. XXIII. ISBN 3-527-30999-3. 
  23. https://www.statista.com/topics/1701/paper-industry/#dossierKeyfigures
  24. Manthy, Robert S.· James, Lee Morton (1973). Michigan Timber Production: Now and in 1985 (στα Αγγλικά). Michigan State University, Agricultural Experiment Station and Cooperative Extension service. 
  25. «Paper». How Products are Made. 
  26. Geman, Helyette (29 Δεκεμβρίου 2014). Agricultural Finance: From Crops to Land, Water and Infrastructure (στα Αγγλικά). John Wiley & Sons. ISBN 9781118827376. 
  27. Sixta, Herbert, επιμ. (2006). Handbook of pulp. 1. Winheim, Germany: Wiley-VCH. σελ. 9. ISBN 3-527-30997-7. 
  28. 28,0 28,1 28,2 Martin, Sam (2004). «Paper Chase». Ecology Communications, Inc. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 19 Ιουνίου 2007. Ανακτήθηκε στις 21 Σεπτεμβρίου 2007. 
  29. «Certification Tracking products from the forest to the shelf». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 26 Αυγούστου 2007. Ανακτήθηκε στις 21 Σεπτεμβρίου 2007. 
  30. Trees Into Paper. Conservatree. Retrieved on 2017-01-09.
  31. 31,0 31,1 Paperboard the Iggesund Way (Report). https://www.iggesund.com/paperboard-the-iggesund-way.aspx. 
  32. Φιλίππου, Ιωάννης (2014). Χημεία και Χημική Τεχνολογία Ξύλου. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γιαχούδη. σελ. 300. 
  33. Husaini, Ahmad; Fisol, Faisalina Ahmad; Yun, Liew Chia; Hussain, Mohd Hasnain; Muid, Sepiah; Roslan, Hairul Azman (2011). «Lignocellulolytic enzymes produced by tropical white rot fungi during biopulping of Acacia mangium wood chips». J Biochem Tech 3 (2): 245–250. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2017-01-09. https://web.archive.org/web/20170109190045/http://www.jbiochemtech.com/index.php/jbt/article/download/jbt322/83. Ανακτήθηκε στις 2017-01-09. 
  34. Avella, Maurizio; Bozzi, Claudio; Dell'Erba, Ramiro; Focher, Bonaventura; Marzetti, Annamaria; Martuscelli, Ezio (November 1995). «Steam-exploded wheat straw fibres as reinforcing material for polypropylene-based composites. Characterization and properties». Angewandte Makromolekulare Chemie 233 (1): 149–166. doi:10.1002/apmc.1995.052330113. https://books.google.com/books?id=NckXAAAAIAAJ. 
  35. «Laid paper», Wikipedia, 2020-04-08, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laid_paper&oldid=949838937, ανακτήθηκε στις 2020-04-15 
  36. McCrady, Ellen (Νοεμβρίου 1991). «The Nature of Lignin». cool.culturalheritage.org. Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  37. Burge, Daniel M. (2002). «Effects of enclosure papers and paperboards containing lignins on photographic image stability». cool.culturalheritage.org. Ανακτήθηκε στις 15 Απριλίου 2020. 
  38. «Markets». delarue.com. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 13 Μαΐου 2012. Ανακτήθηκε στις 14 Μαρτίου 2022. 
  39. «Banknotes design and production». Bank of Canada. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 16 Δεκεμβρίου 2008. Ανακτήθηκε στις 7 Φεβρουαρίου 2009. 
  40. «How Money is Made – Paper and Ink». Bureau of Engraving and Printing U.S. Department of the Treasury. Ανακτήθηκε στις 14 Ιουλίου 2017. 
  41. «Canopy's Straw Paper Campaign». canopyplanet.org. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 3 Σεπτεμβρίου 2013. 
  42. «Overview of the Wood Pulp Industry». Market Pulp Association. 2007. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 16 Οκτωβρίου 2007. Ανακτήθηκε στις 13 Οκτωβρίου 2007. 
  43. Judt, Manfred (Oct–Dec 2001). «Nonwoody Plant Fibre Pulps». Inpaper International. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-11-20. https://web.archive.org/web/20071120134225/http://www.inpaper.com/magzines/inpaper/oct-dec-y1k/analysis-4.htm. Ανακτήθηκε στις 2007-10-07. 
  44. Stenius, Per (2000). «1». PForest Products Chemistry. Papermaking Science and Technology. 3. Finland: Fapet Oy. σελ. 29. ISBN 952-5216-03-9. 
  45. Hoffman, E., Alimohammadi, M., Lyons, J., Davis, E., Walker, T. R., & Lake, C. B. (2019). Characterization and spatial distribution of organic-contaminated sediment derived from historical industrial effluents. Environmental monitoring and assessment, 191(9), 590. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-019-7763-y
  46. Effluents from Pulp Mills using Bleaching – PSL1. Health Canada. 1991. ISBN 0-662-18734-2. Ανακτήθηκε στις 21 Σεπτεμβρίου 2007. 
  47. Auer, M.R. (2010). Better science and worse diplomacy: Negotiating the cleanup of the Swedish and Finnish pulp and paper industry. International environmental agreements, 10(1), 65–84. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10784-009-9112-z. Retrieved 2020-12-09.
  48. https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-020-03428-8
  49. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/gc/c9gc01490j
  50. Lefebrvre, Paul (4 Φεβρουαρίου 2009). Wood products market looks soft. The Chronicle. 
  51. «SCA to increase NBSK price». SCA. Ανακτήθηκε στις 12 Μαρτίου 2022. 

Βιβλιογραφία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]