Sulfatverfahren
Hackschnitzel werden in einer heißen Lösung aus Natronlauge und Natriumsulfid gekocht. Das Lignin zerfällt und löst sich, die Cellulosefasern bleiben übrig. Das Ergebnis ist fester brauner Zellstoff, etwa für Kraftpapier und Karton.
Die Kochlauge (Weißlauge) enthält NaOH und Na2S; gekocht wird bei etwa 160-170 °C. Hydrogensulfid-Ionen beschleunigen die Spaltung der β-O-4-Bindungen in phenolischen Ligninstrukturen, sodass die Delignifizierung schneller verläuft und die Kohlenhydrate weniger geschädigt werden als in reiner Natronlauge. Die Ausbeute an Zellstoff beträgt etwa die Hälfte der Holzmasse; verloren gehen Lignin, ein Großteil der Hemicellulosen, die Extraktstoffe und etwas Cellulose.
Chemikalienrückgewinnung
Ein Werk wirft seine Chemikalien nicht weg, sondern führt sie im Kreislauf. Die verbrauchte Schwarzlauge wird eingedickt und verbrannt. Das gelöste Lignin liefert beim Verbrennen Dampf und Strom, und der mineralische Teil wird wieder zu Kochlauge.
Die Schwarzlauge wird eingedampft und im Laugenrückgewinnungskessel verbrannt: Der organische Anteil liefert Energie, und die Natriumsalze verlassen den Kessel als Schmelze aus Na2CO3 und Na2S (Natriumsulfat wird dabei zu Sulfid reduziert). Die Schmelze wird zu Grünlauge gelöst und mit Kalk kaustifiziert: Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2 NaOH + CaCO3. Der entstehende Kalkschlamm wird im Kalkofen wieder zu CaO gebrannt.
Sulfitverfahren und Bleiche
Es gibt auch das Sulfitverfahren, meist ein saurer Aufschluss. Sein Zellstoff ist heller, aber weniger fest. Damit Papier weiß wird, entfernt man das restliche Lignin durch Bleichen. Früher bleichte man mit Chlor, heute mit Chlordioxid, Sauerstoff, Peroxid und Ozon.
Beim Sulfitverfahren werden Lösungen von Sulfiten und Hydrogensulfiten (von Calcium, Magnesium, Natrium oder Ammonium) eingesetzt; das Lignin wird sulfoniert und geht als Ligninsulfonate in Lösung. Die Bleiche verläuft in mehreren Stufen: Die Industrie ist vom elementaren Chlor zur ECF-Bleiche (Chlordioxid) und zur TCF-Bleiche ohne Chlorverbindungen (Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon) übergegangen.
Hydrolyse und Biokraftstoffe
Zerlegt man Cellulose und Hemicellulosen in Zucker, kann man sie vergären. So entstehen Futterhefe und Ethanol. Das ist schwieriger als bei Stärke, weil Lignin und die dichte Packung der Cellulose im Wege stehen.
Die saure Hydrolyse von Holz mit verdünnten oder konzentrierten Säuren war die Grundlage der Holzverzuckerungsindustrie (Futterhefe, Ethanol, Furfural, Xylit). Die enzymatische Hydrolyse mit Cellulasen erfordert eine Vorbehandlung, die die Zellwand aufschließt: Dampfexplosion, saure, alkalische oder Organosolv-Vorbehandlung.
Pyrolyse und Holzwerkstoffe
Erhitzt man Holz ohne Luft, zerfällt es in Holzkohle, Flüssigkeit und Gas. Auf diese Weise wird aus Birkenrinde Birkenteer destilliert. Holzwerkstoffe wie Spanplatte, Sperrholz und OSB werden mit Kunstharzen verklebt, um die es im Polymerteil geht.
Bei der Pyrolyse zersetzen sich Hemicellulosen bei niedrigeren Temperaturen als Cellulose, Lignin über den breitesten Bereich. Die Holzverkohlung liefert Holzkohle und flüssige Produkte (Holzessig mit Essigsäure und Methanol, Teere); die trockene Destillation von Birkenrinde ergibt Birkenteer, die Schnellpyrolyse Bioöl. Sperrholz und Platten werden mit Harnstoff-Formaldehyd-, Melamin-Formaldehyd- und Phenol-Formaldehyd-Harzen sowie Isocyanat-Bindemitteln (pMDI) verklebt.
Wichtige Fakten
- Weißlauge
- NaOH + Na2S
- Kochtemperatur
- etwa 160-170 °C
- Zellstoffausbeute
- etwa die Hälfte
- Kaustifizierung
- Na2CO3 + Ca(OH)2
- Bleiche
- ECF und TCF
- Birkenteer
- trockene Destillation der Rinde
Quellen zu diesem Kapitel
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Ek M., Gellerstedt G., Henriksson G. (eds.) Wood Chemistry and Wood Biotechnology. Pulp and Paper Chemistry and Technology, vol. 1. Berlin: De Gruyter, 2009.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Лукаш А.А. Химия древесины: учебное пособие для вузов. СПб.: Лань, 2025. 129 с.