Cellulase für Zellstoff und Papier — Faseraufbereitung, verbesserte Entwässerbarkeit und Altpapierverarbeitung

Verbessern Sie die Entwässerbarkeit des Zellstoffs, senken Sie den Mahlenergiebedarf und steigern Sie die Altpapierqualität durch gezielte Cellulase-Enzymbehandlung in der Zellstoffaufbereitung und im Papiermaschinenbetrieb.

Short answer

In Zellstoff und Papier ist Cellulase ein Werkzeug zur Oberflächenmodifikation, kein faserzerstörendes Mittel. Die kontrollierte Hydrolyse der äußeren Faserschicht erhöht die Entwässerungsrate, senkt den zur Erreichung des Zielmahlgrads benötigten Mahlenergiebedarf und verbessert den Maschinenlauf von Altfasern — wobei der Festigkeitserhalt bei jedem Schritt gegen eine unbehandelte Kontrolle gemessen wird.

Cellulase-Enzym wird seit Jahrzehnten in der Zellstoff- und Papierherstellung eingesetzt — nicht als faserzerstörendes Mittel, sondern als Präzisionswerkzeug für eine kontrollierte Oberflächenmodifikation der Fasern, die zentrale papiertechnische Leistungsparameter verbessert. Die Anwendungen erstrecken sich über drei unterschiedliche Wertschöpfungsbereiche: verbesserte Entwässerbarkeit bei chemischem Zellstoff, reduzierter Mahlenergiebedarf bei der mechanischen Zellstoffaufbereitung und verbesserte Altpapierqualität bei der Papierrecyclingverarbeitung. In allen drei Fällen ist der Mechanismus derselbe — eine gezielte Hydrolyse der äußersten Cellulose-Schicht an Faseroberflächen und an Faser-zu-Faser-Bindungspunkten —, das Ergebnis unterscheidet sich jedoch je nach Anwendung. Bei gebleichtem Kraftzellstoff (BKP) modifiziert eine Cellulase-Enzymbehandlung des Zellstoffs vor oder während der Mahlung die Faseroberfläche, um die Entwässerungsrate (Schopper-Riegler-Entwässerbarkeit) zu verbessern, ohne einen entsprechenden Verlust der Reißfestigkeit. Dies ermöglicht es Papiermaschinen, mit höherer Geschwindigkeit oder höherem Flächengewicht ohne Formationsprobleme zu laufen, und kann energieintensive mechanische Mahlung teilweise ersetzen. Bei der Altpapierverarbeitung enthält der Zellstoff aus Altpapier einen Anteil an Feinstoff — sehr kurzen Faserfragmenten —, der die Entwässerung verringert und Probleme in der Nasspartie-Chemie der Papiermaschine verursacht. Die Cellulase-Enzymbehandlung modifiziert selektiv die Oberfläche dieser Feinstoffe und entfernt teilweise die problematischsten ultrakurzen Fragmente, was die Entwässerungsrate verbessert und den zur Erreichung des Zielmahlgrads erforderlichen Mahlenergiebedarf des Altpapiers senkt. Bei Zeitungsdruckpapier und Tissue aus Altpapier kann eine Cellulase-Behandlung in der Zellstoffaufbereitung die Maschinengeschwindigkeit erhöhen, den Siebverschleiß verringern und den Energieverbrauch um 5–15 % pro Tonne verarbeitetem Zellstoff senken. Cellulase-Enzym für Zellstoff und Papier wird bei pH 4,5–6,0 und 45–60 °C eingesetzt, wobei die Dosierung werksspezifisch am ofentrockenen Zellstoffdurchsatz und einer Kontaktzeit von 30–120 Minuten ausgerichtet wird, bevor der Stoff zur Papiermaschine oder Mahlstufe weitergeleitet wird. Für Prozessingenieure und Einkaufsteams in Werken sind die entscheidenden Leistungskennzahlen die Entwässerungsverbesserung (Anstieg des Mahlgrads in mL CSF oder SR-Einheiten), der Festigkeitserhalt (Zugfestigkeitsindex in Prozent gegenüber unbehandelter Kontrolle) sowie die Mahlenergieeinsparung (kWh/Tonne), die vor der Produktionsumsetzung im Labor- oder Pilotmaßstab validiert wird.

Updated 2026-07-31 · cellulase

Anwendungen

Verbesserung der Entwässerbarkeit von gebleichtem Kraftzellstoff vor der Papiermaschine

Gebleichter Kraftzellstoff, der übermäßig gemahlen oder während der Verarbeitung geschädigt wurde, kann eine geringe Entwässerungsrate aufweisen, was zu Retentionsproblemen in der Nasspartie und Geschwindigkeitsbegrenzungen an der Papiermaschine führt. Cellulase-Enzym in der werksspezifischen Dosierung, pH 5,0–5,5, 50–55 °C, für 30–60 Minuten verbessert die CSF-Entwässerungsrate um 50–150 mL ohne entsprechenden Verlust der Reißfestigkeit und ermöglicht so einen Betrieb der Papiermaschine mit höherer Geschwindigkeit oder geringerer Schwankung des Flächengewichts. Die Behandlung erfolgt im Maschinenbütte oder Stoffverdünnungstank vor dem Stoffauflauf der Papiermaschine.

Verbesserte Entwässerbarkeit von Altfasern bei Wellpappenrohpapier und Zeitungsdruckpapier

Altfaserstoff aus gebrauchten Wellpappekartonagen (OCC) und gemischtem Büroabfall (MOW) enthält langsam entwässernde, hornifizierte Fasern sowie angesammelten Feinstoff, der die Entwässerungsrate verringert und eine energieintensive Mahlung zum Erreichen des Zielmahlgrads erfordert. Cellulase-Enzym in der werksspezifischen Dosierung, pH 4,5–5,5, 50–55 °C, für 45–90 Minuten verbessert die CSF-Entwässerung um 100–200 mL gegenüber der unbehandelten Kontrolle, senkt den zur Erreichung des Zielmahlgrads benötigten Mahlenergiebedarf um 15–25 % und verbessert die Nasspartieleistung der Papiermaschine bei der Produktion von altfaserbasiertem Wellpappenrohpapier und Zeitungsdruckpapier.

Senkung des Mahlenergiebedarfs bei mechanischem Zellstoff

Die Produktion von mechanischem Zellstoff — thermomechanischer Zellstoff (TMP) und chemisch-thermomechanischer Zellstoff (CTMP) — ist äußerst energieintensiv und benötigt 1.500–3.000 kWh/Tonne bei der Mahlung. Eine Cellulase-Enzym-Vorbehandlung von Holzschnitzeln oder grobem mechanischem Zellstoff bei pH 4,5–5,5 und 50–60 °C für 60–120 Minuten weicht die Zellwandstruktur der Fasern teilweise auf und reduziert so den mechanischen Energiebedarf für Faserauflösung und Fibrillierung im Refiner. Energieeinsparungen von 5–15 % pro Tonne wurden im Labormaßstab nachgewiesen; Ergebnisse im Werksmaßstab hängen von Holzart, Refinerkonstruktion und angestrebter Zellstoffqualität ab.

Verbesserung von Deinking und Altfaserqualität für Tissue und Druckpapier

Beim Deinking von Altpapier für Tissue und Druckpapier-Altfaserproduktion verringern an Faseroberflächen anhaftende und im Fasernetzwerk eingeschlossene Resttintenpartikel die Helligkeit und verursachen Qualitätsschwankungen bei fertigem Tissue und Papier. Eine Cellulase-Enzymbehandlung in der werksspezifischen Dosierung während oder nach dem Flotations-Deinking bei pH 5,0–5,5 und 50 °C für 30–60 Minuten modifiziert selektiv die Faseroberfläche, um die Freisetzung von Resttintenpartikeln zu unterstützen und die Flotationseffizienz zu verbessern — sie trägt so zur Helligkeitsverbesserung und Faserqualitätssteigerung bei aus Deinking-Zellstoff hergestelltem Tissue bei.

Produktspezifikationen

Parameter	Wert
Aktivitätsbereich	Mehrere Qualitäten (Pulver & Flüssigkeit)
Optimaler pH-Wert	4,0 – 6,0
Optimale Temperatur	45 °C – 60 °C
Form	Hellbraunes bis braunes Pulver oder Flüssigkeit
Haltbarkeit	12 Monate (versiegelt, kühl, trocken gelagert)
Verpackung	25-kg-Fässer (Pulver) / 30-kg-Kanister (Flüssigkeit)

Häufig gestellte Fragen

Wie verbessert Cellulase-Enzym die Entwässerbarkeit, ohne die Papierfestigkeit zu verringern?

Der Schlüssel zur vorteilhaften Wirkung von Cellulase auf die Entwässerbarkeit ohne Festigkeitsverlust liegt in ihrer selektiven Wirkung auf die äußersten freiliegenden Cellulose-Mikrofibrillen an der Faseroberfläche sowie auf die ultrafeinen Faserfragmente (Feinstoff), die am stärksten zum Entwässerungswiderstand beitragen. Durch die Modifikation der Oberfläche gequollener, fibrillierter Fasern und den teilweisen Abbau der entwässerungshemmendsten Feinstoffe reduziert Cellulase den spezifischen Filtrationswiderstand des Fasernetzwerks, ohne den Hauptfaserkörper zu hydrolysieren, der für Zug- und Reißfestigkeit verantwortlich ist. Die entscheidende Stellgröße ist die Dosis — eine zu niedrige Dosis liefert eine unzureichende Entwässerungsverbesserung, eine zu hohe Dosis beginnt den Faserkörper anzugreifen und mindert die Festigkeit. Das praktische Dosierfenster, in dem sich die Entwässerung verbessert, ohne dass ein nennenswerter Festigkeitsverlust eintritt, wird vor der Produktionsumsetzung im Labormaßstab validiert.

Welche Mahlenergieeinsparungen sind bei einer Cellulase-Behandlung zu erwarten?

Die berichteten Energieeinsparungen durch eine Cellulase-Vorbehandlung bei der Zellstoffmahlung variieren je nach Anwendung. Bei der Verbesserung der Entwässerbarkeit von Altfasern in Wellpappenrohpapier liegt der indirekte Energienutzen durch reduzierte Mahlung zum Erreichen des Zielmahlgrads typischerweise bei 15–25 % der elektrischen Mahlenergie für diesen Stoffanteil. Bei mechanischem Zellstoff mit enzymatischer Vorbehandlung wurden in Laborstudien direkte Mahlenergieeinsparungen von 5–15 % pro Tonne berichtet, wobei Ergebnisse im Werksmaßstab je nach Holzart, angestrebter Zellstoffqualität und Refinerkonfiguration von moderat bis erheblich reichen. Vor einer Beschaffungsentscheidung im Produktionsmaßstab auf Basis von Energieeinsparungsberechnungen wird eine werksseitige Validierung im Rahmen eines definierten Pilotprogramms empfohlen.

Wie wird Cellulase-Enzym in einem Papierwerk eingesetzt? Ist es mit der Nasspartie-Chemie kompatibel?

Cellulase-Enzym für Zellstoff und Papier wird typischerweise als verdünnte wässrige Lösung dem Stoff im Maschinenbütte, Mischbütte oder einem eigenen Vorbehandlungsbehälter vor der Papiermaschine zugesetzt. Der Enzymkontakt wird bei pH 4,5–5,5 und 45–55 °C für 30–120 Minuten gesteuert, bevor der Stoff weiterläuft. Nach Ablauf der Kontaktzeit wird das Enzym durch die alkalische Retentionschemie und Temperaturführung der Papiermaschine verdünnt und weitgehend inaktiviert. Cellulase ist im Allgemeinen mit der Standard-Nasspartie-Chemie kompatibel — Stärke, Retentionsmittel und Leimung —, die spezifische Kompatibilität sollte jedoch mit dem Nasspartie-Chemielieferanten des Werks abgestimmt werden. Vermeiden Sie die gleichzeitige Zugabe von Cellulase mit stark kationischen Polymeren, die das Enzym binden und inaktivieren können.

Welcher Cellulase-Aktivitätsgrad eignet sich für Zellstoff- und Papieranwendungen?

Die Auswahl des Aktivitätsgrads für Zellstoff und Papier hängt von der Zielanwendung und der verfügbaren Kontaktzeit ab. Für die Verbesserung der Entwässerbarkeit mit 30–60 Minuten Kontaktzeit liefert eine höher konzentrierte Qualität die Zieldosis bei einer relativ geringen zugesetzten Enzymmasse — wichtig, um die Enzymproteinzugabe zum Stoff zu minimieren. Bei Anwendungen mit längeren Kontaktzeiten (60–120 Minuten in einem Vorbehandlungsbehälter) ist auch eine niedriger konzentrierte Qualität bei proportional höherer Massendosierung wirksam. Die praktische Empfehlung lautet, die Spezifikation an der Zieldosis pro Tonne Trockenzellstoff und der verfügbaren Kontaktzeit auszurichten und dann den Aktivitätsgrad zu wählen, der diese Dosis in einem für das Dosiersystem des Werks praktikablen Flüssigvolumen liefert.

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