Xu thế bao bì xanh: Giấy bã mía

Một xu thế mới trong sản xuất bao bì xanh hiện nay là sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo, nói một cách đơn giản là sử dụng các nguồn vật liệu có thể hồi phục trong thời gian ngắn và kịp thời đáp ứng cho nhu cầu sản xuất. Một trong số những nguồn tài nguyên tái tạo tối ưu nhất là tận dụng các chất thải nông nghiệp, không chỉ cung cấp vật liệu cho ngành sản xuất, việc tái chế các chất thải nông nghiệp còn giúp giảm thiểu khối lượng rác thải. Hãy cũng tìm hiểu một trong những phương pháp tái chế nguồn tài nguyên này: Giấy bã mía.

Sơ lược về bã mía

Nguồn nguyên liệu

Như đã biết, Mía là một trong những nguyên liệu chính trong sản xuất đường. Bã mía là sản phẩm phụ của các nhà máy đường và là nguyên liệu để làm giấy với các đặc tính riêng. Ở Brazil – vựa mía của thế giới, phụ phẩm xenlulo tính theo sản lượng lớn nhất chính là bã mía. Vụ thu hoạch 2015/2016 đã chế biến hơn 650 triệu tấn, tạo ra khoảng 165 triệu tấn bã mía với 50% độ ẩm. Nhiều nghiên cứu đã được phát triển để sản xuất giấy từ các nguồn xenlulo hằng năm này. Mặc dù Brazil chỉ có một số nhà máy sản xuất giấy bã mía công nghiệp, nhưng trên thế giới hiện có khoảng 30 quốc gia sản xuất giấy từ bã mía thải ra, tương ứng với thị trường trên 10 tỷ USD. Hiện tại, 2 đến 5% sản lượng giấy và bột giấy toàn cầu sử dụng bã mía làm thành phần xenlulô.

Đặc tính của sợi bã mía

Bã mía là một nguyên liệu thô tốt để sản xuất giấy sau khi khử men. Bã mía là một loại sợi cỏ, dễ nấu và tẩy trắng, cần ít hóa chất xử lý hơn. Tuy hàm lượng silic cao hơn gỗ nhưng lại thấp hơn các vật liệu sợi cỏ khác. Do đó, công nghệ và thiết bị của quy trình nghiền bã mía và xử lý hóa học nhanh chóng và đơn giản hơn so với các nguyên liệu sợi cỏ khác.

Nghiên cứu cho thấy các loại mía khác nhau có hình dạng cấu tạo sợi khác nhau, khu vực trồng, điều kiện khí hậu và thời kỳ sinh trưởng cũng có thể gây ra các hình thái khác nhau của sợi xơ. Nói chung, chiều dài của sợi mía là 1,0 đến 2,0 mm, chiều rộng là 14 đến 28 µm, tỉ lệ giữa các khoang và vách trong cấu trúc sợi rất nhỏ hơn 1, có sự khác biệt về tính chất giữa sợi có tỉ lệ lớn, trung bình và nhỏ.

So với sợi gỗ, chiều dài của sợi bã mía chỉ bằng một nửa so với của gỗ mềm, về cơ bản là ngang bằng hoặc thậm chí tốt hơn so với gỗ cứng. Chiều rộng nhỏ hơn của gỗ mềm nhưng tương tự như của sợi gỗ cứng. Tỷ lệ chiều dài tương tự như tỷ lệ của hầu hết các sợi gỗ. Trong số các loại nguyên liệu sợi thô, chiều dài của sợi bã mía tương đối dài, chiều rộng lớn hơn nhiều so với các loại khác, tỷ lệ giữa vách và khoang sợi là nhỏ nhất trong các loại nguyên liệu. Nói chung, khi chiều dài sợi nhỏ, nó sẽ mất giá trị làm giấy do không có tính đan xen và giảm độ bền giấy. Khi tỉ lệ khoang-vách của sợi lớn hơn 1, sợi sẽ cứng hơn.

Không có mô tả ảnh.

Vòng đời của bã mía trong sản xuất đường và giấy

Quy trình sản xuất giấy bã mía

Chuẩn bị nguyên liệu

Sau quá trình chắt ép nước làm nguyên liệu sản xuất đường, khoảng 50% bã mía sẽ được sử dụng để sản xuất giấy. Vì một số thành phần trong lõi mía (các tế bào tủy) không có lực đan xen nên cần được loại bỏ trước khi nghiền. Đây là lý do cần thiết phải xử lý nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. Quá trình này thường diễn ra ở nhà máy đường bao gồm bước chiết xuất bán khô: bã mía sẽ được sấy ở nhiệt độ 50°C với luồng khí lưu thông cho đến khi độ ẩm còn xấp xỉ 10% khối lượng. Sau đó, sản phẩm mới được đóng gói và vận chuyển đến nhà máy giấy. Tại đây, các máy khử gôm được sử dụng để thực hiện quá trình tinh luyện khô.

Quy trình sản xuất giấy từ cây mía

Nghiền bột giấy từ bã mía

Quá trình nghiền bột giấy bao gồm nấu → rửa → sàng lọc → tẩy trắng. Thiết bị nấu thông thường nhất trong quá trình nghiền bã mía là lò nung. Vì bã mía tương đối dễ nấu nên các doanh nghiệp quy mô nhỏ sử dụng lò nung dạng quay để nấu vì ưu điểm là đầu tư thấp, vận hành đơn giản và tính linh hoạt cao. Các phản ứng nghiền bột được thực hiện trong lò ở 160°C trong 120 phút với mức gia nhiệt 2.5 °C.min-1. Sau đó lò được dập tắt bằng nước lạnh để ngừng các phản ứng.

Đối với sản xuất bột giấy bã mía hiện đại, quy trình nấu bột giấy sử dụng phương pháp nghiền bột soda và thổi lạnh. Thiết bị nấu sử dụng lò nung liên tục dạng ống ngang với các ưu điểm vượt trội hơn:

  • Thời gian nấu ngắn, ít tiêu thụ kiềm và hơi nước; năng suất bột giấy cao (năng suất tăng trung bình 5% so với các loại xơ khác).
  • Tỷ lệ bột gỗ có thể được giảm bớt; Thiết kế hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành và quản lý;
  • Toàn bộ hệ thống được điều khiển tập trung, áp dụng phương pháp điều khiển tiên tiến và đáng tin cậy, và thiết bị được vận hành một cách an toàn. Bảo trì ít hơn và chi phí lao động thấp; thích hợp cho sản xuất giấy và bột giấy quy mô lớn từ bã mía.
  • Việc sử dụng phương pháp thổi lạnh có thể làm giảm hư hỏng sợi xơ, độ bền của bột giấy cao và có lợi cho việc thu hồi nhiệt. Vì bã mía có khối lượng riêng nhẹ, khả năng nén lớn, dễ tạo hình và khả năng thấm hút chất lỏng mạnh nên thiết bị nấu liên tục tương đối phù hợp.

Sau thời gian phản ứng, lò nung được làm nguội bằng nước lạnh để kết thúc các phản ứng. Bột giấy được làm rã trong 3 phút để tách dung dịch cồn đen (black liquor), sau đó được lọc và rửa bằng nước cho đến khi trung tính. Thiết bị được sử dụng phổ biến nhất cho quá trình rửa bột giấy là máy rửa trống chân không. Do chi phí vận hành thấp, vận hành đơn giản và tỷ lệ chiết xuất cồn đen cao, rất nhiều nhà máy sản xuất bột giấy sử dụng thiết bị này để rửa bột giấy.

Trước đây, hệ thống sàng lọc truyền thống là hệ thống sàng lọc mở nồng độ thấp với nồng độ sàng lọc từ 0,8-1,0%. Lượng nước tiêu thụ trên một tấn bột giấy lên đến 100m³ và lượng nước thải thải ra là 75m³, điều này trực tiếp làm tăng chi phí sản xuất. Ngày nay, để thay đổi tình trạng tiêu thụ nước lớn, hệ thống sàng lọc cồng kềnh, chất lượng sản phẩm sau sàng lọc kém, lượng nước thải lớn và khó xử lý, các nhà máy áp dụng hệ thống sàng lọc khép kín nồng độ trung bình.

Sau quá trình nghiền bột, các vật liệu vẫn có màu nâu nhạt do thành phần lignin còn sót lại. Vì vậy, công đoạn tẩy trắng được tiến hành. Bột giấy bằng bã mía dễ tẩy trắng hơn so với các loại khác. Quá trình tẩy trắng được thực hiện trong một lò phản ứng thủy tinh được đun nóng cách thủy ở 70°C và được khuấy liên tục. Quá trình được thực hiện qua ba bước trong vòng 60 phút: bước đầu tiên với 7,2 g natri clorit, 2 mL axit axetic và 640 ml nước cất cho 20 g xenlulo chưa tẩy; ở bước thứ hai và thứ ba, 0,75 g natri clorit và 0,25 mL axit axetic được thêm vào dung dịch huyền phù trước đó. Sau quá trình tẩy, bột giấy được lọc và rửa kỹ bằng nước lạnh và cuối cùng với một lượng nhỏ metanol để loại bỏ thuốc thử tẩy trắng còn sót lại và từ đó bột giấy đã tẩy trắng được thu hồi. Phương pháp tẩy trắng ba giai đoạn CEH thông thường có thể tẩy trắng bột bã mía đạt đến 80% ISO, vì vậy thường được các nhà máy sản xuất bột bã mía lâu năm sử dụng.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các hợp chất clo hữu cơ như dioxin trong chất lỏng thải ra từ quá trình tẩy đã được quốc tế xác nhận rằng có thể gây ung thư. Áp lực về môi trường trong việc sử dụng quy trình tẩy trắng ba giai đoạn CEH tương đối cao, sớm hay muộn, phương pháp tẩy trắng ít sử dụng clo hoặc thậm chí không chứa clo sẽ được áp dụng rộng rãi.

Thu hồi kiềm

Các hệ thống thu hồi kiềm thông thường sử dụng các kỹ thuật bay hơi, đốt cháy, xút hóa để xử lý dung dịch cồn đen, tái chế hóa chất và thu hồi nhiệt. Nhược điểm là quy mô tương đối nhỏ (không phù hợp với các nhà máy sản xuất bột giấy có quy mô sản xuất hàng năm trên 50.000 tấn), độ khô của bùn trắng tạo ra thấp (khoảng 40%).

Sản xuất giấy bã mía

Bã mía là một dạng sợi ngắn, độ xé thấp và có tính chất tương tự như bột gỗ cứng. Đối với việc sản xuất hầu hết các loại giấy và bìa, bột giấy bã mía gần như có thể thay thế hoàn toàn bột gỗ cứng. Sau khi trộn với một lượng sợi xơ dài nhất định, bột bã mía đã tẩy trắng có thể được sử dụng để làm nhiều loại giấy gia dụng và mỹ thuật cao cấp, chẳng hạn như giấy tráng phủ trắng, giấy sao chép, giấy keo hai mặt, giấy vệ sinh cao cấp , khăn ăn, v.v… Sử dụng quy trình sản xuất giấy phù hợp, bạn thậm chí có thể làm giấy đế đồng và giấy in báo chất lượng cao.

Không có mô tả ảnh.

Nhãn mác được làm từ giấy bã mía

Ưu điểm của sản xuất giấy từ bã mía

Ưu điểm lớn nhất của việc sản xuất giấy và bột giấy từ bã mía đó là giảm tác động xấu đến môi trường và giảm lãng phí.

“Không có thứ gì là phế thải, chỉ có sử dụng không đúng chỗ”.

Sử dụng nguồn tài nguyên tái sinh và tái chế chất thải: Bã mía là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất đường, và được xem như chất thải. Bã mía trước đây được dùng làm nhiên liệu đốt, so với ứng dụng đó, việc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy thì giá trị sử dụng tăng gấp 3 đến 5 lần.

Thay thế bột gỗ = Bảo vệ tài nguyên rừng:  Khi được sử dụng làm nguyên liệu thô sản xuất giấy, mỗi tấn bã mía có thể thay thế 0,5 – 0,8m³ nguyên liệu làm giấy. Bạn có thể giảm lượng gỗ sử dụng bằng cách tận dụng bã mía làm nguyên liệu cho giấy.

– Giảm CO2 và tiết kiệm năng lượng: Người ta ước tính rằng lượng khí thải CO2 có thể giảm khoảng 179kg cho mỗi tấn bột giấy được sản xuất theo cách này.

 

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *