Projekt 25087/01

Reduzierung von Energieverbrauch und Emissionen eines Massenentsäuerungsverfahrens für Bücher

Projektträger

ZFB Zentrum für Bucherhaltung GmbH
Mommsenstr. 7
04329 Leipzig
Telefon: 0341/2598913

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mit dem papersave®-Massenentsäuerungsverfahren der ZFB Zentrum für Bucherhaltung GmbH
lassen sich Bücher, Akten und andere Papiere, die durch Säurefraß geschädigt sind, in industriellem Maßstab neutralisieren und mit einer alkalischen Reserve versehen. Dazu werden die im Vakuum vorgetrockneten Bücher mit einer Lösung von Magnesiumethanolat und Titanethanolat in einem unpolaren Solvens getränkt und anschließend mit feuchter Warmluft behandelt. Bei dieser Nachbehandlung entsteht im Papier durch Hydrolyse der Alkoholate alkalisches Magnesiumhydroxid und die Bücher werden wieder auf ihren ursprünglichen Feuchtegehalt gebracht (Rekonditionierung). Dieser letzte Prozessschritt soll nun von einem energetisch ineffizienten Durchströmverfahren auf zwei separate energiesparende Kreislaufverfahren umgestellt werden, um den Stromverbrauch des Verfahrens stark zu reduzieren, die Prozesszeit zu verkürzen und die Qualität des Entsäuerungsergebnisses zu erhöhen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wird eine Reihe von Laborversuchen durchgeführt, wobei zuerst die bisher in der Literatur kaum beschriebene Aufnahme von Wasserdampf durch trockene Bücher unter Variation verschiedener Parameter wie Luftfeuchte, Temperatur etc. untersucht werden. Die Wasseraufnahme wird dabei durch Wiegen und Feuchtigkeitsmessungen verfolgt. Dann werden Versuche zur Hydrolyse von Magnesiumethanolat-Titanethanolat in Büchern durchgeführt, wobei verschiedener Messgrößen aufgenommen werden, vor allem der zeitliche Verlauf des Alkoholgehaltes der Atmosphäre. Außerdem werden verschiedene Methoden zur Luftbefeuchtung auf ihre Eignung für das Verfahren geprüft und Versuche zu unterschiedlichen Varianten der Prozesssteuerung durchgeführt, wobei sowohl ein niedriger Energieverbrauch durch die zyklische Prozessführung (Wechsel von Befeuchtungs- und Evakuierungsschritten) als auch eine kurze Prozesszeit angestrebt werden. Für all diese Experimente muss ein geeigneter Versuchsstand aufgebaut werden. Daran schließt sich eine Technikumsphase an, in der die in der Laborphase gewonnenen Erkenntnisse in größerem Maßstab umgesetzt werden. Im Mittelpunkt stehen hier Tests zur Regel- und Steuertechnik inklusive Auswahl der geeigneten Sensoren sowie die Untersuchung strömungsmechanischer Fragestellungen. In den letzten Projektphasen wird dann eine Pilotanlage für das verbesserte Verfahren geplant, das Material beschafft, die Anlage gebaut und schließlich das neue Verfahren gestartet und eingefahren.


Ergebnisse und Diskussion

Umfangreichen Labor- und Technikumsversuche zur Hydrolyse und Rekonditionierung der Bücher haben ergeben, dass die geplante zyklische Prozessfahrweise in einer geschlossenen Kammer technisch machbar ist und tatsächlich eine bedeutende Energieeinsparung ermöglicht. Damit wurde eines der Hauptziele des Projektes erreicht.
Allerdings stellte sich im Laufe der Versuche auch heraus, dass es unmöglich ist, Hydrolyse und Rekonditionierung so schnell durchzuführen wie ursprünglich erhofft. Wir waren von der Annahme ausgegangen, dass das von den Büchern aus der Luftfeuchte aufgenommene Wasser zunächst bevorzugt mit den im Papier eingelagerten Alkoholaten reagiert, da diese Reaktion stark exotherm ist und in Lösung erfahrungsgemäß leicht und rasch abläuft. Es stellte sich jedoch leider heraus, dass das Wasser nicht bevorzugt mit den Alkoholaten reagiert, sondern von Anfang an auch von der Papierfaser absorbiert wird.
Das ursprüngliche Vorhaben, die Nachbehandlung in die Hauptbehandlungskammer zu verlagern, konnte nicht umgesetzt werden. Trotzdem konnte das Vorhaben mit dem Bau einer separaten Kammer für die Nachbehandlung sehr erfolgreich umgesetzt werden.
Nach Abschluss und Auswertung der Technikumsversuche wurde eine separate Anlage für eine separate Hydrolysekammer erstellt, konstruiert, gebaut und in Betrieb genommen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die in diesem Projekt entwickelte Verfahrenstechnik zur Nachbehandlung der Bücher bei der Massenentsäuerung wird nicht nur in der Leipziger Anlage des ZFB eingesetzt werden; diese Anlage ist vielmehr nur ein Prototyp für nachfolgende Massenentsäuerungsanlagen.


Fazit

Das ursprüngliche Vorhaben, die Nachbehandlung in die Hauptbehandlungskammer zu verlagern, konnte nicht umgesetzt werden. Trotzdem konnte das Vorhaben mit dem Bau einer separaten Kammer für die Nachbehandlung sehr erfolgreich umgesetzt werden.
Der Strom- und Wasserverbrauch konnte um ca. 90 % reduziert werden.

Durch eine beschleunigte Carbonatisierung des Entsäuerungsmittels konnte die Entsäuerung qualitativ verbessert werden. Das durch die Hydrolyse gebildete sehr alkalische Magnesiumhydroxid [Mg(OH)2] konnte in das wenige alkalische thermodynamisch stabile Magnesia alba [Mg(OH)2*4MgCO3*4H2O] überführt werden.
Damit ist die Entsäuerung für das Papier schonender.