Fünf Perspektiven auf die Papiermaschine von morgen

Wie sieht eine Papiermaschine aus, die deutlich weniger Energie und Rohstoffe benötigt? Braucht es dafür neue Materialien, intelligentere Prozesse oder müssen bekannte Produktionsprinzipien völlig neu gedacht werden?

Antworten auf diese Fragen werden an verschiedenen Stellen in Europa gesucht. Beim zweiten FOMOP Mini-Symposium mit Ideation Workshop der Modellfabrik Papier am 8. September 2026 in Düren kamen mehr als 50 Gäste aus Forschung und Industrie zusammen und vereinten damit unterschiedliche europäische Perspektiven auf die Transformation der Papierproduktion. Unter dem Titel „Die Transformation der Papiermaschine: Von der Realität von heute zur Innovation von morgen“ richtete das Symposium den Blick bewusst über etablierte Verfahren hinaus.

Fünf Keynotes von sechs Experten eröffneten fünf sehr unterschiedliche Perspektiven darauf, wo Veränderung ansetzen kann, welche Ansätze derzeit verfolgt werden – und was sich aus dem Austausch über Länder-, Disziplin- und Branchengrenzen hinweg lernen lässt. Die Beiträge führten von der Materialmodellierung und den Grenzen der Faserrückgewinnung über eine effizientere Nutzung von Rohstoffen bis zu neuen Konzepten für Bahnbildung und Trocknung. Schließlich ging es um die Frage, wie Disruption zu einem Motor für Veränderungen werden kann.

So unterschiedliche die Ansätze waren, ein Gedanke zog sich durch den Vormittag: Die eine einheitliche Lösung für die Papiermaschine der Zukunft wird es nicht geben. Transformation entsteht vielmehr dort, wo unterschiedliche Technologien, Disziplinen und Erfahrungen zusammenkommen. Und wenn Energiebedarf, Materialeinsatz, Produktqualität und industrielle Umsetzbarkeit als Teile derselben Aufgaben betrachtet werden.

Das Symposium bot damit weit mehr als eine Reihe einzelner Forschungsimpulse. Es spannte einen Bogen von der Optimierung bestehender Prozesse bis zum Bruch mit etablierten Prinzipien und schuf eine Grundlage für die Diskussion darüber, wo die entscheidenden Technologiesprünge für die faserbasierte Papierproduktion von morgen entstehen können – und was es dazu braucht.

Manche Lösungen könnten da liegen, wo heute noch keiner hinschaut. Unsere fünf Keynotes kurz zusammengefasst:

Wie viel Material benötigt ein Karton wirklich?

Lässt sich bei Kartonverpackungen Material einsparen, ohne dass Festigkeit oder Funktionalität verloren gehen? Prof. Dr. Jaan Willem Simon, Leiter des Lehrstuhls für Computergestützte Angewandte Mechanik an der Universität Wuppertal, zeigte, wie Simulationen Antworten auf diese Frage zu finden.

Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Modellierung und Optimierung von Materialien und Strukturen, insbesondere von Verbundwerkstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. In seinem Vortrag stellte Simon ein neues Modell zur Simulation des Rillens und Faltens von Karton vor. Werden diese Prozesse effizienter und robuster simuliert, lassen sich Materialeigenschaften und strukturelle Gestaltung gezielter optimieren.

Das Potenzial recht jedoch weiter: Simulationen können dazu beitragen, Materialien von vornherein effizienter auslegen. So kann die für einen Karton benötigte Materialmenge oder -dicke reduziert werden, ohne dessen Qualität oder Funktionalität zu beeinträchtigen. Das hat einen indirekten Vorteil für die Industrie: Verringert sich der Materialbedarf für ein bestimmtes Produkt, sinkt auch der Energiebedarf im Herstellungsprozess.

Weniger Material, gleiche Leistung

Solche strukturmechanischen Modelle sind auch für die Forschung der Modellfabrik Papier interessant. Sie helfen, Fasernetzwerke und ihre mechanischen Eigenschaften besser zu verstehen. Bei der Trockenfaserlegung beispielsweise unterstützen Simulationen die Auslegung von Netzwerkstrukturen, die eine höhere Festigkeit erfordern.

Noch weiter führt die Kombination von Strukturmechanik und numerischer Strömungsmechanik. Sie könnte zukünftig Modelle der Fluid-Struktur-Wechselwirkung erschaffen, die eine detailliertere Analyse des Zusammenspiels zwischen Luftströmung und Faserstrukturen ermöglichen.

 

Wie kreislaufwirtschaftlich kann Papier werden?

Papier ist eines der am häufigsten recycelten Materialien. Doch das Recycling selbst stößt an Grenzen. Mit jedem weiteren Umlauf verändern sich die Fasern, ihre Qualität nimmt ab und auch ihr Verhalten im Verarbeitungsprozess verändert sich. Prof. Dr. Samuel Schabel, Leiter des Instituts für Papiertechnik und Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Darmstadt, ging der Frage nach, was das für die Zukunft der kreislaufwirtschaftlichen Papierproduktion bedeutet.

Ein höherer Recyclinganteil reduziert den Bedarf an Frischfasern und trägt zur Senkung des Energieverbrauchs und der CO₂-Emissionen bei. Gleichzeitig wird die Verarbeitung anspruchsvoller, wenn die Recyclingquoten weiter steigen und der Kreislauf stärker geschlossen werden soll: Die Faserqualität nimmt mit wiederholten Zyklen ab. Zudem stellen Verunreinigungen, Beschichtungen, Additive und zunehmend komplexere Produkte höhere Anforderungen an Aufbereitungsprozesse und Prozesswasser.

Den Kreislauf schließen – und seine Grenzen verstehen.

Hinzu kommt, dass neue Faserquellen in den Recyclingkreislauf gelangen. Nicht-Holzfasern können beispielsweise Bestandteile wie Pektin, Proteine oder Kieselsäure enthalten. Wie sie sich in etablierten Recyclingsystemen verhalten, wird bislang noch nicht vollständig verstanden.

Für Schabel folgt daraus: Recyclingfähigkeit lässt sich nicht anhand eines einzelnen Parameters beurteilen. Herkömmliche Parameter wie die Wiederaufbereitbarkeit, Siebergebnisse oder sichtbare Verunreinigungen reichen allein nicht aus, um vorherzusagen, wie sich ein Material über mehrere Recyclingzyklen hinweg verhält. Eine belastbare Bewertung muss deshalb auch weitere Faktoren einbeziehen – darunter die Alterung der Fasern, ihre Morphologie, die mechanische Festigkeit, das Aufbereitungsverhalten, die Vorbehandlung und die Auswirkungen auf das Prozesswasser.

Damit verschiebt sich die zentrale Frage. Entscheidend ist nicht nur, ob sich ein Material recyceln lässt, sondern wie gut es sich über wiederholte Zyklen hinweg bewährt. Eine umfassendere Bewertung kann helfen, genauer zu erkennen, wo die Kreislaufwirtschaft echte Vorteile schafft – und wo technologische Grenzen erreicht werden.

 

Mehr aus jeder Faser herausholen

Holz wächst nach – unbegrenzt verfügbar ist es deshalb nicht. Wie sich in der Papierherstellung mehr Wert aus den vorhandenen Ressourcen schaffen lässt, zeigte Dr. Claes Holmqvist, leitender Wissenschaftler bei den RISE Research Institutes of Sweden. Seine skandinavische Perspektive verbindet einen effizienteren Materialeinsatz mit der Frage, wie damit zugleich der Energiebedarf gesenkt werden kann.

Holmqvist vereint angewandte Forschung mit langjähriger Erfahrung in der industriellen Papierherstellung, von Pilot- und Großversuchen bis hin zur Prozessentwicklung und der Installation von Papiermaschinen. Bei RISE arbeitet er eng mit der Industrie an Prozessen, die die Ressourceneffizienz und die Produktleistung verbessern. Seine zentrale Botschaft: Die Papierherstellung der Zukunft muss aus jeder Tonne Holz mehr Funktion und Wert schaffen.

Von der Faser zur Funktion: Wie kann die Papierherstellung Ressourcen intelligenter nutzen?

Die vorgestellten Forschungsansätze reichten vom Materialdesign bis zur Digitalisierung. Bei mehrschichtigen Kartonstrukturen können Fasern gezielt dort eingesetzt werden, wo sie den größten Beitrag zu Festigkeit und Steifigkeit leisten. Faserbasierte Festigkeitsverstärker wiederum können den Einsatz gröberer Zellstoffmischungen ermöglichen. Auch die Fraktionierung von Recyclingfasern eröffnet die Möglichkeit, unterschiedliche Faserqualitäten gezielter einzusetzen.

Parallel dazu gewinnen digitale Werkzeuge an Bedeutung. Adaptive Maschineneinstellungen können helfen, Abfall zu reduzieren und die Betriebseffizienz zu steigern. Digitale Zwillinge ermöglichen es, Prozesse genauer abzubilden und weiter zu optimieren.

Ein zentraler Hebel bleibt die Trocknung. Bei RISE werden unter anderem Technologien wie überhitzter Dampf und ultraschallunterstützte Trocknung untersucht. Ziel ist es, die Effizienz dieses energieintensiven Prozessschritts zu steigern und den Ressourcenbedarf zu senken.

Zusammengenommen zeigen die genannten Beispiele einen grundlegenden Wandel: Eine ressourceneffiziente Papierherstellung entsteht nicht durch eine einzelne Technologie. Sie erfordert einen intelligenteren Einsatz von Fasern, flexiblere Prozesse und eine präzisere Steuerung der Energie- und Materialflüsse – damit aus den bereits verfügbaren Ressourcen mehr Wert entstehen kann.

 

Weniger Wasser, weniger Energie, mehr Möglichkeiten

Was wäre, wenn sich faserbasierte Produkte mit deutlich weniger Wasser und Energie hergestellen ließen – und trotzdem recycelbar und skalierbar blieben? Dr. Kristian Salminen und Harri Kiiskinen vom VTT Technical Research Centre of Finland stellten Technologien vor, die genau darauf zielen.

Salminen leitet den Forschungsbereich „Biomasseverarbeitung und -produkte“ am VTT und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in Forschung und Entwicklung in der Forstwirtschaft. Sein Fachwissen reicht von Holzfasern und Nanocellulose bis hin zur Chemie der Papierherstellung und der Schaumbildung. Kiiskinen, leitender Wissenschaftler am VTT, ist auf faserbasierte Materialien, Verfahrenstechnik und die Skalierung von Technologien spezialisiert. Gemeinsam decken sie die gesamte Entwicklungskette ab – von der Laborforschung über Pilotversuche bis hin zur industriellen Umsetzung.

Ein Schwerpunkt ihrer Arbeit liegt auf alternativen Technologien zur Vliesbildung. Neben klassischen Nasslegeverfahren entwickelt das VTT Schaumlege- und Luftlegeverfahren, mit denen sich der Wasserbedarf deutlich reduzieren lässt. Untersucht werden unter anderem die Handhabung trockener Fasern, die Vliesbildung, Bindungstechnologien und höhere Prozessgeschwindigkeiten. Flexible Pilotanlagen, die an den Untersuchungszweck gezielt angepasst werden können, ermöglichen es, unterschiedliche Rohstoffe und Produktstrukturen unter realistischen Bedingungen zu testen.

Kann sich die Faserproduktion vom Wasser lösen?

Die Trocknung bietet einen weiteren großen Hebel. Bei der Superheated-Steam-Trocknung (SSD) wird herkömmliche Heißluft in einem geschlossenen Kreislaufsystem durch überhitzten Dampf ersetzt. Das ermöglicht Wärmerückgewinnung und einen potenziell deutlich geringeren Energiebedarf. Die auf dem Symposium vorgestellten Forschungsprogramme zielen darauf ab, sowohl den Wasser- als auch den Energieverbrauch erheblich zu reduzieren – wobei die tatsächlich erzielbaren Einsparungen vom jeweiligen Verfahren und den Betriebsbedingungen abhängen.

Das übergeordnete Ziel reicht jedoch über einzelne Prozessschritte hinaus: Entwickelt werden sollen Herstellungsverfahren für recycelbare, kohlenstoffarme Faserprodukte, die nicht nur im Labor funktionieren, sondern sich auch validieren, skalieren und in die industrielle Produktion übertragen lassen. Die Anwendungsbereiche reichen von Papier und Karton über Verpackungen, Vliesstoffe und Hygieneartikel bis hin zu Dämm- und Baustoffen.

 

Disruption in ein neues Geschäftsmodell verwandeln

Die abschließende Keynote erweiterte den Blick über die Papierproduktion hinaus. Manfred Hermanns, Vorstandsmitglied bei Ecoclean, zeigte am Beispiel seines Unternehmens, was passiert, wenn sich ein Markt grundlegend verändert – und etablierte Geschäftsmodelle plötzlich nicht mehr tragen wie zuvor.

Über viele Jahre kamen rund 90 Prozent der Ecoclean-Kunden aus der Automobilindustrie. Im Zentrum standen Reinigungssysteme für Komponenten, die in Verbrennungsmotoren und Getrieben eingesetzt werden. Mit dem Wandel hin zur Elektromobilität und immer strengeren Emissionszielen verändert sich jedoch auch die Nachfrage nach diesen Anwendungen grundlegend. Für Ecoclean bedeutete das: neue Märkte erschließen, neue Geschäftsfelder entwickeln und den Blick über das bisherige Kerngeschäft hinaus richten.

               Was passiert, wenn sich der Markt verändert?

Ein Beispiel dafür ist die dezentrale Wasserstoffproduktion. Die Technologie ist marktreif – doch ihre Kommerzialisierung zeigt zugleich, wie komplex Veränderung sein kann. Technologische Reife allein genügt nicht, wenn Investitionsbedingungen und Marktanreize fehlen. Ecoclean prüft deshalb weitere Anwendungen in anderen Branchen, darunter Lösungen zur Energierückgewinnung und den möglichen Einsatz von Wasserstoff als Alternative zu Erdgas.

Hermanns’ Kernbotschaft ging weit über einzelne Technologie hinaus. Wandel erfordert Druck von außen, aber auch die Bereitschaft, zu handeln, bevor alle Rahmenbedingungen perfekt sind. Rückschläge sind Teil des Prozesses, Kommunikation muss kontinuierlich bleiben und verlässliche Partner spielen eine entscheidende Rolle. Damit lieferte Keynote aus der Praxis auch einen Impuls für die Papierindustrie. Disruption kann etablierte Geschäftsmodelle unter Druck setzen. Sie kann zugleich aber auch der Ausgangspunkt für neue Technologien, neue Partnerschaften und neue Märkte sein.

 

Input für den Ideation Workshop

Die Vorträge lieferten die Grundlage für den anschließenden Ideenfindungsworkshop. Angeleitet von einem Moderationsteam richteten die Teilnehmenden ihren Blick über den eigenen Forschungsbereich und die Papierbranche hinaus auf mögliche neue Forschungsfragen. Denn manche Antworten auf die Herausforderungen der Papierherstellung könnten da zu finden sein, wo heute noch niemand nach ihnen sucht.