Die Zukunft des Papiers: Innovative Forschung für eine nachhaltige und ressourcenschonende Industrie

Allrounder mit großem Potenzial: Warum die Papierforschung für die Zukunft so relevant ist

Papier spielt eine zentrale Rolle in vielen Lebensbereichen, von Verpackungen über Druckerzeugnisse bis hin zu Hygieneartikeln. Doch die Produktion von Papier gehört nach wie vor zu den energieintensivsten Industrien. Umso wichtiger ist es, Lösungen zu finden, die den Herstellungsprozess klimafreundlicher gestalten. Gleichzeitig ist Papier ein natürlicher Rohstoff, der recycelt werden kann und somit hervorragende Voraussetzungen für eine nachhaltige Circular Economy bietet. Je mehr Expertise im Umgang mit dem Material und seinen verschiedenen Techniken vorhanden ist, desto größer sind die Chancen, das volle Potenzial von Papier auszuschöpfen, einschließlich der Entwicklung neuer nachhaltiger und biobasierter Materialien.

Expertise aus Wuppertal

An der Universität Wuppertal untersucht das Team von Prof. Dr. Jaan-Willem Simon am Lehrstuhl für Computational Applied Mechanics die Resilienz von Papier für eine Vielzahl von Anwendungen. In Zusammenarbeit mit SIG, einem führenden globalen Hersteller von Lebensmittel- und Getränkepackungen, wird der Einsatz von Papier in der Verpackungsindustrie intensiv erforscht.

Computational Applied Mechanics: Was steckt dahinter?

„Grundsätzlich beschäftigt sich unsere Forschung damit, das mechanische Verhalten von Materialien und Strukturen in verschiedenen ingenieurtechnischen Anwendungen mithilfe numerischer Modelle zu beschreiben“, erklärt Prof. Simon. In letzter Zeit liegt ein Schwerpunkt auf der Untersuchung von Papier und Karton. „Das Ziel ist es, die Material- und Strukturzusammensetzungen so zu optimieren, dass die Eigenschaften verbessert und Ressourcen geschont werden“, fügt der Wissenschaftler hinzu.

Die Wuppertaler Forscher analysieren die komplexen Bindungen der Cellulosefasern, aus denen Papier besteht, und deren Verhalten unter unterschiedlichen Bedingungen. Beispielsweise wird erforscht, welche Spannungen zu einem Riss führen können oder was geschieht, wenn Papier Feuchtigkeit sowie unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt wird. Um diese Analysen so effizient wie möglich durchzuführen, simulieren sie die Prozesse am Computer. Dies spart nicht nur Zeit, sondern auch eine Vielzahl von Experimenten mit echtem Papier.

Die richtige mathematische Grundlage

Damit die Computersimulation erfolgreich ist, wird ein passendes Simulationmodell benötigt, das die komplexe Mikrostruktur des Papiers abbildet. „Je nach Papiersorte und deren Verwendung benötigen wir ein Modell, das die Eigenschaften präzise reproduziert, die das Papier in der Praxis aufweist“, erläutert Simon. Schließlich gibt es rund 3.000 verschiedene Papiersorten – von Verpackungspapier über grafische Papiere bis hin zu Hygienepapieren und Spezialpapieren. „Nur mit dem richtigen Simulationsmodell können wir sicherstellen, dass die Ergebnisse am Computer als realistische Vorhersagen für praktische Anwendungen genutzt werden können“, so der Gruppenleiter.

Fazit

Die Forschung an Papier ist ein enormes Potenzial, das nicht nur der Industrie, sondern auch der Umwelt zugutekommt. Durch fortschrittliche Simulationstechniken und das tiefgehende Verständnis der Materialzusammensetzung können innovative und nachhaltige Lösungen entwickelt werden. Die Arbeit des Teams von Prof. Simon an der Universität Wuppertal spielt eine zentrale Rolle in der Modernisierung der Papierproduktion und der Förderung der Kreislaufwirtschaft. Mit jeder Entdeckung kommt die Papierforschung einem umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Umgang mit einem der ältesten Materialien der Menschheit näher.