Μελέτη εναλλακτικών πηγών πρώτων υλών για την παραγωγή χαρτιού
Authors: Βέρβερης Χαράλαμπος 
Published: August 2021

Οι διαστάσεις των σκληρεγχυματικών ινών καθώς και η περιεκτικότητα σε κυτταρίνη και λιγνίνη ορισμένων μη ξυλωδών φυτών και αγροτικών υπολειμμάτων, εξετάστηκαν για να αξιολογηθεί η καταλληλότητά τους για την παραγωγή χαρτιού. Φυτά όπως το κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) και τα μεσογονάτια διαστήματα του καλαμιού (Arundo donax L.) παρουσιάζουν ικανοποιητικούς συντελεστές καταλληλότητας και ειδικά συντελεστή λυγίσματος, ο οποίος είναι συγκρίσιμος με αυτόν των κωνοφόρων και φυλλοβόλων δένδρων που χρησιμοποιεί παραδοσιακά η χαρτοβιομηχανία. Ο χαρτοπολτός από τα είδη αυτά αναμένεται να είναι κατάλληλος για την παραγωγή χαρτιού εκτύπωσης και συσκευασίας. Οι βλαστοί βαμβακιού (Gossypium hirsutum L.), ο μίσχανθος (Miscanthus x giganteus) και το switchgrass (Panicum virgatum L.) έχουν κοντύτερες ίνες και δίνουν χαμηλότερους συντελεστές ελαστικότητας και Runkel, αλλά ικανοποιητικούς συντελεστές λυγίσματος. Τα είδη αυτά μπορούν να παράγουν χαρτοπολτό για δημοσιογραφικό χαρτί, αλλά και πολτό για μίξη με συμβατικούς χαρτοπολτούς για την παραγωγή χαρτιού γραφής και εκτύπωσης. Τέλος, τα κλαδιά ελιάς (Olea europa L.) και αμυγδαλιάς (Prunus dulcis L.) παρουσιάζουν κοντές και παχιές ίνες δίνοντας σχετικά φτωχούς συντελεστές καταλληλότητας. Ο πολτός από τα είδη αυτά μπορεί μόνο να αναμιχθεί με συμβατικό χαρτοπολτό και σε μικρές (≤20%) αναλογίες για την παραγωγή χαρτιού διαφόρων χρήσεων. Οι διαστάσεις των σκληρεγχυματικών ινών δεν διαφέρουν σημαντικά σε κάθε είδος όταν εξετάζονται δείγματα από διαφορετικές περιοχές των κορμών/κλαδιών (βάση, μέση κορυφή). Η μόνη εξαίρεση ήταν οι βλαστοί βαμβακιού, αλλά οι διαφορές αυτές δεν έχουν καμμιά σημαντική επίπτωση στους συντελεστές καταλληλότητας. Η χημική ανάλυση των φυτικών ειδών έδειξε ικανοποιητική περιεκτικότητα σε κυτταρίνη (κοντά στο 40%) και λιγνίνη (<30%) συγκρινόμενη με αυτά των κωνοφόρων και φυλλοβόλων. Σχετικά αυξημένη (>25%) περιεκτικότητα λιγνίνης στο μίσχανθο, το switchgrass και τα κλαδιά αμυγδαλιάς μπορεί να αυξήσει τη διάρκεια της πολτοποίησης και να αυξήσει τη χρήση χημικών σε σχέση με αυτήν άλλων μη ξυλωδών φυτών. Οι αναλύσεις δειγμάτων από διαφορετικές θέσεις των βλαστών/κλαδιών έδειξε ότι η συγκέντρωση κυτταρίνης και λιγνίνης εξαρτάται από την ωρίμανση των ιστών. Επιπλέον, το κόστος των υλικών που εξετάστηκαν αλλά και της επεξεργασίας τους μπορεί να είναι χαμηλότερο κατά 40-50% και συνεπώς πολύ ανταγωνιστικό σε σχέση με αυτό του ξύλου για την παραγωγή διαφόρων τύπων χαρτιού. Τέλος, η καλλιέργεια των μη ξυλωδών φυτών μπορεί να αποτελέσει εναλλακτική λύση για την αντικατάσταση απαξιωμένων οικονομικά καλλιεργειών (π.χ. βαμβάκι) στον Ελλαδικό χώρο, παράλληλα με την ανάπτυξη τοπικών, μέσου μεγέθους χαρτοποιιών, οι οποίες θα προσφέρουν νέες θέσεις εργασίας στην περιφέρεια. Σύμφωνα με τα ευρήματα της παραγράφου 1, το κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) επιλέχθηκε ως το πιο κατάλληλο μη ξυλώδες φυτό για την παραγωγή χαρτοπολτού υψηλής ποιότητας, και γι’ αυτό καλλιεργήθηκε πειραματικά με τη χρήση ιλύος και νερού ΕΒΕΛ, έτσι ώστε να αξιολογηθεί η δυνατότητά τους να αντικαταστήσουν τη συμβατική λίπανση (100 Kg N/ha, 75 Kg P₂O₅/ha και 75 Kg K₂O/ha). Χρησιμοποιήθηκε άρδευση με νερό δικτύου και νερό από επεξεργασμένα υγρά απόβλητα (6500 m³/ha). Η καλλιέργεια έγινε χρησιμοποιώντας τέσσερα διαφορετικά καθεστώτα λίπανσης και άρδευσης: ένα με συμβατική λίπανση και νερό ΕΒΕΛ, ένα με λάσπη ΕΒΕΛ και νερό ΕΒΕΛ, ένα με νερό δικτύου και λάσπη ΕΒΕΛ και ένα με νερό δικτύου και συμβατική λίπανση. Η ξηρή βιομάζα που συλλέχθηκε στον τελικό θερισμό (140 ημέρες μετά τη φύτρωση) ήταν για κάθε αγροτεμάχιο αντίστοιχα: 12,2 tn/ha, 12,6 tn/ha, 12,4 tn/ha και 12,9 tn/ha, διαφορές στατιστικά μη σημαντικές (ANOVA, Ρ<0,05). Αντίθετα παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ πρώτου και δεύτερου θερισμού, καθώς οι βιομάζες σε όλα τα αγροτεμάχια ήταν κατά μέσο όρο 11,3% μεγαλύτερες στο δεύτερο θερισμό. Αυτό σημαίνει πως το φυτό πρέπει να συλλέγεται την εποχή της τεχνολογικής του ωρίμανσης και όχι νωρίτερα. Τεστ συσχέτισης Pearson έδωσε ισχυρή θετική συσχέτιση (0,93) μεταξύ βιομάζας και ύψους βλαστών, και πιο αδύνατη συσχέτιση (0,76) βιομάζας και διαμέτρου βάσης βλαστών. Μεγαλύτερο μήκος ινών εμφάνισαν τα φυτά του αγροτεμαχίου που καλλιεργήθηκε με ιλύ και νερό ΕΒΕΛ ενώ μικρότερο τα φυτά που καλλιεργήθηκαν με συμβατικό λίπασμα και νερό δικτύου (φλοιός) και αυτά με συμβατικό λίπασμα και νερό ΕΒΕΛ. Στις περισσότερες περιπτώσεις, διαπιστώθηκε μια ελαφρά βελτίωση των συντελεστών καταλληλότητας στο δεύτερο θερισμό σε σχέση με τον πρώτο. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε καμιά ιδιότητα (διαστάσεις ινών, συντελεστές καταλληλότητας) ούτε μεταξύ αγροτεμαχίων με διαφορετικές συνθήκες καλλιέργειας, ούτε μεταξύ διαφορετικών θερισμών. Η περιεκτικότητα σε κυτταρίνη-α ήταν υψηλότερη στο αγροτεμάχιο που καλλιεργήθηκε με συμβατική λίπανση και νερό δικτύου και χαμηλότερη στο αγροτεμάχιο με συμβατική λίπανση και νερό ΕΒΕΑ. Η περιεκτικότητα σε λιγνίνη ήταν υψηλότερη στο αγροτεμάχιο με συμβατική λίπανση και νερό ΕΒΕΛ και χαμηλότερη στο αγροτεμάχιο ιλύ ΕΒΕΛ και νερό δικτύου. Ωστόσο, η περιεκτικότητα κυτταρίνης και λιγνίνης δε διέφερε στατιστικώς σημαντικά μεταξύ των αγροτεμαχίων. Αντίθετα, φυτά του δεύτερου θερισμού απ’ όλα τα αγροτεμάχια περιείχαν περισσότερη κυτταρίνη και λιγνίνη από τα φυτά του δεύτερου θερισμού σε στατιστικά σημαντικό επίπεδο. Η καταλληλότητα φυκομάζας γλυκών νερών και φλοιών εσπεριδοειδών (πορτοκάλια, λεμόνια) εκτιμήθηκε για τη χρήση τους ως πληρωτικών υλικών σε συμβατικό χαρτοπολτό. Η περιεκτικότητα κυτταρίνης και ημικυτταρινών της φυκομάζας ήταν 7,1% και 16,3% αντίστοιχα, ενώ για τους φλοιούς εσπεριδοειδών η περιεκτικότητα κυτταρίνης κυμάνθηκε από 12,7 έως 13,6% και των ημικυτταρινών από 5,3 έως 6,1%. Σε όλα τα υλικά, η περιεκτικότητα λιγνίνης και τέφρας ήταν ≤2% καθιστώντας τα κατάλληλα για πληρωτικά υλικά στο χαρτοπολτό. Η πρόσθεση φυκομάζας σε συμβατικό χαρτοπολτό σε αναλογίες από 2,5-10% ενίσχυσε σημαντικά τη μηχανική αντοχή του πιθανότατα λόγω των πρωτεϊνών και της χιτίνης που περιέχονται στα κύτταρα και που αύξησαν τις συγκολλητικές δυνάμεις ανάμεσα στις ίνες. Πάντως η φωτεινότητα του χαρτοπολτού χειροτέρευσε λόγω της χλωροφύλλης που δρα σαν φυσική βαφή του χαρτοπολτού. Η πρόσθεση σκόνης φλοιών εσπεριδοειδών στο χαρτοπολτό δεν είχε καμία επίδραση στον εφελκυσμό (μήκος θραύσης), αύξησε την αντοχή διάτρησης, αλλά μείωσε σημαντικά την αντοχή αποσυναρμολόγησης. Η φωτεινότητα επηρεάστηκε αρνητικά μόνο σε αναλογίες μίξης 10%, λόγω της δράσης των χρωστικών των φλοιών σαν φυσικών βαφών. Το συνολικό κόστος των υλικών (επεξεργασία, μεταφορικά) που εξετάστηκαν, ήταν περίπου κατά 45% χαμηλότερο από αυτό του χαρτοπολτού, και αυτό μπορεί να αποφέρει μείωση κόστους κατά 0,9- 4,5% ανάλογα με το ποσοστό μίξης των υλικών στο χαρτοπολτό (2,5-10%).