Mehrzielentscheidungsunterstützung für die hierarchische Produktionsplanung in Recyclingkaskaden
(Themenfeld B.2)

– Ressourceneffiziente Produktion in der Papier- und Zellstoffindustrie durch eine durchdachte Verknüpfung von Stoff- und Energieflüssen zwischen den einzelnen Produktionsprozessen –

Ein Hauptbestandteil bei der Papierherstellung ist Zellstoff, der hauptsächlich aus Cellulose besteht und größtenteils aus Holz gewonnen wird. Der Weg vom Holz zum Papier ist sehr aufwändig und benötigt viele Ressourcen. Für eine ressourceneffiziente Produktion von Zellstoff und Papier ist es wichtig, dass jeder einzelne Produktionsprozess möglichst effizient arbeitet. Zusätzlich wurde in den letzten Jahrzehnten nach weiteren Möglichkeiten der Ressourceneinsparung geforscht, die sich durch die Betrachtung des gesamten Produktionsprozess als Einheit ergeben und Synergien erlauben. Dazu werden die einzelnen Produktionsprozesse analysiert, um sinnvolle Verschaltungen von Stoff- und Energieflüssen zwischen den Prozessen zu identifizieren. Solche Verschachtelungen ermöglichen die teilweise Wiederverwendung des Outputs bestimmter Prozesse als Input für andere Prozesse. Somit wird eine Kaskadennutzung von Stoffen und Energie innerhalb der Produktion möglich. Zum Beispiel kann die Abwärme eines Prozesses zum Aufwärmen von anderen Stoffströmen verwendet werden oder Abwasser eines Prozesses wird nach einer Wiederaufbereitung oder einer Vermischung mit Frischwasser für andere Prozesse verwendet. Diese Methode wird als Prozessintegration bezeichnet und heutzutage in der Produktionsplanung für viele chemische und verfahrenstechnische Prozesse regelmäßig angewandt.
Eine der bekanntesten Methoden der Prozessintegration ist die Pinch-Analyse, die für verschiedene Zielsetzungen eingesetzt werden kann, hauptsächlich zur Wärmerückgewinnung, der Frischwasserminimierung oder zur Rückgewinnung von organischen Lösemitteln. Abhängig von der Zielsetzung beinhaltet die Pinch-Analyse eine entsprechende systematische Vorgehensweise, um mögliche Ressourceneinsparungen aufzuzeigen. Die Ergebnisse werden dann bei der Produktionsplanung mitberücksichtigt.
Das Ziel der Forschungsarbeit ist es im ersten Schritt mit Hilfe der Pinch-Analyse die Stoff- und Energieströme innerhalb einer Papier- oder Zellstoffproduktion zu analysieren. Dazu werden bestehende Methoden der Pinch-Analyse auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht und eventuell modifiziert und weiterentwickelt. Anschließend werden darauf aufbauend verschiedene Alternativen zur Ressourceneinsparung festgelegt, die dann unter Berücksichtigung bestimmter Kriterien bewertet werden. Dafür werden verschiedene Verfahren zur multikriteriellen Entscheidungsunterstützung auf ihre Eignung hin untersucht.