ISSN 2409-546X
ПИ № ФС77-61102
8-800-555-1487

Производство бумаги из опавших листьев как средство сохранения лесов от вырубки

Библиографическое описание: Головатская Д. М., Кошелева Ю. Н., Новикова О. А. Производство бумаги из опавших листьев как средство сохранения лесов от вырубки // Юный ученый. — 2017. — №2. — С. 171-179. URL: http://yun.moluch.ru/archive/11/772/ (дата обращения: 18.10.2018).





Знаете ли вы, что бумагу, на которой мы пишем, рисуем, из которой сделаны книги, журналы, газеты, открытки и много чего еще, изготавливают из древесины!? И для этого вырубается огромное количество деревьев! Статистика говорит о 125 миллионах деревьев, вырубаемых ежегодно для производства бумаги. И это еще не предел. Население Земли растет, а с ним растет и потребление бумаги. За последние 20 лет мировое потребление бумаги увеличилось с 92 до 208 миллионов тонн в год — рост составил 126 %! И это несмотря на огромный рост популярности компьютерных технологий. Что же будет с лесными массивами через 20 лет, через 50, через 100? Какую планету получат в наследство наши потомки? Ведь даже малышам известно, что леса — легкие Земли, благодаря им мы можем дышать, а значит жить!

Два года назад я задумалась над этими вопросами и решила придумать способ спасения деревьев. С помощью мамы я разработала рецепт бумаги из опавших осенних листьев. Бумага получилась неплохая, но нужно было двигаться дальше.

Я выдвинула гипотезу:что промышленное производство придуманной мной бумаги из осенних листьев может существенно сократить вырубку деревьев для производства бумаги.

Для того чтобы подтвердить или опровергнуть данную гипотезу я проделала сложную работу.

И для начала я поставила перед собой цель: Определить возможность производства бумаги из опавших листьев впромышленных масштабах сцелью сокращения вырубки деревьев.

Для достижения этой цели, я при помощи мамы сформулировала следующие задачи:

‒ Доработать рецептуру бумаги из листьев, чтобы она была максимально близка к бумаге из древесины по основным характеристикам.

‒ Сравнить характеристики бумаги из древесины и бумаги из опавших листьев, выявить плюсы и минусы.

‒ Определить целесообразность производства бумаги из листьев.

‒ Просчитать затраты на производство бумаги из листьев и сделать вывод будет ли выгодно такое производство.

Наверное, уже многие знают, что впервые бумага появилась в Древнем Китае почти 2000 лет назад (в 153 году н. э.). Некий человек по имени Цай Лунь, придумал способ изготовления бумаги из старого тряпья и коры деревьев и очень долго этот рецепт держался в строжайшем секрете. Сейчас бумагу самых различных сортов и видов производят миллионами тонн в год по всему миру [1].

Я начала свою работу с того, что внимательно изучила, каким основным характеристикам должна соответствовать бумага. Выяснилось, что существует огромное количество различных видов бумаги. В зависимости от того, где бумага будет использоваться, ее делают плотной или не очень, мелованной (покрытой слоем мела (карбонат кальция) для лучшей белизны) или нет, каландрированной (супергладкой) или шероховатой. Я решила сравнивать мою бумагу из листьев с бумагой, которая наиболее часто используется при печати газет, книг и различных бланков документов. Она слабо каландрированная, мало мелованная, т. е. наименьшим образом подвергалась механизированной обработке, которую сложно воспроизвести в домашних условиях. Но при этом такая бумага довольно дешевая и потому наиболее часто используется. А значит, для производства именно такой бумаги вырубается наибольшее количество деревьев.

Итак, выяснив каким основным характеристикам должна соответствовать бумага, я приступила к работе над рецептурой своей бумаги из осенних листьев с целью максимально приблизить ее к обычной. При этом, я понимала, что добиться абсолютной схожести по внешним показателям с бумагой промышленного производства будет просто невозможно.

Рецептура бумаги из опавших осенних листьев.

В 2015 году я придумала следующий рецепт бумаги из опавших осенних листьев:

Ингредиенты:

‒ осенние желтые листья,

‒блендер,

‒вода,

‒плоский таз,

‒рамка с сеткой (изготовленная вручную),

‒крахмал,

‒клей ПВА,

‒таблетки Гидроперита,

‒ткань,

‒утюг.

Взять охапку листьев и замочить их в воде на несколько часов. Затем размять их и положить в блендер, налить туда воды в пропорции 1:1 и перемолоть все в кашицу. Постепенно добавлять туда еще листьев и воды. Когда получится примерно 1 литр этой кашицы, перелить ее в плоский тазик и разбавить водой уже 1:2 или 1:3 (чтобы лист был более тонким).

Чтобы лист бумаги не был слишком ломким или рыхлым, необходимо добавить в кашицу столовую ложку крахмала и столовую ложку клея ПВА. Для осветления листа добавить несколько таблеток Гидроперита (6–8 шт.).

Изготовить рамку из куска металлической сетки размером примерно как лист формата А4, прикрепив к ней мелкую москитную сетку чуть большего размера. Опустить рамку в наш полученный раствор. На рамку кашица оседает тонким слоем (это и есть будущий лист бумаги). Разровнять его, дать лишней воде стечь и накрыть рамку с будущим листом бумаги куском ткани. Промокнуть салфетками лишнюю воду и аккуратно перевернуть рамку на ткань. Снова промокнуть салфетками, затем осторожно отделить рамку от еще сырого листа бумаги. Накрыть бумагу еще одним куском ткани и прогладить утюгом до полного высыхания.

Положить стопку изготовленных листов под пресс, чтобы листы были более ровными и гладкими.

Бумага по этому рецепту получилась неплохая, однако я понимала, что промышленное производство бумаги по такому рецепту будет довольно затратным и проблематичным, из-за использования ПВА и крахмала. Очень может быть, что при производстве бумаги из листьев на бумагоделательной машине с использованием промышленных добавок, моя бумага была бы не хуже бумаги из древесины, но пока проверить это у меня нет возможности. Наверняка, чтобы запустить этот рецепт, потребуется переоборудование линии производства, а это тоже потребует немалых затрат. Так как же можно доработать мой рецепт, чтобы было возможным запустить его в производство без переоборудования и лишних затрат? И я нашла решение.

В нашей стране немало предприятий, которые перерабатывают макулатуру. 1 тонна макулатуры может сэкономить около 4 кубических метра древесины, а это примерно 12 деревьев. Однако, в настоящее время объем переработки макулатуры в России занимает всего 12–15 % от производства бумаги [1]. А ведь его можно увеличить подумала я. Что если заменить макулатуру осенними листьями? Возможно не полностью, а частично. То есть заменить клей и крахмал в моем рецепте измельченной макулатурой, в которой уже содержатся компоненты необходимые для производства бумаги. Таким образом я предполагаю решить сразу несколько задач. Во-первых, не потребуется переоборудование производства, т. к. можно будет использовать уже имеющееся для переработки макулатуры. Во-вторых, не потребуются дополнительные расходы на клей, крахмал и другие добавки, т. к. они уже есть в макулатуре. Осталось только определить оптимальный процент соотношения макулатуры и листьев.

Макулатура — старые ненужные книги, журналы, газеты, исписанные тетради и пр.— ценное вторичное сырье, позволяющее увеличить выпуск бумаги и картона. К макулатуре относятся также обрезки бумаги («лапша»), бракованные оттиски, поступающие с полиграфических предприятий, и оборотный брак бумажных фабрик (бумажные срывы, отходы бумаги). Этот полуфабрикат делится на три группы: макулатура бумажная, картонная и смешанная. Каждая группа в зависимости от состава волокон и цвета делится на марки. Макулатура в общем балансе волокнистых материалов бумагоделательного производства составляет пока всего 15 %, но эта цифра может быть увеличена до 30–35 %. Все это говорит о большом народнохозяйственном значении организации сбора и рациональной переработки макулатуры [2]. А почему бы не увеличить этот процент за счет добавления к макулатуре дешевого возобновляемого материала — осенних листьев? Мне оставалось только выяснить какой максимально возможный процент листьев должен быть по отношению к макулатуре, чтобы бумага была допустимого качества.

Рис. 1. Варианты бумаги с разным процентным соотношением макулатуры и листьев

Я поэкспериментировала и выяснила, что оптимальным будет соотношение: примерно 30 % макулатуры и 70 % опавших листьев см. Таблицу 1.

Таблица 1

% соотношение макулатуры иосенних листьев

Внешние характеристики

Физические характеристики

50 % макулатуры /

50 % листьев

Бумага достаточно светлая с легким кремовым оттенком.

Имеет высокую толщину и рыхлость

40 % макулатуры /

60 % листьев

Бумага светлая с кремовым оттенком.

Рыхлость уже менее выражена, лист стал более тонким.

30 % макулатуры /

70 % листьев

Бумага с кремовым оттенком.

Близкая по толщине и плотности к бумаге из древесины.

20 % макулатуры /

80 % листьев

Бумага имеет насыщенный кремовый цвет.

Близка по толщине к обычной бумаге, но достаточно ломкая.

Сравнение основных характеристик бумаги из древесины и бумаги из листьев.

Однако мне необходимо было убедиться, что моя бумага из листьев соответствует основным характеристикам бумаги. Я провела сравнительные испытания обычной бумаги и моей бумаги из листьев. В результате я составила сравнительную таблицу основных показателей см. Таблицу 2.

Таблица 2

Свойства

Обычная бумага из древесины

Бумага из осенних листьев

Упругость

Изгибается, скручивается, сминается. Пластичная, восстанавливает форму. Остаются следы после сминания.

Изгибается, скручивается, сминается. Хорошо восстанавливает форму. Следы после сминания менее заметны.

Прочность

Не ломкая, рвется с усилием, обладает высокой прочностью.

При пересушивании может быть ломкой. Рвется с усилием. Обладает достаточно высокой прочностью.

Увлажняемость

Плохо впитывает воду. При высыхании сильно деформируется.

Чуть лучше впитывает воду. Менее сильно деформируется при высыхании.

Гладкость

Гладкая на ощупь.

Слегка шероховатая

Цвет (белизна)

Белая

Имеет кремовый оттенок

Возможность использования

Можно рисовать красками, фломастерами, карандашами. Писать чернилами. Печатать.

Можно рисовать красками, фломастерами, карандашами. Писать чернилами. Печатать.

Я сравнивала бумагу по таким показателям как упругость, прочность, увлажняемость, гладкость, цвет (белизна), возможность использования.

Упругость: я изгибала, скручивала и сминала оба вида бумаги. Обычная бумага оказалась очень пластичной, она достаточно хорошо реагировала на скручивание и сгибание, хорошо восстанавливалась, но на ней оставались следы после сминания. Бумага из листьев также хорошо скручивалась, сминалась и восстанавливалась после всех процедур, и следы сминания на ней были менее заметны. Однако при пересушивании она может становится ломкой.

Рис. 2. Сравнение двух видов бумаги на упругость

Прочность: я проверила оба вида бумаги на прочность. Выяснилось, что бумага из древесины не ломкая, рвется с усилием, обладает высокой прочностью. Бумага из листьев также рвется с большим усилием и обладает достаточно высокой прочностью.

Рис. 3. Сравнение 2-х видов бумаги на прочность

Увлажняемость: я смачивала оба вида бумаги обычной водой и наблюдала, насколько сильно бумага впитывает воду и насколько сильно деформируется после высыхания. Обычная бумага очень плохо впитывает воду, но при высыхании сильно деформируется. Бумага из листьев чуть лучше впитывает воду, но менее сильно деформируется при высыхании.

Рис. 4. Сравнение двух видов бумаги на увлажняемость

Гладкость: я тактильно проверила гладкость двух видов бумаги. Бумага из древесины оказалась очень гладкой на ощупь. Видимо она прошла этап каландрирования. Бумага из листьев на ощупь довольно шершавая.

Рис. 5. Сравнение 2-х видов бумаги на гладкость

Цвет (белизна): я визуально оценила цвет обоих видов бумаги. Обычная бумага достаточно белая с легким серо-кремовым оттенком. Бумага из листьев имеет выраженный кремовый оттенок.

Рис. 6. Сравнение двух видов бумаги на белизну

Возможность использования: я пробовала рисовать и писать красками, фломастерами, карандашами и ручками на обоих видах бумаги. В том и в другом случае все получалось прекрасно. Пробовала печатать на принтере текст и картинки и также все получилось отлично. Бумага из листьев ничем не уступает обычной бумаге из древесины.

Рис. 7. Сравнение двух видов бумаги на возможность использования

Когда бумагу из древесины делали вручную, она была непрочной, недолговечной и о белизне можно было только мечтать, но с появлением бумагоделательной машины бумага стала гладкой, прочной и белоснежной. Я уверена, что если попробовать делать бумагу из осенних листьев в промышленных условиях она будет не хуже, а может быть в чем-то лучше бумаги из древесины.

Из Таблицы 2 видно, что по основным показателям бумага из опавших листьев даже изготовленная в домашних условиях не уступает обычной бумаге из древесины, а в чем-то даже превосходит ее. Это дает мне надежду, что бумага из листьев вполне способна заменить какой-то процент бумаги из древесины и поможет сократить количество деревьев, вырубаемых для производства бумаги.

Целесообразность производства бумаги из осенних листьев

Говоря о целесообразности производства бумаги из листьев в промышленных масштабах нужно провести небольшие подсчеты:

Как говорилось выше, 1 тонна макулатуры может сэкономить около 4 кубических метра древесины, а это примерно 12 деревьев. Однако сырья (макулатуры) катастрофически не хватает. Если взять мой рецепт за основу, и дополнительно к макулатуре использовать опавшие осенние листья, которые тоннами утилизируются каждую осень, то на каждую тонну макулатуры можно будет использовать почти две тонны листьев, а значит экономить дополнительные 8 кубометров древесины, и спасать дополнительно 24 дерева. А так как на больших заводах перерабатывается до 100 тыс. тонн макулатуры в год, при использовании листьев, можно увеличить эту цифру втрое, а значит спасти в год порядка 2400 деревьев дополнительно, а это несколько десятков гектар леса. И это только с одного завода по переработке макулатуры. А их в России несколько десятков. Только представьте, сколько деревьев можно спасти от вырубки!

Теперь о деталях. Во-первых, возникает вопрос, каким образом можно вставить листья в технологический процесс производства бумаги из макулатуры. Для начала рассмотрим процесс переработки макулатуры в бумагу.

Поступающая на бумажную фабрику макулатура измельчается на гидроразбавителях, т. е. в ваннах с вращающимся внизу ротором. Готовая масса удаляется из ванны через отверстия сита вокруг вращающегося ротора.

Масса после гидроразбавителя подвергается очистке от тяжелых (металлические включения, песок) и легких (например, пластмасса, щепки) посторонних примесей. Удаление типографской краски без разрушения волокна производится в шаровых котлах, гидроразбавителях или бассейнах силикатом натрия в сочетании со щелочами, фосфорными солями в течение 1,5–2 ч при 80–90°. После волокнистая масса отделяется от промывочной жидкости на сгустителях или вакуумных фильтрах, а затем отбеливается перекисью водорода или перекисью натрия.

Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. После соответствующей обработки она может быть использована также в композиции писчей, газетной и других видов бумаги для печати [2].

Итак, на мой взгляд ответ очевиден. Листья вместе с макулатурой можно загружать в гидроразбавитель и далее процесс продолжается также, как и случае использования обычной макулатуры. Таким образом, даже не потребуется что-либо менять в процессе производства.

Второй, очень важный вопрос без которого не обойтись, это сезонность листьев, ведь они могут быть только осенью. Я считаю, что этот момент также можно решить. Листья можно прессовать в брикеты и хранить их можно будет в течение нескольких лет. И использовать по мере необходимости. Да конечно, для этого потребуются довольно большие площади, их вполне можно найти.

Рис. 8. Брикеты в которые можно прессовать листья

Подсчет затрат на производство бумаги из листьев

Итак, какие же затраты потребуются для производства бумаги из листьев и будет ли выгодно такое производство?

Листья в крупных городах убираются коммунальными службами. Тоннами листья вывозятся на свалки, где попросту гниют. Почему бы не найти им более достойное применение. Если заключить соглашение с коммунальными службами, можно практически бесплатно получать сотни тысяч тонн листьев. 1 кубический метр опавших листьев (утрамбованных) весит порядка 300 кг [3], а это примерно два больших мешка. Теперь давайте вспомним, сколько таких мешков грузовиками вывозятся из парков и скверов и поймем, что это огромная масса.

Куда же их нужно везти? Для этого необходимо арендовать большое помещение для переработки листьев в брикеты и их хранения. Это самый затратный этап, тем более что аренда в различных областях нашей страны стоит по-разному. Где-то она стоит копейки, а где-то огромные суммы. Далее понадобится оборудование для превращения листьев в брикеты. Как выяснилось такой опыт уже есть. Листья предлагают превращать в брикеты и использовать в качестве топлива для сжигания, что также позволяет сохранять деревья. Я предлагаю использовать брикеты еще и для производства бумаги. Итак, к примеру экструдер, который изготавливает брикеты из любой растительной биомассы, вполне подойдет для этих целей. Стоимость такого оборудования имеет разброс от 200 тыс. рублей до 500 тыс. рублей в зависимости от характеристик. Обслуживает такой аппарат 1 человек [4].

Рис. 9. Вариант экструдера для производства брикетов из биомассы, в том числе и из листьев

Далее эти брикеты можно использовать наряду с макулатурой для изготовления бумаги на той же линии, что используются для изготовления бумаги из макулатуры. Т. е. на этом этапе никаких дополнительных вложений не потребуется.

Таким образом, вложения потребуются только на этапе превращения листьев в брикеты для хранения и организации хранения брикетов в течение года. Это гораздо менее затратно, нежели заготовка древесины, которая требует применения специальной техники для заготовки и обработки древесины.

В ходе своей работы я поэкспериментировала с рецептурой бумаги из осенних листьев и выбрала вариант наиболее близкий по характеристикам к привычной бумаге из древесины.

Я сравнила характеристики своей бумаги из осенних листьев с характеристиками обычной бумаги и пришла к выводу, что моя бумага не уступает бумаге из древесины по многим характеристикам, а значит вполне может хотя бы частично заменить ее в промышленных масштабах.

Учитывая какое огромное количество деревьев ежегодно вырубается для производства бумаги, а также то, что переработка макулатуры не может снизить количество уничтожаемых деревьев, я считаю целесообразным наладить производство бумаги из осенних листьев. И думаю, что такое производство способно существенно сократить вырубку лесов.

Просчитав затраты на производство моей бумаги из листьев я поняла, что затраты конечно потребуются, но эти затраты ниже затрат на производство бумаги из древесины, а значит этот проект вполне может быть реализован на предприятиях, перерабатывающих макулатуру.

И потом, разве есть что-то более ценное, чем жить в зеленом мире и дышать чистым воздухом?

Проделав эту большую работу, я подтвердила свою гипотезу отом, что промышленное производство бумаги из осенних листьев вполне способно сократить вырубку деревьев для изготовления бумаги. Осталось совсем немного: внедрить мой проект впроизводство!

Литература:

  1. Интернет-ресурс http://theecology.ru/interesting/pererabotka-makulaturi
  2. Оборудование целлюлозно-бумажного производства, В. А. Чичаев, А. А. Васильев-М.: Лесн. пром-сть, 1981- 368 с. (3с., с.6.)
  3. Интернет-ресурс http://www.bolshoyvopros.ru/questions/1124041-skolko-vesit-1-m3-opavshih-listev-sobrannyh-grabljami-v-kuchi-dlja-vyvoza.html
  4. Интернет-ресурс http://melagrosnab.ru/ekstruder-dlya-proizvodstva-toplivnyh-briketov-iz-rastitelnoy-biomassy-ev-350–50.html
Социальные комментарии Cackle