Atık Kağıt Üretimi ve Bir Atık Kağıt Tesisinin Enerji Analizi - 1
Bu işlem sırasında, atık kağıtlar harmanlandıktan sonra pulperde lifler açılır, açılan lifler eleklerden geçirilir, temizlenir, rifaynerde öğütülür. Kağıt hamuru hazırlandıktan sonra, kağıt üretiminde sonsuz elek kağıt makinesi, presleme ve kurutma silindirleri kullanılır. Bu çalışmada, tüm bu işlemler hakkında genel bilgiler verilmiş, tesisin enerji analizi yapılmış, tüm kayıplar bulunmuş ve sistemi iyileştirmek için öneriler sunulmuştur.
Anahtar kelimeler: Geri dönüşüm, atık kağıt, enerji
In this study, the system for recycling the waste paper in the Cellulose and Paper Factory (SEKA) at Izmit was examined. In processing recycled waste paper, the preparation of pulp is first done. During this process waste paper is blended, fibers are fractioned in the pulper. These fibers are sieved, washed and grinded in the refiner. After pulp preparation, the waste paper
processing consists mainly of screening, pressing and drying. In this work, each process has been generally described and the energy analysis of the plant has been done. The energy losses have been found for each main unit, and some measures necessary to be taken to achieve technical improvements have been proposed based on the results.
Keywords:Recycling, waste paper, energy
Dünya’da hızlı bir şekilde yıpratıcı bir gelişim sürmektedir. Buna bağlı olarak, doğal kaynaklar hızla gün geçtikçe tükenmekte ve ekolojik denge bozulmaktadır. Bu nedenle, değerlendirilebilir atıkların geri kazanılmayı zorunlu ve istenilen bir işlem haline getirmektedir.
Böylece, kağıt ve karton gibi değerli atıklar ‘geri dönüşüm’ denilen bu yaklaşımla, yeni bir hammadde haline getirilebilir. Bu atıklar, birtakım işlemlerden geçirildikten sonra, ikincil bir hammadde olarak üretim sürecine sokulabilir.
Dünya’da kağıt tüketimine olan gereksinimin artması, buna karşın kağıt yapımında kullanılan selülozun hammaddesi olan odun, saman, pamuk gibi doğal kaynakların azalması, kağıt üreticilerinin atık kağıt kaynağına yönelmesini zorunlu kılmıştır. Kağıt en çok geri kazanılan maddedir. Kağıdın geri kazanılma işlemi işletme maliyeti açısından daha ekonomiktir . Araştırmalarda, çoğu ülkelerde atık kağıtlardan yararlanma oranının geri dönüşüm oranlarından farklı olduğu görülmüştür. Bu farklılık, ülkelerin atık kağıt ithal etmeleri nedeniyle oluşabilmektedir. Yapılan incelemelerde gelişmekte olan ülkelerde atık kağıtların daha çok yurt dışına ihraç edildiği ve buna bağlı olarak da geri dönüşüm oranının düşük olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, gelişmiş ülkelerde atık kağıtlar ithal edilir ve bu yüzden yurtiçindeki atık kağıtları, kullanım oranı düşük kalır [2,3,4]. Odun kullanılarak yapılan kağıt üretiminde yüksek ısı enerjisine ihtiyaç duyulurken, atık kağıtlardan yararlanılarak yapılan üretimde yüksek ısı enerjisi gerekli olmaz [1,2,3,4,5]. Atık kağıt kullanımı, ormanların korunmasındaki rolü dışında, hava ve su kirliliğinin önlenmesine de katkı sağlar. Selüloz tesisinin yatırım ve işletme maliyetinin yüksek olması ve çevre bilincinin güçlenmesi, kağıt endüstrisini hammadde olarak atık kağıtları tekrar kullanmaya yöneltmiştir.
Bu çalışmada, atık kağıtların tanımı yapılmış, atık kağıtların geri dönüşüm gerekliliği, kullanım alanları ve atık kağıt geri kazanım sistemleri incelenmiş, İzmit SEKA Selüloz ve Kağıt Fabrikası’nın enerji analizi yapılmıştır.
1. KAĞIT VE KAĞIT SEKTÖRÜ
Kağıt yaşantımızda büyük önem taşır; ve bugün, bir ülkenin uygarlık düzeyini gösteren, diğer bir ifade ile kültürel ve endüstriyel gelişme durumunu belirten bir ölçü olarak kabul edilir.
Kağıt sanayi; odun, yıllık bitki ve atık kağıt gibi hammaddelerden selüloz, odun hamuru, veya eski kağıt hamuru hazırlanarak değişik mekanik ve kimyasal işlemlerle kağıda, kağıt-kartonlar ve konfeksiyon ürünleri (defter, dosya, kutu, torba, havlu, peçete, mendil vb.) gibi son ürünlere dönüştürülmesine kadar geçen aşamaları içerir . Kağıt, karton ve mukavvaların tanımında kullanılan en belirli özellik, 1 m2’lik sayfanın gram olarak ağırlığıdır. Bu özelliğe göre; kağıt 10-150 g/m2, karton 150-400 g/m2, mukavva ise 400-1200 g/m2 olarak tanımlanır. Kağıt kullanım amaçlarına göre kağıt çeşitli tiplerde üretilir. Kağıtlar Literatürde genel olarak aşağıdaki şekilde sınıflandırılır:
Kültürel kağıtlar: Yazı tabi kağıtları, gazete kağıdı
Endüstriyel kağıtlar: Sargı kağıtları, temizlik kağıtları, kraft torba kağıdı, oluklu mukavva kağıtları, kartonlar, sigara ve ince özel kağıtlar vb.
2. TÜRKİYE’DE KAĞITÇILIĞIN GELİŞİMİ [7,8]
Ülkemizde ilk kağıt üretimine 1936’da İzmit Kağıt Fabrikası ile başlanmıştır. Bu fabrika, 1955 yılına kadar Sümerbank’a bağlı ‘Selüloz Sanayi Müessesesi’ adı altında faaliyetine devam etmiştir. Bu tarihten sonra Türkiye Selüloz ve Kağıt Fabrikaları İşletmesi Genel MüdürlüğüĞ SEKA adıyla müstakil bir iktisadi devlet kuruluşu haline getirilmiştir. 1970 yılında SEKA’nın Aksu (Giresun), 1971 yılında Dalaman (Muğla), 1979’da Çay (Afyon), 1981’de Balıkesir, 1983’de Silifke, 1984’de Taşköprü (Kastamonu) tesisleri faaliyete geçmiştir. 1983 yılında Sümerbank’a bağlı Bolu Lamine ve Lif Levha Müessesesi SEKA’ya devredilmiştir.
Türkiye’de özel sektör 1958 yılından sonra kağıt sanayine girmeye başlamıştır. İlk yıllarda eski kağıda dayalı ve daha çok gri karton üretimi yapılırken, 1970 yılından itibaren üretim cinslerinde değişme olmuştur. Bugün özel sektörde kaliteli karton, yazı tabi kağıtları ve sıhhi kağıt üretimi yapılmaktadır. 1970’te 17.500 ton civarında olan özel sektör üretimi, 133.600 tonluk kamu üretiminin yaklaşık sekizde biri iken, yatırımlardaki artışlarla ilk kez 1991’de SEKA’nın yıllık toplam üretimini aşmıştır. 2003 yılı itibariyle fiili üretim SEKA için 91.289 ton özel sektör için 1.527.985 ton olarak gerçekleşmiştir. 2003 yılı itibariyle toplam kağıt-karton üretiminde özel sektörün payı % 94, SEKA’nın payı ise % 6 olmuştur. Kağıt sektöründe halen 36 adet özel sektör firması ve 2 adet SEKA’ya bağlı kamu işletmesi (İzmit ve Akdeniz) bulunmaktadır.
3. ATIK KAĞIT
3.1. Atık Kağıt Kaynakları ve Atık
Kağıt Türleri [8,9,10]
Atık kağıtların kaynakları genel olarak beş gruba ayrılabilir: gazete basımevleri, matbaa ve kırtasiye imalathaneleri, mağaza ve marketler, evler ve bürolar ile kamu kurum ve kuruluşları. 1950’li yıllarda yayınlanmış bir Bakanlar Kurulu kararnamesi gereğince, kamu kurum ve kuruluşları saklanmasına gerek olmayan atık kağıtlarını SEKA’ya vermek zorundadırlar. SEKA, İstanbul, Ankara, ve İzmir’deki Alım-Satım Müdürlükleri ve yurt geneline dağılmış bulunan sekiz müessesesi aracılığı ile, kamu kurum ve kuruluşlarının birikmiş ve ekonomik miktara ulaşmış olan atık kağıtlarını yükleme ve taşımayı da üstlenerek almakta ve kullanmaktadır.
Atık kağıtlar fabrikalar tarafından ilgili şartnameye göre alınır. SEKA’nın belirlediği bu şartname ile atık kağıtların içerikleri belirlenmiştir. Bu şartnamenin belirlediği atık kağıt türleri karışık eski kağıt, döküntü karton, oluklu mukavva döküntüsü, kitap-dergi-gazete kağıdı ve matbaa artığıdır. Atık kağıt türlerinde aranan özellikler şöyle sıralanabilir:
En çok % 10’a kadar nem içermelidir,
Genelde toz, çöp, zift, yağ, karbon kağıdı, yaldız, polietilen vb. gibi yabancı madde içermemelidir. Yabancı madde oranı en çok %3 olmalıdır,
Bütün kesintiler %90 kuru madde esasına göre hesaplanmalıdır,
Stoklamaya ve istiflemeye elverişli bir şekilde balyalanmış olmalıdır.
Atık kağıtların ev çöpleriyle karıştırılmadan paketlenmiş veya kenevir çuvallar içinde toplanmış olması tercih edilmektedir. Ev çöpleri ile karışmaları halinde kağıtlar ıslanmakta ve kirlenmektedir. Bunun sonucunda ise kağıt elyafında fermantasyonla birlikte bozulma başlamaktadır. Diğer yandan kağıtların ıslanarak ve ağırlaşmaları, ekonomik şekilde taşınmalarını, dolayısıyla uygun ve ekonomik bir hammadde kaynağı olmalarını engellemektedir. Ayrıca, kağıt içindeki yabancı maddelerin çokluğu kağıdın sınıfını düşürmektedir.
Genelde karışık ve dağınık şekilde toplanan atık kağıtlar toplayıcı işletmelerde yabancı maddelerden arındırılarak cinslerine göre ayrılır ve tozlarından arındırılmak üzere parçalayıcılara gönderilir. Daha sonra balya preslerinde otomatik olarak balyalanan atık kağıtlar öncelikle tamamen selülozdan imal edilmiş ürünler (Poz A: kraft ve 1.hamur) ve atık kağıt ile birlikte selüloza karışmış olarak imal edilmiş ürünler (Poz B: kromo, gazete, oluklu vb.) olmak üzere, iki ana gruba ayrılarak kağıt fabrikalarına gönderilirler.
3.2. Türkiye’de Atık Kağıt [8,9,10,11]
Atık kağıttan kağıt üretiminin Dünya’daki uygulaması giderek yaygınlaşmaktadır. Yurdumuzda da kağıt ve karton üretimi selüloz, saman ve atık kağıt kullanılarak yapılmaktadır. Bu üretim tipinin avantajları çoktur. En önemli avantajlarından biri çevrenin korunması, diğeri ise kağıt üretiminin daha ekonomik ve kolay yapılabilmesidir. Orman kaynaklarımız kağıt üretimine paralel olarak gelişmemekte, bu yüzden kağıt sanayii için hammadde sıkıntısı doğmaktadır. 1 ton kağıt üretimi için yaklaşık 3 m3 ağaca ihtiyaç vardır. Ülkemiz ormanlarının 2002’de toplam üretimi 20.013.000 m_ dür. Bunun 10.621.000 m3’ü yakacak, 9.392.000 m3‘ü ise başta kağıt üretimi olmak üzere endüstride kullanılmaktadır. Atık kağıdın değerlendirilmesi ile odun kullanımı sınırlandırılabilmektedir. 20 yaşında bir ağaçtan 60 kg kağıt elde edilirken, 150 kg atık kağıttan 100/140 kg mamul kağıt/karton elde edilebilir. Atık kağıttan yeni kağıt yapmak:
% 35 oranında ekonomik yarar sağlar,
% 50 enerji tasarrufu sağlar,
% 95 oranında daha düşük hava kirliliğine neden olur,
Binlerce hektar ormanın yok edilmesini önler.
Atık kağıt kullanılmaması halinde, Türkiye’de günde 175 hektar, Dünya’da ise dakikada 110.000 hektar orman edilebilir. Bunun getireceği doğa tahribatı ve ekolojik dengeye verdiği zarar hiçbir ekonomik bedelle ödenemeyecek kadar ağırdır.
Atık kağıttan kağıt üretiminde dezavantaj olarak nitelendirilebilecek en önemli nokta; atık kağıttan elde edilen hamurun kısa elyaflı olması sebebiyle mukavemetinin az olması ve ancak belirli tipte kağıtların üretiminde kullanılabilmesidir. Yurdumuzda toplanan atık kağıtlardan elde edilen ürünler; fluting ve test liner (oluklu mukavva, dış ambalaj kutuları vb.), kromo karton (ilaç, deterjan vb), temizlik kağıtları (peçete, mendil, tuvalet kağıdı vb), yazı kağıtları (defter, kitap vb), yumurta kartonları ve çatı kaplamaları (ondüline) şeklinde sıralanabilir.
Türkiye’de 2002 yılında olan kağıt-karton tüketim miktarı 2.486.000 ton iken 2003 yılında %14 artmış ve 2.846.000 tona ulaşmıştır. Aynı dönem içinde mamul kağıt karton ithalat miktarı 369.000 ton artış göstererek 1.031.000 tondan 1.400.000 tona ulaşmıştır. İhracat miktarımıza bakıldığında ise; 2002 yılında 188.000 ton iken, 2003 yılında 173.000 tona gerilemiştir. Türkiye’de kullanılan atık kağıt miktarına bakıldığında ise (Tablo 1) tüketiminin arttığı görülmektedir.
Görüldüğü gibi, ülkemiz için de çok değerli bir hammadde kaynağı olan atık kağıdın, geri kazanım oranının ihtiyaca paralel olarak ilk aşamada en azından %50 seviyelerine yükselmesi gerekmektedir. Üretilen kağıt-kartonun bir kısmının geri kazanılması mümkün olmadığı göz önüne alınırsa 2/3’lük geri dönüş oranı (%65) en yüksek verim olarak kabul edilmelidir. Genellikle %50-65 oranı oldukça iyi bir değerlendirme sayılmaktadır. Örnek vermek gerekirse, Avrupa Birliği ülkeleri içersinde Almanya %72, Avusturya % 69, Hollanda %64, İsviçre %63, İsveç %55 ortalama ile yüksek geri kazanım oranına sahip ülkelerdir. Yıllar itibarı ile baktığımızda kullanılan kağıdın geri dönüşüm oranları her yıl belirli bir miktarda artmaktadır.
3.3. Kağıdın Geri Dönüşüm Sınırları
Cam, metal, plastik ve kağıt-karton gibi değerlendirilebilir atıklar geri dönüşümle çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemlerden geçirilerek yeni bir hammaddeye veya ürüne dönüştürülebilir. Kağıt endüstrisinde, kağıdın geri dönüşüm sayısı maksimum beş defa olmak üzere, toplam yaşam döngüsü dörttür. Beş defa üretimden geçtikten sonra kağıt, içerisindeki elyaflar çok fazla küçüldüğünden, tekrar kağıt yapımında kullanılamaz hale gelir. Bir kağıdın geri dönüşümünü etkileyen faktörler; atık kağıdın içerisindeki işlenmemiş elyaf oranı, üretimde kullanılan atık kağıdın cinsi, yabancı maddelerden arındırma teknolojileri, yaş hamur kimyası, pres uygulamaları, dönüştürme ve baskı işlemlerinde kullanılan kimyasal maddeler, baskı mürekkepleri, toplama ve sınıflandırma sistemleri, piyasanın kalite beklentileri, üretilecek kağıdın cinsidir.
Kullanım oranının elyafın yaşam döngü sürecine olan etkisi Şekil 1’de verilmiştir. Şekilden de görüleceği gibi; genel olarak, içerisinde %25 oranında atık kağıt bulunan bir kağıdın iki çevrim sonunda %95 oranında elyaf kullanılamaz durumuna gelmektedir. Hamurunda %50 oranında atık kağıt kullanılmış bir kağıdın dört çevrim sonunda %95, içerisinde %75 oranında atık kağıt kullanılan bir kağıdın ise beş çevrim sonrasında %96 oranında elyafı kullanılamaz hale gelmektedir [9,10].
Prof.Dr. Olcay Kıncay(1), Y.Doç.Dr. Semra Özkan(2)
(1)Yıldız Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi Makina Müh. Bölümü
(2) Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi Kimya Müh. Bölümü