صنعت کاغذ و بسته بندی کاغذی به منبعی کارآمد، فراوان و مقرون به صرفه از الیاف سلولزی برای تولید طیف وسیعی از محصولات کاغذی که امروزه استفاده می کنیم، مانند روزنامه، مجلات، دستمال کاغذی و بسته بندی کاغذی، وابسته است. رایج ترین منبع فیبر، درختان هستند که منبعی طبیعی، تجدیدپذیر و پایدار به شمار می روند، با این حال، سلولز همچنین می تواند از منابع کشاورزی دیگر نیز به دست آید.
الیاف جایگزین چیست؟
سلولز، که از الیاف گیاهی درختان و سایر گیاهان به دست می آید، ماده اصلی و ضروری در ساخت کاغذ است. فیبر چوب (از جمله الیاف بازیافتی) به دلیل در دسترس بودن با صرفه اقتصادی، داشتن نسبتا بالای سلولز و ویژگی های فنی قابل اعتماد، رایج ترین منبع مورد استفاده در کاغذسازی مدرن به شمار می رود. با این حال، الیاف جایگزین نیز وجود دارند که از علف ها، کرک دانه ها و دیگر بخش های گیاهان (مانند الیاف لیبری و برگ ها) تهیه می شوند. این الیاف جایگزین در طول تاریخ مورد استفاده قرار گرفته اند، هرچند حجم استفاده از آنها نسبتا کم بوده است.
تاریخچه
تا اواسط قرن نوزدهم، کاغذ به طور سنتی از تکه های لباس و گاهی اوقات مواد گیاهی مانند کاه ساخته می شد. پیشرفت در فناوری پالپ سازی و سفید کنندگی، و همچنین عوامل اقتصادی، باعث توسعه سایر الیاف از جمله کنف اسپارتو و الیاف چوب شد. از دهه 1940، کاغذسازی در اروپا و آمریکای شمالی به دلیل تجدیدپذیر بودن و قابلیت بازیافت، خواص فنی، هزینه نسبتا پایین و در دسترس بودن در تمام طول سال، بر استفاده از الیاف درختان متمرکز شد. در حالی که برخی از تولیدکنندگان در آسیا (به ویژه چین و هند) به استفاده از ضایعات کشاورزی مانند کاه ادامه دادند، حجم تولید شده توسط کارخانه های کوچک و آلاینده در چین در سال های اخیر به دلیل تعطیلی اجباری ظرفیت منسوخ شده توسط دولت، به شدت کاهش یافته است. بنابراین، امروزه می توان تخمین زد که 97 درصد از الیاف به طور جهانی از درختان یا کاغذ برای بازیافت به دست می آید. با این حال، همچنان بررسی های اندکی در مقیاس کوچک در حال انجام است تا ببینیم آیا از الیاف جایگزین می توان برای تکمیل چوب استفاده کرد.
انواع الیاف جایگزین
به طور کلی، تقریبا از هر الیاف گیاهی می توان برای ساخت کاغذ استفاده کرد، اما ویژگی های آنها متفاوت است و تنها تعداد کمی از نظر تجاری مقرون به صرفه هستند.
- کاه زمانی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفت، اما به طور سنتی با مشکلاتی مانند زهکشی کند در طول کاغذسازی و پتانسیل آلودگی بیشتر، همراه با هزینه بالاتر و کیفیت پایین تر نسبت به خمیر چوب دست و پنجه نرم می کرد.
انواع الیاف جایگزین
- پنبه و کتان همچنان با داشتن درصد بسیار بالایی از سلولز، الیاف عالی برای کاغذسازی باقی مانده اند. این ویژگی ها به کاغذ استحکام برتر و لطافت لوکس می بخشد اما هزینه بالاتری در بر دارد.
- بامبو از نظر فنی شبیه خمیر چوب است و در برخی نقاط جهان، به ویژه در آسیا، به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، هرچند با حجم نسبتا کم.
- باگاس، باقیمانده الیافی پس از استخراج شکر از نیشکر، رفتاری شبیه کاه دارد اما پردازش آن دشوارتر است.
- چغندر قند نیز به دلیل داشتن میزان کم لیگنین (ماده چسبنده ای که الیاف را به هم متصل می کند و باعث ایجاد ناخالصی در کاغذ می شود) پتانسیل بالقوه ای دارد، اما استفاده از آن در مقیاس وسیع ثابت نشده است.
مزایای الیاف چوب
الیاف چوب ثابت شده است که مزایای متعددی را به همراه دارد. این الیاف دارای هزینه نسبتا کم و در حجم کافی و به صورت دایمی در دسترس هستند. همچنین ویژگی های فنی کلیدی مانند استحکام و قابلیت چاپ را ارایه می دهد و بسته به گونه درخت و تکنیک پالپ سازی، طیف گسترده ای از ویژگی ها را در اختیار می گذارد. به دلیل فراوانی آن، رفتار الیاف چوب به خوبی درک شده و قابل اعتماد است، به این معنی که صنعت برای استفاده کارآمد از آن بهینه شده است.
مهمتر اینکه، الیاف چوب دارای ویژگی های پایداری شناخته شده ای نیز می باشد. سیستم های ردیابی قوی برای تأیید اینکه الیاف از جنگل های تحت مدیریت خوب به دست می آیند وجود دارد که این امر می تواند از تنوع زیستی حمایت کرده و به مقابله با تغییرات آب و هوایی کمک کند. در تولید، از محصولات جانبی پالپ سازی الیاف چوب به طور معمول برای تولید انرژی استفاده می شود.
جنگل‌های مدیریت‌شده پایدار، که معمولا چوب کاغذ از آنها به دست می‌آید، به‌عنوان حمایت کننده‌هایی برای مناطق حفاظت‌شده عمل می‌کنند و به محافظت از جنگل‌های آسیب‌پذیر در برابر قطع غیرمجاز درختان، تجاوز به حریم جنگل یا تبدیل آنها به زمین‌های کشاورزی کمک می‌کنند. بر اساس آمار، بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۲۰، وسعت جنگل‌های اروپا ۵۸۳۹۰ کیلومتر مربع افزایش یافته است – مساحتی بزرگ‌تر از سوئیس و معادل با 1500 زمین فوتبال در هر روز.
مزایای بالقوه الیاف های جایگزین
استفاده از الیاف جایگزین در ساخت کاغذ دلایل جذابی دارد. این الیاف ممکن است در مناطقی که جنگل ندارند در دسترس تر باشند. همچنین رشد و برداشت سالیانه آنها می تواند در کوتاه مدت، بازدهی الیاف به ازای هر هکتار را به طور قابل توجهی افزایش دهد. این امر تا حدودی می تواند اثرات حمل و نقل ناشی از واردات خمیر چوب را کاهش داده و فشار بر منابع جنگلی را کم کند. نکته مهم این است که از آنچه می تواند به زباله های کشاورزی تبدیل شود، به خصوص در کشورهایی که ممکن است سوزانده شوند، استفاده شود.
از دیدگاه تولید، محتوای سلولز پایین برخی از الیاف های جایگزین می تواند به معنای نیاز به پردازش کمتر و در نتیجه کاهش مصرف انرژی و آلودگی بالقوه باشد. برخی دیگر ممکن است ویژگی های مفیدی مانند استحکام، حجم یا حس لامسه خوبی ارایه دهند.
شواهد محدود
با وجود استفاده تاریخی از الیاف جایگزین در ساخت کاغذ، ابتکارات کنونی عمدتا در مرحله توسعه هستند. ممکن است همچنان فضایی برای الیاف جایگزین در مخلوط خمیر وجود داشته باشد، به ویژه در مناطقی که منابع جنگلی محدودی دارند. با این حال، ادعاهای مربوط به کاهش انتشار کربن و عملکرد بهتر به ازای هر هکتار هنوز در مقیاس تجاری ثابت نشده است. همچنین در مورد قابلیت اقتصادی، ویژگی های فنی و پیامدهای زیست محیطی تردید وجود دارد.
بازيافت
یکی از عوامل کلیدی پایداری که باید برای همه انواع الیاف در نظر گرفته شود، قابلیت بازیافت آن است. در اروپا ۷۴ درصد از کل کاغذ در سال ۲۰۲۰ و ۸۳ درصد از بسته بندی کاغذ در سال ۲۰۱۸ بازیافت شد. کاغذ به طور متوسط سالانه ۳.۵ بار در اروپا بازیافت می شود. اکثر کشورهای اروپایی دارای سیستم های جمع آوری کارآمد برای جمع آوری و بازیافت کاغذ هستند، برخی دیگر در حال توسعه آنها هستند. صنعت کاغذ و بسته بندی کاغذ اروپا توصیه می کند که جایگزین هایی برای الیاف سلولزی چوب، مانند الیاف حاصل از بقایای کشاورزی، برای استفاده در ساخت کاغذ آماده شده و قابل بازیافت باشند.
صنعت کاغذسازی نیاز به بررسی تأثیر این الیاف را در هنگام بازگشت به فرآیند تولید کاغذ متعارف تشخیص می‌دهد.
ملاحظات برای خریداران و مشخص کنندگان
لازم به ذکر است که کاغذهای الیاف جایگزین در اکثر موارد ترکیبی از چوب (یا کاغذ بازیافتی) به همراه الیاف جایگزین هستند. در حال حاضر، نسبت بالاتر محتوای الیاف جایگزین (بیش از ۲۰ درصد) ممکن است به معنای کاهش کیفیت باشد، اگرچه این امر برای برخی کاربردها قابل قبول است.
در رابطه با پایداری، مهم است که در نظر گرفته شود آیا شواهد قابل اعتمادی برای حمایت از ادعاهای مطرح شده وجود دارد یا خیر، و اینکه آیا این شواهد با کاغذهای رایج جایگزین با ویژگی های مشابه قابل مقایسه هستند.
بازاریابی گمراه کننده
با توجه به اینکه سازمان ها محصولات خود را به بازار عرضه می کنند، اغلب اظهارات زیست محیطی گزینشی و گمراه کننده ای را ارایه می دهند که مزایا را بیش از حد بزرگ می کنند. یک مثال بسیار رایج برای کاغذ ساخته شده از الیاف جایگزین این است که این کار باعث نجات درختان و کاهش جنگل زدایی می شود. با این حال، واقعیت این است که جنگل هایی که از آنها کاغذ تهیه می شود در حال افزایش وسعت هستند. علاوه بر این، به جای تمرکز بر یک عنصر انتخابی، کل چرخه عمر باید در نظر گرفته شود.
در اروپا، ارایه چنین اظهارات گمراه کننده‌ای، قوانین و مقررات تبلیغاتی اروپا را نقض می‌کند.
بررسی موردی: کاغذ علفزار
شرکت آلمانی Creapaper از علفزارهای اروپایی که معمولا برای تغذیه حیوانات استفاده می شود، چمن برداشت می کند. این علف به صورت مکانیکی فرآوری می شود، به این معنی که هیچ گونه لینین (ماده ای که در دیواره سلولی گیاهان وجود دارد) از آن جدا نمی شود. در آزمایشات کوچک مقیاس، کاغذی با حداکثر 50 درصد الیاف علفزار تولید شده است و باقی مانده آن از چوب معمولی یا خمیر کاغذ بازیافتی است. محصولات پیشنهادی عمدتا برای بخش بسته بندی در نظر گرفته شده اند.
این شرکت ادعا می کند که میزان انتشار CO2 را تا 75 درصد نسبت به خمیر معمولی که به کارخانه کاغذسازی در آلمان تحویل داده می شود، کاهش داده است. ارزیابی چرخه عمر (LCA) منتشر شده، خمیر با 50 درصد الیاف علفزار (به همراه 25 درصد الیاف چوب و 25 درصد کاغذ باطله) را با ورودی ترکیبی چوب، شامل الیاف آمریکای جنوبی مقایسه می کند. این ارزیابی فرض می کند که خمیر چوب به صورت شیمیایی فرآوری می شود (برای حذف لینین جهت کیفیت بالاتر)، بازده کمتری در هر تن الیاف دارد و در کارخانه غیر یکپارچه استفاده خواهد شد.
مزایای گزارش شده انتخابی هستند و عمدتا به حمل و نقل مربوط می شوند و فرض بر این است که الیاف جایگزین به صورت محلی از کارخانه، در شعاع 50 کیلومتری تأمین می شود.
منابع:
- UN FAO, Forest Products Statistics, 2018
- FAO data, 2020
- European Paper Recycling Council, 2020
- Eurostat, 2018