Vom Baum zum Blatt: Die Wissenschaft der Papierherstellung

Denkst du bei Papierherstellung an riesige Fabriken? Tatsächlich begann alles viel bescheidener. Die Kunst der Papierherstellung wurde vor fast 2.000 Jahren, um 105 n. Chr., in China von einem Beamten namens Cai Lun perfektioniert. Er nutzte gekochte Baumrinde, alte Fischernetze und Lumpen, um den ersten echten Faserbrei herzustellen.

Das Geheimnis hinter Papier ist ein natürliches Wundermittel: die Zellulose. Diese langen, pflanzlichen Fasern bilden das Gerüst von fast allen Pflanzen. Wenn man Zellulosefasern in viel Wasser auflöst und das Wasser anschließend abfließen lässt, passiert etwas Magisches.

Beim Trocknen bilden die Fasern sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen. Das bedeutet, sie verhaken und verkleben sich auf molekularer Ebene ganz von allein, ohne dass man zusätzlichen Klebstoff hinzufügen muss. Erst mit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert wurde Holz zum Hauptlieferanten für Zellulose – doch das chemische Grundprinzip des verfilzten Pflanzennetzes ist bis heute völlig unverändert geblieben.

Damit aus einem massiven Baumstock ein Blatt Papier wird, muss das Holz in seine mikroskopisch kleinen Einzelfasern zerlegt werden. Dies geschieht in der sogenannten Stoffaufbereitung. Je nach gewünschtem Endprodukt nutzt man dafür rohe mechanische Kraft oder clevere Chemie.

Beim mechanischen Verfahren, dem Holzschliff, werden entrindete Holzklötze schlichtweg unter fließendem Wasser gegen riesige, rotierende Schleifsteine gepresst. Der Vorteil: Fast das gesamte Holz wird genutzt. Der Nachteil: Ein natürlicher Holzklebstoff namens Lignin bleibt in den Fasern. Lignin reagiert auf UV-Licht – das ist der Grund, warum alte Zeitungen am Fensterbrett so schnell gelblich und brüchig werden!

Für hochwertige Papiere nutzt man das chemische Verfahren zur Zellstoff-Gewinnung. Dabei werden Holzschnitzel in großen Kesseln mit speziellen Chemikalien gekocht. Diese Lauge löst das unerwünschte Lignin heraus. Übrig bleiben lange, reine und starke Zellulosefasern. Dieses Papier vergilbt nicht, ist deutlich reißfester und bildet die Basis für deine Bücher und wichtigen Verträge.

Moderne Papiermaschinen gehören zu den größten Industrieanlagen der Welt. Sie sind oft über 100 Meter lang, kosten Millionen und laufen rund um die Uhr. Ihre primäre Aufgabe ist überraschend banal: Sie müssen einem wässrigen Brei, der Fasersuspension, das gesamte Wasser wieder entziehen.

Der Prozess startet in der Siebpartie. Der Brei, der zu 99 % aus Wasser und nur zu 1 % aus Fasern besteht, wird auf ein endloses, extrem schnell laufendes Kunststoffsieb gesprüht. Während das Wasser nach unten abfließt, verfilzen sich die Fasern an der Oberfläche. Die erste zarte Papierbahn ist geboren!

Danach rast das nasse Netz in die Pressenpartie. Hier wird die feuchte Bahn durch schwere, rotierende Walzen geführt, die das restliche Wasser wie bei einem nassen Schwamm rigoros herausquetschen.

Zum Schluss folgt die Trockenpartie. Das Papier läuft im Zickzack über unzählige dampfbeheizte Stahlzylinder. Hier verdampft das letzte Wasser, und die Fasern binden sich endgültig aneinander. Aus 99 % Wasser ist ein festes Blatt geworden.

Das Papier, das am Ende der großen Trockenzylinder herauskommt, ist meist noch ziemlich rau, matt und extrem saugfähig – man nennt es Naturpapier. Würdest du hierauf mit Tinte drucken, würde die Farbe sofort verschwimmen, ähnlich wie bei Küchenrolle. Es muss also veredelt werden.

Der wichtigste Schritt dafür ist das sogenannte 'Streichen'. In einer Streichmaschine wird eine flüssige Schicht aus winzigen Pigmenten (häufig Kreide oder Kaolin) und einem Bindemittel aufgetragen. Diese 'Streichfarbe' füllt die mikroskopischen Täler zwischen den Papierfasern auf und macht die Oberfläche wunderbar glatt und geschlossen – die Voraussetzung für brillante, gestochen scharfe Hochglanz-Drucke.

Um den perfekten Glanz zu erreichen, wird das Papier anschließend kalandriert. Ein 'Kalander' ist ein gewaltiger Turm aus mehreren schweren, teilweise erhitzten Stahlwalzen. Das Papier läuft unter immensem Druck durch diese Walzen. Ähnlich wie ein heißes Bügeleisen die Falten aus einem Hemd presst, verdichtet der Kalander das Papier und verleiht ihm seine finale Dicke und den schönen, seidigen Glanz.

Deutschland ist Weltmeister im Altpapierrecycling, und das aus gutem Grund: Das Wiederverwerten von Papier spart enorm viel Wasser, Energie und vor allem Holz. Der entscheidende Trick bei der Aufbereitung ist das sogenannte De-Inking (Entfärben), denn alte Druckertinte muss restlos verschwinden.

Dabei wird das Altpapier in riesigen Bottichen, den 'Pulpern', in Wasser aufgelöst. Man gibt spezielle Seifen hinzu und bläst Luft von unten in die Mischung. Die wasserabweisenden Tinten- und Farbpartikel heften sich an die aufsteigenden Luftblasen. Oben bildet sich ein grauer Schaum, der die Farbe enthält und einfach abgeschöpft werden kann.

Doch das System hat seine Grenzen. Papier kann leider nicht unendlich oft recycelt werden. Bei jedem Auflösen und Umpumpen brechen die feinen Zellulosefasern und werden immer kürzer. Nach etwa 5 bis 7 Recycling-Zyklen sind die Fasern zu kurz und schwach, um sich noch stabil zu verfilzen. Deshalb muss man dem Kreislauf immer wieder Frischfasern beimischen, damit das Recyclingpapier nicht einfach zerreißt.