Das Projekt "Prädiktive Foulingdetektion in der Lebensmittelproduktion mit Modellen basierend auf realen Daten (FideLio)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass:
Die industrielle Lebensmittelproduktion ist geprägt von hohem Ressourceneinsatz (Energie, Wasser, Reinigungsmittel) für die Verarbeitung der Lebensmittel und das anschließende Reinigen der Produktionsanlagen. Aufgrund des starken Automatisierungsgrades und hohen vorgesehenen Sicherheiten beim Ressourceneinsatz für die hygienische Durchführung der Reinigungsprozesse ist das Einsparpotential entsprechend groß. Ein steigender Kostendruck sowie insbesondere das mittlerweile omnipräsente Bewusstsein für die Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks vom Landwirt über die Verarbeitung bis zum Verbraucher führen zu einer großen Motivation, diese Potentiale zu nutzen.
Eckpunkte dabei sind:
• Fouling, d.h. die ungewollte Ablagerung auf Oberflächen, tritt in nahezu allen stoffverarbeitenden Produktionsprozessen auf. Die dabei entstehenden Kosten werden auf 0,25 bis 0,3 % des jeweiligen Bruttoinlandsproduktes (BIP) geschätzt, d.h. alleine für Deutschland ein Betrag im oberen einstelligen Milliarden € Bereich.
• Lebensmittel enthalten aufgrund ihrer größtenteils organischen Zusammensetzung viele Inhaltsstoffe, wie Proteine, Stärken, Fette, etc., die besonders stark zur Ablagerung und Haftung auf den Oberflächen der Produktionsanlagen neigen.
• Kritisch ist hier u. a. der Aspekt der Lebensmittelsicherheit. Wenn z.B. durch Fouling der Wärmeübergang reduziert wird, können kritische Zieltemperaturen beim Pasteurisieren nicht mehr erreicht und berechnete Mindesthaltbarkeitsdaten nicht garantiert werden. Des Weiteren sind die meist organischen Ablagerungen eine Nahrungsquelle und damit bevorzugte Siedlungsorte für Mikroorganismen, von denen das Produkt aus dem Prozess heraus kontaminiert werden kann.
• Gegenmaßnahmen im Produktionsprozess erfordern einen erhöhten Einsatz von Primär- und elektrischer Energie zum Gewährleisten des Temperaturniveaus bzw. des Förderstroms (Pumpleistung), was zu einer geschätzten Erhöhung der CO2-Emissionen durch Fouling im Bereich von 2,5 % des Gesamt-CO2-Ausstoßes führt. Auch ist häufig eine Überdimensionierung der Apparate notwendig, was sich im Herstellungsprozess ökobilanziell negativ widerspiegelt.
• Kann das Fouling nicht verhindert werden, erfordert dies zeitintensive und vom Ressourcen- und Energieeinsatz kostenintensive Reinigungsprozesse, deren Validierung eine weitere Herausforderung darstellt. Es wird daher in fast allen Anwendungsfällen 'lieber zu lange, zu heiß, zu intensiv' gereinigt. Neben dem großen Einsatz von Laugen, phosphat- und chlorhaltigen Säuren, Tensiden sowie enzymbasierten Reinigungsmitteln spielt die Ressource Trinkwasser eine wichtige Rolle. So wird z.B. für die Verarbeitung von einem Liter Milch ca. eineinhalb Liter Wasser benötigt.
Daher ist eine zuverlässige Foulingdetektion und -prädiktion schon im Produktionsschritt die Voraussetzung für eine bedarfsgerechte, ganzheitliche, energie- und ressourcenschonende Produktions- sowie Reinigungsstrategie und damit das Hauptziel dieses Projektes. Die Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 55 % als Klimaschutzziels 2030 der Bundesregierung kann dabei nur durch die flächendeckende Einbindung von Zukunftstechnologien erreicht werden. Dabei kommt an Themen wie 'Automatisierung', 'Digitalisierung' und 'Internet der Dinge' niemand mehr vorbei.
Das Projekt "Demonstration eines neuartigen produktionsintegrierten Verfahrens zur Wassereinsparung an der in einem Getränkeabfüllbetrieb vorhandenen Flaschenwaschmaschine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Spielmann GmbH Stiftsquelle durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Bei der Reinigung von Pfandflaschen fallen enorme Abwassermengen an, die hauptsächlich aus verbrauchter Reinigungslauge bestehen. Somit stellen Flaschenwaschmaschinen innerhalb der Flaschenkeller die größten Verbraucher von Frischwasser dar und auch die Stelle des höchsten Abwasseranfalls. Stetig steigende Preise für Frisch- und Abwasser führen immer wieder zu Bestrebungen, die hohen Wasserkosten durch eine Reduzierung der eingesetzten Frischwassermenge zu senken. Ziel des Projektes war es, bei der Stiftsquelle modellhaft durch eine Kombination von verschiedenen Verfahren für die verschiedenen Spülzonen der Waschmaschine eine Reduzierung des Wasserverbrauchs um 50 Prozent zu bewirken. Die verschiedenen Verfahrensschritte sollten in einer Anlage, genannt Typ SA-LEX-AQUA-Eco, zusammengefasst und demonstriert werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Das umweltschonende Reinigungskonzept und die Ergänzung der bestehenden Flaschenwaschmaschine wurde in folgenden Etappen umgesetzt: - Lieferung und Einbau der Anlage; - Verfahrensschritt 1, SALEX-Kreislauf der Warmwasserzone 1; - Verfahrensschritt 2, Start des Entkeimungskreislaufes mit der UV-Anlage in der Kaltwasserzone; - Verfahrensabschnitt 3, Inbetriebnahme des Kühlturms und stufenweise Reduzierung des Wasserverbrauches; - Gewinnung von Betriebsdaten während des reduzierten Frischwasserzulaufes. Fazit: Im Flaschenkeller ist die Flaschenwaschmaschine der größte Verbraucher von Frischwasser. Durch maschinentechnische Fortschritte wird in neuen Maschinen der Frischwasserverbrauch reduziert. 1980 lag der Wasserverbrauch bei 1000 ml pro Flasche, Anfang der 90-iger Jahre bei 300-400 ml pro Flasche. Heute kann er bereits etwa 150 ml pro Flasche erreichen. In der Stiftsquelle wurde der Wasserverbrauch der vorhandenen Maschine von 530 auf 264 ml reduziert. Die gewählte Version zur Wassereinsparung hat sich nach den betrieblichen Auswertungen der Stiftsquelle als überaus positiv und zuverlässig heraus gestellt. Das Verfahren ist nach Einschätzung der Projektpartner auf viele ältere Flaschenwaschmaschinen übertragbar und mit wirtschaftlichen Vorteilen zu betreiben.