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.
Für Wärmebedarfe, die über reine Heizanwendungen (Warmwasser bis 90 Grad C) hinausgehen, können BHKW häufig nicht wirtschaftlich eingesetzt werden, da deren Kühlkreisläufe in der Regel auf max. 95 Grad C begrenzt sind und damit ein erheblicher Teil der Abwärme des BHKW ungenutzt bliebe. Oftmals besteht in der Industrie Bedarf an höher temperierter Prozesswärme, häufig bis zu 120 Grad C in Form von Heißwasser für bspw. Zwecke der Trocknung oder Pasteurisierung. Teilweise werden Fern- und Nahwärmenetze ebenfalls bei Temperaturen über 100 Grad C betrieben, weswegen auch hier der Einsatz von Standard-BHKW häufig nicht darstellbar ist. Das hier skizzierte Vorhaben hat die Entwicklung des eQBooster HT zum Ziel, einer vom heißen Abgas des BHKW angetriebenen Absorptionswärmepumpe, die bis zu 60% mehr Prozesswärme bei bis zu 120 Grad C aus dem BHKW nutzbar macht, ohne zusätzlichen Energiebedarf und Emissionen. Sie wertet dabei Abwärmen des BHKW auf, die sonst ungenutzt blieben. Der Brennstoffnutzungsgrad kann auf bis zu 93 % gesteigert werden. Zudem lässt sich eine attraktive Wirtschaftlichkeit darstellen. Am Ende des Projekts soll ein ausgearbeitetes Konzept für den eQBooster HT für BHKW in der Leistungsklasse 500 kWel stehen, so dass daran anschließend eine reale Umsetzung möglich wird und bspw.. in einem Demo- oder Feldtestprojekt die Effizienz und Praxistauglichkeit demonstriert werden kann.
Die Betriebstemperatur einer bestehenden landwirtschaftlichen 150 kW-Biogasanlage für Biomasse mit Gülle und Mais soll von 51 C auf etwa 60 C im Großmaßstab gesteigert werden, um über einen stabilen Gleichgewichtszustand das Optimum des Abbaus in punkto spezifischer Elektrizitätsproduktion und Hygienisierung pro Tonne Substrat zu finden. Die Prozessstabilität bei Hochdurchsatz (größer als 10 kg oTR/m3/d), kurzen Aufenthaltszeiten (kleiner als 20 d) und hohen Biogasausbeuten bzw. Abbauraten (größer als 80 Prozent) stehen im Vordergrund der geplanten Verfahrensentwicklung. Durch die besondere Bauhöhe des Zylinder-Biogasreaktors und die hohen Temperaturen wird automatisch der H2-Partialdruck für die Methanbildung gesteigert. Zur Absicherung der aus eigenen Versuchen resultierenden Annahme einer dominierenden Präsenz hydrogenotropher Euryarchaeota (stäbchenförmig) bei +/- 60 C soll die Verfahrensoptimierung nebst der üblichen Betriebsbilanz von Input (Substrat) und Output (TS/oTS, Biogas, Fettsäuren, Pufferkapazität, Leitfähigkeit, pH, Ammonium/Ammoniak, Spurenelemente) zusätzlich durch einen mikroskopisch bestimmten Qualitätsindex (QMF Quantitatives Mikrobielles Fingerprinting) validiert werden (FNR, HAW-FKZ 22001607), um parallel einen direkten Einblick in den Zustand der Gärbiologie zu ermöglichen. Die mikrobiellen Ergebnisse sollen durch molekularbiologische Analysen ergänzt werden. Konventionelle Plattenkultivierungen von hygienerelevanten Bakterien zur Ermittlung des Pasteurisierungsgrades sind ebenfalls geplant. Die Ergebnisse kommen der Fachwelt zugute.
The projectss aim is to show the practicability in terms of integrating big solar thermal systems in brewing industry processes. Brewing Industry Processes qualify themselves for the integration of solar heat because of their process temperatures. Processes with temperature ranges between 50 to 100 degrees C are very capable for the integration of solar thermal plants as the efficiency of solar collectors (flat plate and vacuum tube) in this temperature range is high. To accumulate experience in this field of technology the construction of three solar thermal plants in three different locations of HEINEKEN Supply Chain B.V. is planned: one in Portugal, one in Spain and one in Austria (Gösser). The total installed capacity of these plants will be 5,08 MWth corresponding to a 7.270 m collector area.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen, praxisgerechten und erprobten Konzepts für die Nutzung von Abwärme auf Niedrigtemperaturniveau aus BHKW-Anlagen mit Mischgasbetrieb für Flaschenpasteure der Lebensmittelindustrie. Die Erdinger Weißbräu wird im Rahmen dieses Fördervorhabens 'Energieeffiziente Brauerei' zwei Gas-BHKW von MTU Onsite Energy Augsburg, sowie einen Niedertemperatur-Tunnelpasteur beschaffen. In der Laufzeit des Vorhabens von 3,5 Jahren werden die oben genannten Komponenten weiterentwickelt und aufeinander abgestimmt, um eine optimierte, energieeffiziente und nachhaltige Nutzung nachzuweisen.
Das Verbreitungsrisiko von Pflanzenkrankheiten und Unkrautdiasporen durch den vermehrten Einsatz von Nachwachsenden Rohstoffen und Gülle in Biogasanlagen wird abgeschätzt und Vermeidungsstrategien werden entwickelt. Es sollten Mindestanforderungen an Technik und Betrieb von Biogasanlagen formuliert werden, welche für die eingesetzten Substrate und deren spezifische Schadorganismen die phytohygienische Unbedenklichkeit der Gärrückstände gewährleisten. Falls Bedarf besteht, werden düngemittelrechtliche Anforderungen an die phytohygienische Beschaffenheit eingesetzter Substrate und/oder die Gärreste aus Biogas-Anlage definiert. Ein Screening zur Inaktivierbarkeit von insgesamt 11 Pathogenen (17 Wirt-Pathogen-Systeme) wird zunächst in Laborfermentern (10 l Gärraum) vorgenommen. In den Prüfungen werden unterschiedliche Betriebsweisen, Expositionszeiten sowie Dauer der Gärrestlagerung einbezogen. Für sehr widerstandsfähige Schadorganismen, die weder mit einer mesophilen noch thermophilen Vergärung inaktiviert werden können, wird die Eignung einer Pasteurisierung geprüft. In Biogaspraxisanlagen werden darüber hinaus die Pathogene in Trägern eingebracht, um die aus den Laborversuchen generierten Ergebnisse zu validieren. Ergänzend sollen Unkrautdiasporen in der Biogaskette erfasst und bewertet werden. Dazu wird ein Monitoring des In- und Outputs der Praxisanlagen auf Samen und austriebbsfähige Pflanzenteile durchgeführt. Zum Einsatz kommen pflanzenbauliche, mikrobiologische, molekularbiologische und statistische Arbeitsmethoden.
Das Verbreitungsrisiko von Pflanzenkrankheiten und Unkrautdiasporen durch den vermehrten Einsatz von Nachwachsenden Rohstoffen und Gülle in Biogasanlagen wird abgeschätzt und Vermeidungsstrategien werden entwickelt. Es sollten Mindestanforderungen an Technik und Betrieb von Biogasanlagen formuliert werden, welche für die eingesetzten Substrate und deren spezifische Schadorganismen die phytohygienische Unbedenklichkeit der Gärrückstände gewährleisten. Falls Bedarf besteht, werden düngemittelrechtliche Anforderungen an die phytohygienische Beschaffenheit eingesetzter Substrate und/oder die Gärreste aus Biogas-Anlage definiert. Ein Screening zur Inaktivierbarkeit von insgesamt 11 Pathogenen (17 Wirt-Pathogen-Systeme) wird zunächst in Laborfermentern (10 l Gärraum) vorgenommen. In den Prüfungen werden unterschiedliche Betriebsweisen, Expositionszeiten sowie Dauer der Gärrestlagerung einbezogen. Für sehr widerstandsfähige Schadorganismen, die weder mit einer mesophilen noch thermophilen Vergärung inaktiviert werden können, wird die Eignung einer Pasteurisierung geprüft. In Biogaspraxisanlagen werden darüber hinaus die Pathogene in Trägern eingebracht, um die aus den Laborversuchen generierten Ergebnisse zu validieren. Ergänzend sollen Unkrautdiasporen in der Biogaskette erfasst und bewertet werden. Dazu wird ein Monitoring des In- und Outputs der Praxisanlagen auf Samen und austriebbsfähige Pflanzenteile durchgeführt. Zum Einsatz kommen pflanzenbauliche, mikrobiologische, molekularbiologische und statistische Arbeitsmethoden.
Ziel des vorliegenden Projekts ist die Entwicklung von neuen Regelkonzepten für Pasteurisationsanlagen: Durch den Einsatz moderner Regelungstechnik bei der Automatisierung von energieintensiven Prozessen wie der Wärmebehandlung (Pasteurisation) von Lebensmitteln (Getränke, Milchprodukte, etc.) lassen sich beträchtliche Energie-Einsparungen besonders kosteneffizient erzielen. Gemeinsam mit dem Industriepartner VOIGT+WIPP Engineers GmbH wurde daher eine Technikumsanlage zur Entwicklung von Effizienz- und Performance steigernden Regelkonzepten für Pasteurisationsanlagen geplant und errichtet. Die Anlage verfügt über umfassende messtechnische Ausstattung und bietet die Möglichkeit, das Betriebsverhalten realitätsnah zu optimieren. Im beantragten Projekt kommen dabei modellprädiktive Regelalgorithmen zum Einsatz, die speziell für den Einsatz der Regelung komplexer Prozesse mit Verzögerungen und wiederkehrenden Störungen, wie sie bei Pasteuristationsanlagen auftreten, entwickelt werden. Aufgrund stark veränderlicher Bedingungen beim Betrieb solcher Anlagen wie etwa der typischen Vielzahl unterschiedlicher Produkte, verschiedener Lastzustände, Anfahrvorgänge und variabler Temperaturprofile, können Wärmebehandlungsanlagen dieser Art mit konventionellen Regelkonzepten nicht die Potentiale für maximale Effizienz und wirtschaftlicher Betriebsleistung ausschöpfen. Die Sensorik der Technikumsanlage mit Temperatur- und Durchflusssensoren sowie Aktoren zur Verstellung von Pumpendrehzahlen und Heizleistung erlauben die Durchführung umfassender Tests unterschiedlicher Regelkonzepte zur automatisierten Maximierung der Wärmerückgewinnungsrate sowie der Geschwindigkeit auf Korrektur von Produktionsparametern. Die Herausforderung der robusten Regelung von Pasteurisationsanlagen mit Wärmerückgewinnung liegt im wiederkehrenden Auftreten von systembedingten Temperaturschwankungen. Mittels Synthese adaptiver Regler, die in Simulationen bereits eine deutliche Steigerung der Regelperformance gezeigt haben, soll nun in diesem Projekt die Anwendbarkeit auf eine reale Anlage untersucht und gezeigt werden. Die Projektergebnisse werden vom Industriepartner VOIGT+WIPP Engineers kommerziell für Anlagenbetreiber und -bauer als Optimierungslösung angeboten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 43 |
| Europa | 1 |
| Land | 3 |
| Weitere | 4 |
| Wissenschaft | 15 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 41 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 7 |
| Umweltprüfung | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 7 |
| Offen | 42 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 49 |
| Englisch | 5 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 3 |
| Keine | 38 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 10 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 26 |
| Lebewesen und Lebensräume | 47 |
| Luft | 19 |
| Mensch und Umwelt | 50 |
| Wasser | 22 |
| Weitere | 50 |