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Wärmepumpen sollen die Bierproduktion effizienter machen

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In Rheinfelden verarbeitet Feldschlösschen in einem Pasteurisierungstunnel 250 Millionen mit Bier gefüllte Behälter pro Jahr. Dank einer neuen Wärmepumpe ist dieser Prozess energieeffizient und klimafreundlich. Dadurch werden die jährlichen CO2-Emissionen des Unternehmens um 275 Tonnen reduziert.

Eines der beliebtesten Getränke in der Schweiz wird nämlich immer häufiger in Dosen gekauft. Während der Anteil des in dieser Form verkauften Bieres 1980 nur 0,5% betrug, stieg er im Jahr 2000 auf 10% und heute sogar auf 44%. Jedes Jahr konsumieren die Schweizerinnen und Schweizer 400 Millionen Bierdosen.

Im Vergleich zu Glasflaschen hat diese Lösung klare Vorteile: Dosen sind leichter und schützen den Inhalt besser vor Licht. Sie bieten daher ideale Bedingungen für Bier, das kühl und vor Sonneneinstrahlung geschützt aufbewahrt werden muss. Aus technischen Gründen müssen die Dosen nach dem Abfüllen jedoch einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Diese Pasteurisierung sorgt dafür, dass das Bier haltbar bleibt. Große Brauereien verwenden oft einen Pasteurisierungstunnel, mit dem sie große Mengen verarbeiten können.

250 Millionen Flaschen und Dosen pro Jahr
So auch bei Feldschlösschen in Rheinfelden, wo sich ein beeindruckender Pasteurisierungstunnel befindet, der 20 Meter lang und fast 6 Meter breit ist. Innerhalb einer Stunde pasteurisiert die Anlage bis zu 55 000 Dosen oder Flaschen. Die Behälter werden auf einem 4,5 m breiten Förderband, das in zehn Zonen unterteilt ist, in den Pasteurisierer eingeführt. Die geschlossenen Dosen und Flaschen werden in den ersten drei Zonen mit heißem Wasser besprüht, wodurch ihre Temperatur auf 53 °C steigt. Die Wasserstrahlen werden in den nächsten vier Zonen fortgesetzt, um die Pasteurisierungstemperatur zwischen 62 °C und 64 °C zu halten. In den letzten drei Zonen werden die Behälter mit kaltem Wasser besprüht, um sie allmählich auf 28 °C abzukühlen. Der Durchgang durch den Tunnel dauert fast 40 Minuten und die Behälter müssen etwa 20 Minuten warm bleiben. Der Prozess verbraucht also viel Energie, um das Wasser zu erhitzen und seine Temperatur während der Pasteurisierung auf dem gewünschten Niveau zu halten. Die Dosen müssen dann noch weiter abgekühlt werden, bevor sie gehandhabt und verpackt werden können, was ebenfalls nicht ohne Energieeinsatz geht. Jedes Jahr werden bei Feldschlösschen in Rheinfelden rund 250 Millionen Flaschen und Dosen dieser Behandlung unterzogen.

Früher wurde die gesamte benötigte Wärme zentral vom Heizkessel erzeugt, der zu 70% aus erneuerbaren Energien (Biogas und Alkohol aus der Bierproduktion) und zu 30% aus Erdgas bestand. Ein Kühlwasserkreislauf führt die Abwärme des Pasteurisierungsgeräts ab. Wenn die Temperatur der Außenluft sinkt, kühlt ein Kühlturm diesen Wasserkreislauf. Ansonsten muss für diesen Prozess frisches Wasser verwendet werden.

Feldschlösschen erhitzt das Pasteurisierungswasser nun mit einer 400-kW-Wärmepumpe. Damit verbessert das Unternehmen die Energieeffizienz des Prozesses und senkt gleichzeitig den CO2-Ausstoss. Die Wärmepumpe nutzt die Wärme aus dem Kühlprozess des Pasteurisierers und die Abwärme der Luftkompressoren.Bei der Planung des Systems setzte sich Feldschlösschen das Ziel, den CO2-Ausstoss um 400 Tonnen pro Jahr zu reduzieren. Dem Unternehmen war es zudem wichtig, ein umweltfreundliches Kältemittel für die Wärmepumpe zu verwenden. Die Wahl fiel auf das Kältemittel R1234ze. Es gehört zur Familie der HFOs und hat ein Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) von 3, womit es zu den natürlichen Kältemitteln zählt.

Eine wissenschaftlich begleitete Umsetzung
Die Spezialisten von Feldschlösschen planten die Umsetzung des Konzepts intern, bevor sie es mit dem Installateur, der schon lange für das Unternehmen arbeitet, und dem Lieferanten der Wärmepumpe umsetzten. Thomas Janssen, Nachhaltigkeitsverantwortlicher der Feldschlösschen Supply AG, sorgte zudem dafür, dass die Umstellung der Energieversorgung des Pasteurisierungstunnels vom Institut für Energiesysteme der Fachhochschule Ostschweiz wissenschaftlich begleitet und evaluiert wurde.

Die Ergebnisse der fünfmonatigen Messungen von Ekaterina Möhr, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule, zeigten, dass die Wärmepumpe sehr effizient arbeitete und bei einer Kondensationstemperatur von 73°C und einem Temperaturanstieg auf 57°C eine Leistungszahl von 3,2 erreichte. Die neue Anlage ist gut in das System integriert und liefert eine durchschnittliche Heizleistung von 230 kW. Während der 5.200 Betriebsstunden des Tunnels im ersten Betriebsjahr mit der Wärmepumpe konnten 275 Tonnen CO2 eingespart werden. Das ist etwas weniger, als ursprünglich berechnet worden war. Dafür ist der Gasverbrauch entsprechend gesunken.

Bei der Integration der Wärmepumpe in den Produktionsprozess konnte Feldschlösschen zwei grosse Herausforderungen bewältigen.Thomas Janssen und sein Team benötigten einige Zeit, um die im Winter und Sommer unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu meistern. Die Wärmepumpe und die peripheren Systeme mussten sorgfältig an die unterschiedlichen Bedingungen, unter denen die Prozesse ablaufen, angepasst werden. Auch die Integration in die allgemeine Prozesssteuerung erwies sich als heikel. Es sind jedoch gerade solche Herausforderungen, die Thomas Janssen und sein Team motivieren. Der Spezialist mit langjähriger Erfahrung im Prozessbereich sieht in dem Projekt eine neue Quelle nützlichen Wissens, um das Ziel der Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Vor dem geopolitischen Hintergrund des Jahres 2022 ist die Rentabilität eines Projekts schwer zu beurteilen. Bei seinem Start im Jahr 2020 wurden die Investitionskosten auf rund 500 000 Franken und die Amortisationszeit auf 7,5 Jahre geschätzt. Dank eines Zuschusses des Bundes konnte diese Dauer auf etwa 5 Jahre reduziert werden. Eine mögliche weitere Reduzierung wird von der Entwicklung der Strom- und Gaspreise abhängen. Das Team sieht in der verbesserten Einstellung der Betriebsparameter und der Integration der Gebäudeheizung als Wärmeverbraucher ein zusätzliches Potenzial, um das Ziel einer Emissionsreduktion von 400 Tonnen CO2 zu erreichen.

Dieser Artikel wurde auf der Website von EnergieSchweiz veröffentlicht.

Bild: Feldschlösschen
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