Neue Anforderungen an die Effizienz

Tiefkühlprodukte fahren weltweit jährlich wachsende Umsätze ein. Auch der Markt in Deutschland entwickelt sich weiter positiv, wie aktuelle Zahlen des Deutschen Tiefkühlinstituts (dti) zeigen: Geschäftsführerin Sabine Eichner erwartet für das Gesamtjahr 2023 ein Absatzwachstum von 3,5 Prozent auf über vier Millionen Tonnen. Für den Gesamtumsatz prognostiziert das dti ein Wachstum von 15,3 Prozent auf 21,38 Milliarden Euro. „Trotz der positiven Prognose muss die Marktentwicklung im Bereich Tiefkühlkost differenziert betrachtet werden“, sagt Eichner. Innerhalb der einzelnen Warengruppen gab es unterschiedliche Entwicklungen: Während tiefgekühlte Backwaren, Fleisch, Fisch, Gemüse, Fertiggerichte und Snacks bis zur Jahresmitte im Vergleich zum Vorjahr mehr oder weniger stark im Minus lagen, konnten sich Kartoffelprodukte, Obst, Käse, Alternativen für die vegetarisch-vegane Ernährungsweise und auch Pizza im Tiefkühlsegment gut behaupten, teilweise sogar beim Absatz zulegen.

Nach Berechnungen des dti für den Absatz im LEH und bei den TK-Heimdiensten wird der Markt 2023 stagnieren. Die Ursachen für die Wachstumspause in diesem Segment liegen unter anderem in den stark gestiegenen Einkaufspreisen für Energie. Um so wichtiger ist es für die Unternehmen der Branche in energieeffiziente Prozesstechnologien zu investieren, wie sie auf der Anuga FoodTec zu finden sind. Denn eine Vielzahl von Prozessschritten in der Tiefkühlproduktion braucht Kälte – zum Beispiel das Frosten von Fertiggerichten oder die Gefriertrocknung von Suppen und Soßen. Auch die Kühlung während der Produktion und des Transports kann für Hersteller schnell eine entscheidende Größe im Kostengefüge darstellen und zum Preistreiber werden. Überdies kommt es für Produzenten in Zeiten des fortschreitenden Klimawandels und der Energiewende verstärkt auf eine möglichst ressourceneffiziente und nachhaltige Nutzung von Energie an.

Zu den Unternehmen auf der Anuga FoodTec, die auf Kältetechnik spezialisiert sind, gehört zum Beispiel GEA. Der Maschinenbauer liefert neben der gesamten Kälteanlage auch ein passendes Wärmerückgewinnungssystem. Angesichts des wachsenden Interesses an ökologischer Nachhaltigkeit blicken Lebensmittelproduzenten mit zunehmender Aufmerksamkeit auf diese Option. GEA identifiziert, bei welchen Prozessen Abwärme gewonnen und für andere Prozesse genutzt werden kann. Hierfür steht ein breites Portfolio an Wärmepumpen für verschiedene Verwendungen, bei denen sowohl geheizt als auch gekühlt werden muss, zur Verfügung. Als Herzstück jeder Anlage spielt die zum Einsatz kommende Verdichter-Technologie eine entscheidende Rolle. Moderne Kolbenverdichter wie die der V-Serie sind speziell für den hohen Verdichtungsenddruck in einer Wärmepumpe ausgelegt. Sie bieten Kondensationstemperaturen, die je nach Auslegung für den Betrieb mit Niedertemperatur-Warmwasser ebenso geeignet sind wie für die Bereitstellung von Prozesswärme von bis zu 95 Grad Celsius.

Sowohl bei Wärmepumpen als auch bei Kälteanlagen setzt GEA auf den Betrieb mit Ammoniak als natürliches Kältemittel. Beide Technologien arbeiten nach demselben physikalischen Kreislaufprinzip des Carnot-Prozesses, bei dem ein Kältemittel in einem geschlossenen System zirkuliert. Das Prinzip: Das flüssige Kältemittel verdampft bei niedrigem Druck und nimmt über einen Wärmetauscher Wärme aus der Umgebung oder einem zu kühlenden System auf. Wird das verdampfte Kältemittel danach verdichtet, gibt es Wärme an einen Heizkreislauf wieder ab. So können Wärmepumpen eingesetzt werden, um alte Kälteanlagen und Heizkessel gleichzeitig auszutauschen. Ein Sachverhalt, den nicht nur die Hersteller von Tiefkühlkost interessiert. Denn nahezu jedes Unternehmen in der Lebensmittelindustrie hat eine oder mehrere Kälteanlagen in Betrieb. Häufig sind diese bereits seit vielen Jahren im Einsatz und wurden nicht erneuert. Hinzu kommt: Ändert sich das Produktsortiment, ändern sich auch die Prozesse in der Produktion. Mit steigendem Kälte- und Wärmebedarf steigt auch der Bedarf an energieeffizienten und klimafreundlichen Konzepten.

Wollen Lebensmittelproduzenten Kälte- und Wärmeanlagen effizient und nachhaltig betreiben, müssen sie die Systeme kontinuierlich anpassen. Wie so eine Lösung aussehen kann, zeigt ein Projekt, das GEA für Wipasz realisiert hat, einer der größten Geflügelverarbeiter in Polen. Der Zerlegebereich des Betriebs mit einer Kapazität von bis zu 14.500 Hähnchen pro Stunde ist sehr geräumig. Das Geflügel muss unmittelbar nach dem Schlachtprozess schnell auf vier Grad Celsius abgekühlt werden und dann während des gesamten Zerlege- und Verpackungsprozesses auf dieser Temperatur und bei niedriger Luftfeuchtigkeit gehalten werden, bis es für den Vertrieb weiter gekühlt oder eingefroren wird. Um die Umgebungstemperaturen für eine niedrige Fleischtemperatur zu erreichen, installierte GEA insgesamt 5,3 Megawatt Kühlleistung für fünf Plattenfroster, fünf Chargengefriertunnel, zwei Kühlhäuser und 64 Luftkühler. Die Ausstattung der Anlage umfasst die Hubkolbenverdichter Grasso V1800 für die Klimatisierung des Werks, einem Grasso-Schraubenverdichter SP1 für den primären Kühlprozess des Geflügels und einen Grasso Schraubenverdichter SP2 für das Einfrieren sowie die Erzeugung der Wärme für Wasser und Klimatisierung.

Überdies installierte GEA acht Lüftungsanlagen zur Belüftung der Produktionsräume sowie vier weitere zur Klimatisierung des Bürogebäudes. Alle werden aus der zentralen Ammoniakanlage mit Kälte gespeist und der daraus zurückgewonnenen Wärme mit Heizleistung versorgt. Wipasz erhielt außerdem zwei Wärmerückgewinnungssysteme, die den gesamten Warmwasser- und Heizbedarf abdecken, einschließlich der Büros und Sozialräume. Da die Produktionsräume trocken sein müssen, hat das Unternehmen einen hohen Heizbedarf. Der Gesamtwärmebedarf einschließlich aller Bürogebäude und technischen Bereiche liegt bei 3,9 Megawatt. Die speziell auf diese Aufgabe zugeschnittene 65-HP-Wärmepumpe ist eine wichtige Komponente des Abwärmerückgewinnungssystems der Fabrik und erzeugt höhere Temperaturen von bis zu 55 Grad Celsius.

Die maximale Temperatur, die unsere Heizer erreichen können, beträgt 250 Grad Celsius. Beim cera2seal-System sind die Heizkreise mit integrierten Temperatursensoren nahe der Heizoberfläche platziert. Zudem haben unsere Heizpixel eine an die Siegelaufgabe angepasste Dimension von wenigen Millimetern und können individuell in ihrer Temperatur geregelt werden. Somit heizen beziehungsweise versiegeln unsere Systeme punktgenau und bringen die Wärme gezielt dorthin, wo sie gebraucht wird.

Doch nicht nur in der Kältetechnik spielt das Konzept der Wärmerückgewinnung seine Stärken aus. Überall, wo Kompressoren zum Einsatz kommen und im Prozess Bedarf an Druckluft besteht, können Lebensmittelproduzenten Energie sparen – von der pneumatischen Förderung bis zur Verpackung. Aufgrund der Thermodynamik ist die Drucklufterzeugung automatisch mit einer großen Menge an Wärmeenergie verbunden. Die thermische Energie aus der reinen Abluft lässt sich etwa für die direkte Raumbeheizung angrenzender Büroflächen oder Produktionsbereiche verwenden. Mit Schraubenkompressoren, bei denen der Anschluss von Abluftkanälen vorgesehen ist, gewährleistet der Kompressorhersteller Kaeser es, die Abwärme zu nutzen, etwa um Räume mit der erwärmten Kühlluft zu heizen.

Das größte Abwärmepotenzial schlummert jedoch im druckseitigen Gasstrom selbst. Ein Großteil der elektrischen Energie ist dort in Form von Wärme gebunden. Für die Nutzung dieser Energiequelle stellen Druckluftspezialisten, zu denen auf der Anuga FoodTec auch Aerzen gehört, Rohrbündelwärmetauscher bereit, die die Unterstützung von Heizungssystemen und die Warmwasserbereitung ermöglichen. Basis einer jeden Abwärmenutzung ist die Ermittlung der verfügbaren Wärmemenge. Diese hängt von der nutzbaren Temperaturdifferenz, dem Massen-, beziehungsweise Volumenstrom, der zeitlichen Verfügbarkeit sowie der spezifischen Wärmekapazität des Wärmeträgermediums ab. Durch Abstimmen der Wärmerückgewinnungslösungen auf die jeweilige Applikation, kann die für die Drucklufterzeugung aufgewandte elektrische Energie zu einem großen Teil zurückgewonnen und der Gesamtwirkungsgrad der Drucklufterzeugung erhöht werden.