Effizient zum optimalen Partikel

Gudrun Ding: Ein optimaler Partikel erfüllt exakt die Anforderungen der nachgelagerten Prozesse oder der geplanten Anwendung – etwa in Bezug auf Größe, Form, Dichte, Homogenität, Oberfläche, Löslichkeit oder mechanische Stabilität. Dafür müssen Formulierung, Prozess und Anlagendesign ideal aufeinander abgestimmt sein. Gleichzeitig gilt es, den Energieverbrauch stets mitzudenken.

Die spezifischen Stoffeigenschaften der Ausgangsmaterialien sowie die Zielparameter des Endprodukts entscheiden über die Prozesswahl. Die Partikelbildung selbst hängt von Faktoren wie Löslichkeit, Klebrigkeit und Primärpartikelgröße ab. Prozesstechnisch lässt sich dies über Luftgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchte steuern, während eine geeignete Anlagengeometrie die Partikelbildung zusätzlich unterstützt.

Gudrun Ding: Alle genannten Verfahren sind grundsätzlich Trocknungsprozesse. Der Energiebedarf hängt vor allem von der Menge des zu verdampfenden Wassers ab. Bei der Sprühtrocknung oder -granulation, mit typischen Feststoffgehalten von 30 bis 50 Prozent, ist der Energieverbrauch am höchsten. Bei der Agglomeration wird nur so viel Feuchtigkeit eingebracht, bis Partikelgröße und Form erreicht sind. Beim Beschichten hängt die aufzubringende Filmmenge von der Partikelgröße ab: Je feiner das Produkt, desto mehr Beschichtungsmaterial ist nötig. Werden funktionelle Eigenschaften gefordert, kommen häufig niedrigkonzentrierte Polymerlösungen zum Einsatz – also Dispersionen mit hohem Wasseranteil, die entsprechend mehr Energie für das Verdampfen benötigen. Einsparpotenzial besteht, wenn der Feststoffgehalt feuchter Massen oder Suspensionen so hoch wie möglich eingestellt wird und die Prozessparameter – Luftgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchte – optimal aufeinander abgestimmt sind. Auch Teilrückführungen von Prozessluft, um Abwärme und Feuchte weiterzunutzen, tragen zur Energieeffizienz bei. Darüber hinaus lassen sich durch die Wahl des Prozessgases und des Systemdrucks weitere Einsparungen erzielen, etwa in Kreislaufprozessen unter Vakuum oder mit überhitztem Dampf.

Gudrun Ding: Wesentlich ist die Nutzung vorhandener Energiequellen im Gesamtsystem. In einem geschlossenen Energiekonzept werden alle Energieflüsse analysiert, gebündelt und dem Prozess über Wärmetauscher wieder zugeführt. Bei Wirbelschichtprozessen wird beispielsweise die Restwärme der Abluft sowie die Energie des Zerstäubungsgases zurückgewonnen und zur Vorwärmung der Zuluft genutzt. Diese „Wärmeschaukel“ ist bei der Planung neuer Anlagen ein fester Bestandteil, sofern das Temperaturgefälle ausreichend hoch ist. Je nach Prozess kann so im Winter eine Wärmerückgewinnung von bis zu 30 Prozent erreicht werden, im Sommer aufgrund geringerer Temperaturdifferenzen etwa 15 Prozent.

Darüber hinaus lässt sich die Effizienz durch den Einsatz von Wärmepumpen steigern. Sie erhöhen das Energieniveau der gesammelten Restwärme, sodass diese nicht nur dem Prozess selbst, sondern auch vorgelagerten Anwendungen wie Wassererwärmung oder Gebäudeheizung zugeführt werden kann.

Gudrun Ding: Energieeinsparung entfaltet ihre Wirkung besonders dann, wenn sie ganzheitlich gedacht wird. Neben der thermischen Effizienz des Prozesses berücksichtigen wir immer auch die gesamte Produktkette. Für unsere Kunden wird der CO₂-Fußabdruck eines Produktes entlang der gesamten Produktionskette – vom Rohstoff bis zum konsumbereiten Endprodukt – betrachtet. So kann etwa eine höhere Schüttdichte bei gleicher Produktleistung den CO₂-Fußabdruck verringern, weil weniger Verpackungsmaterial, Lagerfläche und Transportvolumen benötigt werden. Ebenso kann eine kompaktere Partikelstruktur die Hygroskopizität (Feuchtigkeitsaufnahme) senken, sodass keine aufwendig beschichteten Verpackungen mehr erforderlich sind. Diese Beispiele zeigen, wie wichtig eine umfassende und unvoreingenommene Betrachtung von Produkt- und Prozessentwicklung ist, um das volle Einsparpotenzial auszuschöpfen.

Gudrun Ding: Eine präzise Erfassung und Auswertung der Prozessdaten ist der Schlüssel für mehr Effizienz. Schon beim An- und Abfahren von Anlagen können automatisierte Abläufe helfen, Energie zu sparen. Optimal eingestellte Regler verhindern Schwankungen im Prozess und sichern gleichbleibende Produktqualität. Die fortlaufende Analyse der Messdaten ermöglicht es, Optimierungspotenziale frühzeitig zu erkennen und Stillstände zu vermeiden.

Gudrun Ding: Die Nutzung überhitzten Dampfes als Prozessgas bietet große Chancen – er erlaubt eine bessere Energienutzung und ist besonders geeignet für oxidationsempfindliche Stoffe. Zwar können hohe Produkttemperaturen limitierend wirken, doch das Potenzial ist enorm und wird weiter erforscht. Ein weiterer Ansatz besteht darin, bei exothermen Prozessen die entstehende Reaktionswärme direkt für den Trocknungsschritt zu nutzen und so den Energiebedarf zu senken. Nachhaltigkeit bleibt der wichtigste Treiber für Innovation – energieeffiziente Prozesse sind ein zentrales Element dieses Fortschritts.

Gudrun Ding: Die technologischen Möglichkeiten sind vorhanden. Entscheidend ist, dass Unternehmen Planungssicherheit für ihre Investitionen erhalten. Die Energiewende bietet große Chancen für Innovation, doch dafür braucht es langfristig verlässliche politische Rahmenbedingungen.

Die Glatt Ingenieurtechnik GmbH mit Sitz in Weimar ist Teil der international tätigen Glatt-Gruppe. Das Unternehmen entwickelt und realisiert Anlagen und Prozesse für die Herstellung und Veredelung von Pulvern, Granulaten und Partikeln für Lebensmittel, Chemie und Pharma.

Für weitere Informationen:

Gudrun Ding
Head of PTF-New Technologies
Glatt Ingenieurtechnik GmbH
Nordstraße 12
99427 Weimar, Deutschland

Email: gudrun.ding@glatt.com
https://foodfeedfinechemicals.glatt.com/de/