Vitakraft erzeugt Stickstoff für Futtermittelverpackungen selbst

Essen/Bremen, August 2018. „Die Idee, Stickstoff selbst herzustellen, statt ihn einzukaufen, war schon vor über zehn Jahren im Unternehmen ein Thema“, sagt Thomas Haake, Instandhaltungsleiter bei der Vitakraft pet care GmbH & Co. KG in Bremen. Der Tierfutterproduzent setzt das Gas regelmäßig ein, um die Haltbarkeit seiner Produkte zu verlängern. „Wir beaufschlagen die Verpackungen mit Stickstoff, um den Sauerstoff daraus weitgehend zu verdrängen. Damit erreichen wir, dass das Produkt länger seine hohe Qualität behält.“ Der geringe Sauerstoffgehalt in den Verpackungen hemme Abbauprozesse, und sauerstoffabhängige Bakterien könnten sich nicht vermehren. Dadurch blieben auch Farbe und Aroma erhalten. „Vor zehn Jahren war es allerdings noch fraglich, ob der Stickstoff in der für uns erforderlichen Reinheit vor Ort produziert werden könnte“, blickt Haake zurück. „Die damalige Geschäftsführung fühlte sich mit der Lieferung durch Gase-Anbieter wohler.“ Heute habe der Markt dagegen längst geeignete Lösungen zur Vor-Ort-Erzeugung von Stickstoff, der die Vitakraft-Anforderungen mehr als erfülle. Vitakraft investierte in eigene Generatoren der Marke Atlas Copco, die eine Reinheit von 99,999 % erzeugen können. „Diese Kapazität schöpfen wir aber gar nicht aus“, betont Haake.

Der Weg zur eigenen Stickstoffstation ist schnell beschrieben. Nach dem Verkauf von Vitakraft an die Firmengruppe Deuerer vor einigen Jahren sprach Haake bei der neuen Geschäftsführung das Thema Gas-Selbstversorgung abermals an. „Wir haben eine Wirtschaftlichkeitsanalyse gemacht, aus der auch hervorging, wie viel Stickstoff durch die Lagerung verschwendet wurde“, erklärt Haake. Dazu muss man wissen, dass der tiefkalt verflüssigte Stickstoff bei geringem Überdruck im isolierten Tank bei –196 °C gelagert wird. Bei steigenden Temperaturen dehnt sich das Gas aus, und es entweicht Stickstoff. Nur mit Überdruckventilen ist eine Lagerung möglich, wobei Verluste nie ganz zu vermeiden sind. Und es besteht immer eine gewisse Gefahr, wenn flüssiger Stickstoff in Behältern gelagert wird, weil er sich beim Übergang in den gasförmigen Zustand fast um den Faktor 700 ausdehnt. Dabei entstehen sehr hohe Kräfte, die gebändigt werden müssen.

„Dafür, dass wir keine riesigen Mengen verbrauchen, war der Aufwand, den wir für die Lagerung betreiben mussten, relativ hoch“, sagt Haake. Die Tanks seien außerdem mit Füllstandsmeldern versehen, so dass ab einer Mindestmenge das Gas automatisch beim Lieferanten nachgeordert wurde. Diese Tanklösung, ebenso wie das Hantieren mit Gasflaschen, fand Haake nicht mehr zeitgemäß. „Wir waren abhängig von unserem Lieferanten, verschwendeten Stickstoff und mussten immer mehr Gas vorhalten, als wir tatsächlich verbrauchten.“ Nachhaltigkeit und der Umweltaspekt sprachen ebenso für die Gas-Eigenerzeugung.

Vitakraft baute mithilfe der Friede Kompressoren GmbH aus Achim eine erste Pilotanlage auf, um Stickstoff selbst zu erzeugen. Die Anlage ersetzt in der Halle, in der Belohnungsfutter für Katzen produziert wird, die bisher hierfür verwendeten Stickstoffflaschen. „Unsere beliebten Katzen-Snacks ‚Cat-Yums‘ aus Brät werden in Folienbeutel gefüllt, die unmittelbar zuvor über dasselbe Füllrohr mit Stickstoff geflutet werden“, erklärt Haake den Verpackungsvorgang. „Wir haben hier einen Stickstoff-Generator des Typs NGP 30 von Atlas Copco eingesetzt“, sagt Edwin Heym, Geschäftsführer von Friede. „Dieser wird von einem drehzahlgeregelten GA-Schraubenkompressor mit Druckluft versorgt, die der NGP in Sauerstoff und Stickstoff spaltet.“ Wie das im Detail funktioniert, erklärt Ronny Toepke, Business-Development-Manager Gasgeneratoren der Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in Essen: „Die Generatoren arbeiten nach dem Prinzip der Druckwechseladsorption, bei dem der Sauerstoff durch Kohlenstoffmolekularsiebe selektiv vom Stickstoff getrennt wird.“ Toepke berät auch Kunden und Händler zu den Möglichkeiten und Leistungsdaten der Atlas-Copco-Maschinen. So unterstützte er Atlas Copcos Handelspartner Friede, der schlüsselfertige Anlagen anbietet, bei der Auslegung einer Anlage für Vitakraft. „Durch seine effiziente Arbeitsweise kommt der NGP mit weniger Druckluft aus, als herkömmliche Membrananlagen benötigen“, sagt Toepke. Das Ergebnis sei Luft mit einem Stickstoffanteil von 95 bis 99,999 %. Bei Vitakraft genüge eine Reinheit von 99,9 %. „Dadurch kann der Generator pro Zeiteinheit mehr Stickstoff zur Verfügung stellen, als wenn die höchste Reinheitsstufe benötigt wird“, erklärt der Experte.

Der Kompressor innerhalb dieser Pilotanlage war schon vorher vorhanden. Er versorgt die Zylinder und Kolben in der Verpackungsanlage mit Druckluft und trägt deutlich zur Effizienz der Stickstofferzeugung bei: „Der GA 18 VSD+ FF ist ein öleingespritzter Schraubenkompressor mit Drehzahlregelung“, erläutert Ronny Toepke. Darauf verweise das Kürzel „VSD“ (Variable Speed Drive = Motor mit variabler Drehzahl). Das „Plus“ hinter VSD signalisiere, dass der Kompressor durch Konstruktionsmerkmale wie neuartige Verdichtungselemente oder Einlasswächter besonders effizient arbeite. „Unser Prototyp funktioniert so gut, dass auch Skeptiker schnell überzeugt waren“, bestätigt Thomas Haake. „Wir haben im Anschluss eine Amortisationsrechnung gemacht, die zeigte, dass sich diese erste Anlage bereits innerhalb eines Jahres gerechnet hat.“ Insbesondere das Zusammenspiel mit einem drehzahlgeregelten Kompressor macht die Eigenerzeugung des Stickstoffs so effizient; denn da der GA 18 VSD+ FF besonders wenig elektrische Energie für die Verdichtung der Luft benötigt, aus der anschließend der Stickstoff herausgefiltert wird, sind auch die Gestehungskosten des Stickstoffs selbst geringer.

Damit war der Weg frei für Stufe 2: den Ersatz der Flüssigstickstofftanks, die bis dato die Nager- und Vogelfutter-Verpackungsanlagen mit dem Gas versorgt hatten. „Anfang 2017 bauten wir einen Stickstoffgenerator in unsere Druckluftstation ein, die wir bei dieser Gelegenheit komplett überarbeitet haben“, sagt Thomas Haake. Mithilfe von Edwin Heym, der die benötigten Kapazitäten feststellte, wurde eine neue Station ausgelegt, die neben der Stickstofferzeugung auch 30 % mehr Kapazität für spätere Produktionserweiterungen vorsieht. „Wir haben Mauern versetzt, um mehr Raum für die Maschinen zu schaffen, und große Gitter für die Frischluftzufuhr eingebaut“, sagt der Instandhalter. Für die Stickstofferzeugung in dieser Station hat Vitakraft einen NGP 100+ angeschafft, einen „Druckwechseladsorptions-Generator der neuesten Generation“, wie Ronny Toepke von Atlas Copco betont. Wie das „Plus“ bei den Kompressoren bedeute das Kürzel auch hier einen Effizienzsprung: Hochwertige Karbon-Molekular-Siebe (CMS) adsorbieren mehr Sauerstoffmoleküle aus der Druckluft, als dies bei vergleichbaren Generatoren der Fall ist. „Die 100 in der Typenbezeichnung bedeutet, dass der NGP+ bei einer Reinheit von 99,5 Prozent 100 Kubikmeter Stickstoff pro Stunde erzeugt“, sagt Toepke. „Druck und Stickstoffreinheit können einfach angepasst werden.“

Auch diese Investition habe sich sehr schnell bezahlt gemacht, unterstreicht Haake: „Wenn ich die Kosten für den Flüssigstickstoff dagegen setze, mit Miete, Wartung, Transport und den Gasverlusten, dann hat sich der Generator mit allem Drum und Dran in etwa neun Monaten amortisiert.“ Sprich: Inzwischen muss Vitakraft nur noch den Strom bezahlen, den der Generator und der Kompressor verbrauchen. „Günstiger geht es nicht“, meint Haake.

Insgesamt durfte in der großen Druckluftstation nach gründlichem Kehraus durch Thomas Haake und Edwin Heym nur ein drehzahlgeregelter Schraubenkompressor des Typs GA 55 VSD verbleiben. Hinzu kamen drei neue GA 55 VSD+ FF („Full Feature“) mit eingebautem Trockner sowie ein GA 45 VSD+ FF. Alle Verdichter sind also drehzahlgeregelt. Sie speisen in einen 2000-l-Kessel ein, von dem aus die gefilterte Druckluft zum einen für die Stickstofferzeugung eingesetzt, zum anderen im Werk als Prozessluft verteilt wird. Für die Stickstoffversorgung der Verpackungsmaschinen ist dabei kapazitätsmäßig etwa ein Kompressor zuständig. „Die Einsparung durch die Drehzahlregelung ist erheblich“, betont Haake. Unter anderem habe man den Betriebsüberdruck von 8 in Richtung 7 bar senken können. Allein das spare gemäß einer Faustregel etwa 7 % Energie. Zusätzlich sei bei allen Kompressoren eine Wärmerückgewinnung integriert, so dass deren Abwärme nutzbar wird. „Wir müssen hierzu lediglich Leitungen legen, damit die eingespeiste Wärme sinnvoll verwendet werden kann“, erklärt er. Von September bis März könne man damit die Heizung komplett betreiben. Dies soll noch im Laufe des Jahres 2018 umgesetzt werden. „Dann geht wirklich nicht mehr an Energieeinsparung“, freut sich der Instandhalter, der Verschwendung vermeidet, wo es nur geht: „Früher habe ich am Wochenende selbst den Druckabfall am Kessel beobachtet und mit Kollegen nach Leckagen und ungünstigen Durchmessern in der Druckluftleitung Ausschau gehalten“, sagt Haake. „Wenn man davon ausgeht, dass die Beseitigung eines Ein-Millimeter-Lochs in der Leitung etwa 6000 Euro Ersparnis bringt, wäre es regelrecht unvernünftig, das nicht zu tun.“ Inzwischen beauftragt er Edwin Heym regelmäßig mit der Leckagensuche per Ultraschall. Gefundene Lecks werden dann fachmännisch behoben.

Und wie sieht es mit der Produktionssicherheit aus? „Integrierte Sensoren und Überwachungsfunktionen stellen den zuverlässigen und energieeffizienten Betrieb der Anlage sicher“, betont Haake. Weil das Gas mit dem Produkt in Kontakt komme, müsse Vitakraft außerdem bestimmte Auflagen erfüllen, die etwa sicherstellen, dass das Futter nicht mit Öl kontaminiert werde. „Wir müssen die Richtlinien für Lebensmittelsicherheit und Hygienemanagement beachten“, sagt Thomas Haake, „und den IFS-Food-Standard erfüllen.“ Der IFS Food (IFS = „International Featured Standard“) ist einer der wichtigsten Sicherheitsstandards für die Lebensmittelproduktion weltweit. So seien etwa regelmäßige Filterwechsel Pflicht, und sämtliche Ersatzteile, die für Wartungsarbeiten notwendig seien, würden in einem eigenen Schrank bei Vitakraft in Bremen vorgehalten. Damit seien sie im Servicefall direkt greifbar. „Per Smartlink, einer eingebauten Fernüberwachung, können wir außerdem auch von Achim aus die Anlage im Auge behalten und erforderlichen Service erkennen“, nennt Edwin Heym einen weiteren Sicherheitsaspekt. „Das System meldet direkt, wenn etwa die Stickstoff-Reinheit unterschritten wird.“ Heym ist froh, dass Atlas Copco seit einigen Jahren auch Stickstoff-Generatoren im Programm hat. „Wir arbeiten mit den Essenern schon seit vielen Jahren zusammen und sind von der Qualität der Produkte überzeugt. Generatoren und Kompressoren sind gut aufeinander abgestimmt. Und wir können jetzt auch den Service für Druckluft- und Stickstofferzeugung aus einer Hand anbieten.“ Auch für den Fall, dass der Sauerstoffgehalt der Atemluft in der Umgebung der Anlage nicht mehr stimmt, geht direkt eine Warnmeldung an Thomas Haake heraus. „Diese Überwachung ist eigentlich nicht unbedingt nötig, weil die N2-Generatoren so aufgestellt sind, dass niemand gefährdet ist“, sagt Haake. Vitakraft gehe natürlich trotzdem kein Risiko für seine Mitarbeiter ein. Ganz verzichtet der Tierfutter-Produzent übrigens doch nicht auf Flaschenbündel: „Wir werden weiterhin einige Stickstoffflaschen vorhalten, mit denen wir zwei mal vier Stunden Produktionszeit überbrücken können“, erklärt Haake. Dies sei allerdings nur ein Notfall-Backup für den Harvariefall. Zurück zur Stickstofflieferung möchte der Instandhalter keinesfalls: „Wir haben mit unserem Selbstversorgungskonzept ökonomisch und ökologisch das Beste für uns herausgeholt.“ Autorin: Ulrike Preuß, Journalistin in Hennef