2011-01: Polymaterialien
Industrielle Prozesse
Durch eine Vielzahl von Effizienzprojekten und Weiterentwicklungen der Anlagentechnik konnte der Prozessenergiebedarf in Brauereien in den letzten Jahren deutlich reduziert werden. Trotzdem ist in vielen Brauereien der spezifische Energieverbrauch je Produktionseinheit noch immer unbekannt und Verbesserungspotentiale sind trotz bekannter Benchmarks schwer ersichtlich.
Grüne Brauerei – Energieeffizienz und Einsatz erneuerbarer Energie in Brauereien
Von Bettina Muster und Christoph Brunner *
Ziel des Projektes „Green Brewery“ war es Potentiale zur Reduktion des Wärmeenergieverbrauchs aufzuzeigen, eine deutliche Reduktion der CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen zu erreichen sowie ein Expertentool als strategischen Ansatz zu entwickeln. Innerhalb des Projektes „Green Brewery“ wurden drei Fallstudien durchgeführt und das Branchenkonzept „Grüne Brauerei“ mit folgenden Hauptbereichen entwickelt:
- Eingabe der wichtigsten Prozessdaten
- Energiebilanz für die energetisch wichtigsten Bereiche und über das Gesamtsystem
- Analyse der Checkpoints – Vergleich der aktuellen Benchmarks mit den best verfügbaren
- Energieeffizienztechnologien und Optimierungsansätze zur Wärmeintegration
- Erneuerbarer Energie (Solarthermie, Biogas, Biomasse, PV, Fernwärme und Geothermie)
Der Optimierungsansatz beinhaltet die Darstellung von Benchmark-Zielen (Berechnung des minimalen Energiebedarfs), den Einsatz neuer Technologien, einen detaillierten Ansatz zu Wärmeintegration, den Einsatz erneuerbarer Energie basierend auf der Betrachtung notwendiger Prozesstemperaturen und exergetischer Berechnungen. Ziel ist es, keine zusätzlichen Energieversorgungstechnologien zu installieren so lange Abwärme den Wärmebedarf decken kann, und in Folge den Einsatz erneuerbarer Energien zu forcieren.
Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Fließbild des Brau-Prozesses, dessen thermischer Energiebedarf weitgehend durch das Sudhaus dominiert wird.
Abbildung 1: Einfaches Fließbild einer Brauerei
Im Rahmen von Fallstudien wurden zwei mittelgroße Brauereien (A und B) und eine kleine Brauerei (C) betrachtet. Die Analysen zeigen, dass die angewandten Brautechnologien, das Produktionskapazität, die Betriebszeiten und das Verhältnis Brauvolumen zu Abfüllvolumen die Energiebilanzen maßgeblich beeinflussen. Vor allem die spezifisch nutzbare Wärmezufuhr für thermische Prozesse (exklusive Raumheizungsbedarf) zeigt dabei eine große Streuung zwischen 43,6 und 104,5 MJ/hl (siehe Abbildung 3).
Abbildung 2: Minimaler thermischer Energiebedarf MEDTech in Abhängigkeit der nutzbaren Prozesswärmezufuhr
Das Regelungskonzept für den Heißwasserbedarf in einer Brauerei ist der zentrale Faktor bei der Abwärmenutzung sowie dem Einsatz neuer Technologien zur Energieversorgung und wird vor allem von Produktionskapazitäten (Brauvolumen zu Abfüllvolumen), der Brautechnologie sowie der Art der Abfüllung (Fass, Flasche etc.) beeinflusst. Der intelligente Einsatz direkter Wärmespeicher ist dabei wichtig, da Heißwasser, das über Abwärme erzeugt wird, später direkt im Prozess verwendet werden kann. Die Wärme mit hohem Temperaturniveau sollte bei ähnlichen Temperaturen wieder verwendet werden und die Vernichtung von Exergie durch Mischen mit Kaltwasser vermieden werden. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung von heißem Brauwasser zur Vorwärmung der Würze und als Brauwasser.
Das Potential für den Einsatz solarer Wärme in Brauereien ist hoch, da alle Prozesse außer dem Würzekochen bei Temperaturen unter 100°C stattfinden (sinnvoller Einsatz von Flach- und Vakuumröhrenkollektoren). In Ländern mit sehr hoher Sonneneinstrahlung kann darüber hinaus auch der Prozess des Würzekochens mit konzentrierenden Solarsystemen bewerkstelligt werden. Für europäische Standorte zeigen die Fallstudien ein hohes Potential der Solarthermie im Bereich der Abfüllung und für den Maische-Prozess. In Flaschenwaschanlagen ist ein Retrofit durch außenliegende Wärmetauscher möglich, während beim Maische-Prozess je nach vorhandener Technologie eine Prozessumstellung im Detail geplant werden muss.
Die Projektergebnisse haben gezeigt, dass der minimale verbleibende thermische Energiebedarf nach Umsetzung der Optimierungsvorschläge in den untersuchten Brauereien (Produktionskapazität 1.000.000 hl) etwa 37 MJ/hl beträgt. Die Möglichkeiten zur Erreichung dieses Ziels hängen von Produktionskreisläufen und dem Verhältnis zwischen dem Heißwasserbedarf im Bereich des Brauens sowie der Verpackung ab.
Für zwei österreichische Brauereien, die im Rahmen der Fallstudien untersucht wurden, wurde aufgrund der Rahmenbedingungen die Biogasproduktion zur Bedarfsabdeckung des derzeitigen Dampfnetzes favorisiert. Insgesamt hat das Projekt „Grüne Brauereien“ ein Potential zur Einsparung von 5.000 t/Jahr CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen im Bereich der thermischen Energieversorgung in den drei untersuchten Brauereien aufgezeigt. In einer Brauerei konnte belegt werden, dass der gesamte Einsatz fossilen Erdgases substituiert und so 2.760 t/Jahr fossiler CO2-Emissionen eingespart werden können.
*) DI Christoph Brunner ist Leiter des Bereichs „Industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE“ von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
DI Bettina Muster ist Mitarbeiterin des Bereichs „Industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE“ von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!) [^]