Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das bei der alkoholischen G\u00e4rung in Brauereien entstehende CO2 (G\u00e4rungs-CO2) wird bisher meist mit zweistufigen Kaskadenk\u00e4lteanlagen und dem K\u00e4ltemittel NH3 (R 717) verfl\u00fcssigt. R 717 ist sowohl brennbar als auch giftig. Bei Ersatz von R 717 im Tieftemperaturkreislauf der Kaskadenk\u00e4lteanlage durch das K\u00e4ltemittel CO2 (R 744) befindet sich das R 717 lediglich im Maschinenraum der K\u00e4lteanlage und die R 717-F\u00fcllmenge sowie die R 717-gef\u00fcllten Leitungswege reduzieren sich . Des weiteren erm\u00f6glicht die Verwendung von R 744 zur Verfl\u00fcssigung von G\u00e4rungs-CO2 eine h\u00f6here CO2-Produktausbeute was zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen f\u00fchrt, sowie eine bessere Qualit\u00e4t des verfl\u00fcssigten G\u00e4rungs-CO2.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Demonstrationsanlage soll in der Lage sein, abh\u00e4ngig von der G\u00e4rungsgasqualit\u00e4t, der gew\u00fcnschten Produktqualit\u00e4t bzw. der gew\u00fcnschten Ausbeute den g\u00fcnstigsten Betriebszustand (Betriebsdruck, Kondensationstemperatur etc.) selbstst\u00e4ndig zu ermitteln und anzusteuern. Daf\u00fcr ist ein Simulationsprogramm zu entwickeln, das ausgehend von der G\u00e4rungsqualit\u00e4t den optimalen Betriebszustand der Anlage entsprechend der gew\u00fcnschten CO2-Produktqualit\u00e4t bzw. der gew\u00fcnschten Ausbeute und den jeweili-gen Energiebedarf berechnet. Hierzu m\u00fcssen die einzelnen Betriebszust\u00e4nde der Anlage untersucht und sowohl die jeweils erreichbare Qualit\u00e4t des Produkt-CO2 als auch die erreichbare Ausbeute erfasst werden. Die Untersuchung der einzelnen Betriebszust\u00e4nde soll zum einen anhand von Messungen an der Demonstrationsanlage selbst erfolgen, zum anderen sollen auf der Basis dieser Messergebnisse die Phasengleichgewichte mittels Simulation molekularer Zust\u00e4nde berechnet werden. Im Anschluss daran werden an der Demonstrationsanlage weitere Messungen durchgef\u00fchrt, um die Simulationsrechnungen mit dem realen System abzugleichen. Um die \u00dcbertragbarkeit der ermittelten Ergebnisse auf andere CO2-R\u00fcckgewinnungsanlagen zu \u00fcberpr\u00fcfen, sind Kontrollmessungen an CO2-R\u00fcckgewinnungsanlagen anderer Brauereien erforderlich.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die im Vorfeld errechnete r\u00fcckgewinnbare Masse von 3,5 kg CO2\/hl Kaltw\u00fcrze (KW) konnte nicht erreicht werden. Die Masse schwankte zwischen 3 und 3,3 kg CO2 \/ hl KW. Grund daf\u00fcr ist die mangelnde Spei-cherkapazit\u00e4t des CO2-Lagertanks, wodurch bei Erreichen des maximalen F\u00fcllstandes \u00fcbersch\u00fcssiges CO2 in die Umgebung abgeblasen wird. Dennoch liegen die Massen deutlich \u00fcber den maximal 2,5 kg\/hl KW, die mit herk\u00f6mmlichen Anlagen zur\u00fcckgewonnen werden k\u00f6nnen.
\nF\u00fcr die Reinheit des zur\u00fcckgewonnenen G\u00e4rungs-CO2 wurde zu Beginn des Projektes ein Grenzwert von 5 ppm Sauerstoff gesetzt, der den aktuellen Qualit\u00e4tsanforderungen an technisches Kauf-CO2 entspricht. Im Vorfeld wurde als Rahmenbedingung eine Verdampfungstemperatur der Zentralk\u00e4lteanlage von 263 K vorausgesetzt, was einer Verfl\u00fcssigungstemperatur im Niedertemperaturkreislauf von 265 K entsprechen w\u00fcrde. Die in der Brauerei installierte Zentralk\u00e4lteanlage wurde allerdings mit einer Verdampfungstemperatur von 269 K betrieben, was eine Verfl\u00fcssigungstemperatur von 271 K entspricht. Bei diesen Bedin-gungen wurde die geforderte Reinheit von 5 ppm nur erreicht, wenn daf\u00fcr die r\u00fcckgewinnbare Menge auf etwa 2,6 – 2,8 kg CO2\/hl KW gesenkt wurde. Bei der R\u00fcckgewinnung der maximal m\u00f6glichen Menge wa-ren ca. 27 ppm O2 im CO2 gel\u00f6st. Bei einer Verfl\u00fcssigungstemperatur der Zentralk\u00e4lteanlage von 263 K und der R\u00fcckgewinnung von G\u00e4rungs-CO2 in H\u00f6he von 3,1 kg CO2\/hl KW konnte die O2-Konzentration auf 8 ppm gesenkt werden, was noch leicht \u00fcber der angestrebten Reinheit liegt. Da im Brauereibetrieb allerdings eine maximale Konzentration von 30 ppm O2 im CO2 zul\u00e4ssig sind, ohne eine Gef\u00e4hrdung des Bieres darzustellen wurden die weiteren Versuche hinsichtlich dieser Grenze bewertet.
\nDie Praxisversuche an der Pilotanlage ergaben einen erheblichen Einfluss weiterer Rahmenbedingungen wie dem Anlagendruck der CO2-R\u00fcckgewinnungsanlage, dem R\u00fcckgewinnungszeitpunkt und dem Betrieb der Inertgasblasenheizung.
\nDas Ziel der selbstst\u00e4ndig auf Ver\u00e4nderungen reagierenden R\u00fcckgewinnungsanlage konnte nicht erreicht werden. Die O2-Konzentration im CO2 nach dem G\u00e4rtank konnte nicht ausreichend genau erfasst werden. Keines der auf dem Markt erh\u00e4ltlichen Messsysteme zur Bestimmung von O2 in Gasen konnte bei den Vorgegebenen Rahmenbedingungen die Konzentration exakt bestimmen, wodurch eine Steuerung der Anlage \u00fcber die Eingangsreinheit des CO2 nicht realisiert werden konnte.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Lehrstuhl f\u00fcr Energie- und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie (TU M\u00fcnchen):
\nVer\u00f6ffentlichungen:
\nBuchhauser, U.: Decreasing of the CO2-Emissions by a new CO2-recovery system for fermentation plants. Fachvortrag auf Fachtagung der Alexander von Humboldt Stiftung, Nachhaltigkeit f\u00fcr Mensch und Umwelt im Spannungsfeld Wissenschaft-Wirtschaft-Politik, Timisoara, Rum\u00e4nien, 2004
\nGrosser, A.: Bericht \u00fcber das Projekt, Der Weihenstephaner 2\/2003, Hans Carl Fach Verlag, N\u00fcrnberg, 2003
\nN.N.: Einsatz von CO2 als K\u00e4ltemittel, Kurzbericht, Brauwelt 6\/7 2003, Hans Carl Fach Verlag, N\u00fcrnberg, 2003
\nFachvortr\u00e4ge:
\nBuchhauser, U., H\u00e4rtl, M.: Vortrag auf 38. Technologischem Seminar 2005 in Weihenstephan (500 Teilnehmer)
\nBuchhauser, U.: Vortrag und Poster im Rahmen der Alexander von Humboldt Fachtagung Nachhaltigkeit f\u00fcr Mensch und Umwelt im Spannungsfeld Wissenschaft – Wirtschaft – Politik zum Wissenschaftlichen Neuaufbau in S\u00fcd – Osteuropa.
\nH\u00e4rtl, M.: Poster – Pr\u00e4sentation der Gasanalytik auf EBC – Kongress 2005, Prag
\nKrones AG:Steinecker, A.: Revival of CO2 as a refrigant, Brewing and Distilling International 08\/04, Brewery Traders Publications, 2004<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Gemeinschaftsvorhabens wurde systematisch am Erreichen der Zielsetzung gearbeitet, und viele neue Erkenntnisse f\u00fcr den Einsatz von CO2 als K\u00e4ltemittel bei der CO2-R\u00fcckgewinnung wurden gefunden. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrierten sich auf das analytische Erforschen der ben\u00f6tigten Rahmendingungen f\u00fcr die R\u00fcckgewinnung und die damit verbundene Reinheit und Menge des zur\u00fcckgewonnen CO2.
\nDas Ziel der R\u00fcckgewinnung einer erh\u00f6hten CO2-Menge mit ausreichender Qualit\u00e4t wurde erreicht, auch wenn keine automatische Steuerung der Anlage realisiert werden konnte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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