Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Herstellung von Bierw\u00fcrze ist der energieintensivste Schritt in der Brauerei. In der klassischen Brauerei wird der gr\u00f6\u00dfte Anteil zur atmosph\u00e4rischen Eindampfung der W\u00fcrze auf eine bestimmte Endkonzentration ben\u00f6tigt. Beim SchoKo-Verfahren der Kaspar Schulz e. K. erfolgt diese Eindampfung im Vakuum, wodurch die Zufuhr von Verdampfungsw\u00e4rme entf\u00e4llt. Energieintensivster Schritt ist damit die W\u00fcrzeaufheizung um ca. 25 K auf 99 \u00b0C. Die Prozessw\u00e4rmeversorgung der Brauerei k\u00f6nnte mit Ausnahme der W\u00fcrzeaufheizung mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) auf einem Temperaturniveau von 90 \u00b0C erfolgen. Damit wird der Einsatz von BHKWs in Brauereien sinnvoll. Der Bereich des Aufheizens \u00fcber 90\u00b0C kann kurzfristig \u00fcber die Aktivierung eines Zeolithspeichers erfolgen. Ziele des Projektes sind die Entwicklung und Implementierung eines Zeolith-Speichers in ein Modellsystem zur Validierung der Verfahrenskombination, Modellierung des Energiehaushaltes einer Brauerei mit dieser Verfahrenskombination zur Bestimmung der Energiestr\u00f6me mit ihren Randparametern und dem Gesamt-Energie und Gesamt-CO2-Einsparpotential. Bezogen auf den Einsatz von Prim\u00e4renergietr\u00e4gern ist eine Reduzierung des Energiebedarfs um mindestens 10 % zu erwarten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Kombination der Einzelkomponenten Zeolithspeicher und BHKW, die somit einen Dampfkessel \u00fcberfl\u00fcssig macht und erstmalig konventionelle BHKW-Technik zur Gesamtw\u00e4rmeversorgung eingesetzt werden kann ist die eigentliche Innovation des Projektes. Ein weiterer Schritt wird nach dem Projekt die Einbindung von Biogas darstellen, das aus Brauereireststoffen wie Abwasser, Treber oder Altetiketten erzeugt werden kann und somit die Emissionen der Brauerei verringert.
\nDer Arbeitsablauf unterteilt sich in folgende Abschnitte:
\n1.\tAnlagenauslegung und -optimierung der Einzelkomponenten wie SchoKo, Zeolith W\u00e4rmespeicher, BHKW, Rauchgasw\u00e4rme\u00fcbertrager und Warmwasserspeicher
\n2.\tModellierung des W\u00e4rmehaushaltes einer Brauerei
\n3.\tKinetische Untersuchungen zu m\u00f6glichen Adsorbentien
\n4.\tEntwicklung und Bau der Prototypen Zeolithspeicher, Ausdampfeinheit f\u00fcr Wasser und Rauchgasw\u00e4rme\u00fcbertrager
\n5.\tBetrieb der Prototypen im Verbund mit Messung des Verhaltens bei typischen Lastzust\u00e4nden
\n6.\tEnergetische Bilanzierung und betriebswirtschaftliche Betrachtung<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei der Herstellung von Bierw\u00fcrzen wird der Brauprozess im Sudhaus durch einen Kochprozess abgeschlossen werden. Diese energieintensive Kochung kann durch eine Vakuumverdampfung ersetzt werden. Dabei wird die W\u00fcrze nur auf 99 \u00b0C erw\u00e4rmt, d. h. hohe Heizmedientemperaturen und W\u00e4rmestr\u00f6me k\u00f6nnen entfallen. Dies erm\u00f6glicht mit Hilfe eines Adsorptionsw\u00e4rmespeichers (T>110 \u00b0C) den Einsatz von BHKW, die durch die gleichzeitige Bereitstellung von W\u00e4rme und Strom sehr energieeffizient sind. Als Stoffpaarung f\u00fcr den W\u00e4rmespeicher bieten sich Zeolith und Wasser an. Die Temperaturen bei der Adsorption sind dabei so hoch, dass die freiwerdende W\u00e4rme zur W\u00fcrzeerw\u00e4rmung genutzt werden kann. Anschlie\u00dfend kann eine Regeneration durch thermisches Austreiben des Wassers erfolgen. Ziel dieses Projektes war es zu untersuchen, ob die Verfahrenskombination SchoKo-Verfahren, Zeolithw\u00e4rmespeicher und BHKW realisierbar ist und unter welchen Randbedingungen sich das Verfahren einsetzen l\u00e4sst. Der Zeolithspeicher wurde in Form von vier Einzelmodulen mit je 10 kg Zeolith realisiert. Jeder Zeolithspeicher besteht aus einem Absorber und einem Verdampfer\/Kondensator, die in einem Vakuumbeh\u00e4lter angeordnet sind. Die Speicher k\u00f6nnen bei 180 bis \u00fcber 200 \u00b0C Vorlauftemperatur in 3 5 h regeneriert werden. Die W\u00e4rmefreisetzung kann dann innerhalb von 60 Minuten bei Temperaturen von mehr als 110 \u00b0C erfolgen. Die erzielbaren Wirkungsgrade h\u00e4ngen von den Kondensationstemperaturen w\u00e4hrend der Regeneration der Speicher und Verdampfungstemperaturen w\u00e4hrend der Speichernutzung ab. Der Hochtemperaturwirkungsgrad (Freisetzung von W\u00e4rme zur W\u00fcrzeerw\u00e4rmung) schwankt zwischen 0,5 und 0,78.F\u00fcr die gesamte Verfahrenskombination wurde ein Versuchstand errichtet. Dieser besteht aus einem speziell konstruierten Abgasw\u00e4rmetauscher f\u00fcr das eingesetzte BHKW mit Dieselmotor, 4 miteinander verschalteten Zeolithmodulen und sowie einer Braueinheit (W\u00fcrzepfanne, Warmwasserspeicher und zuschaltbaren SchoKo). Als W\u00e4rmetr\u00e4ger wird ein Hochtemperaturtr\u00e4ger\u00f6l eingesetzt. Da die Abgastemperaturen des eingesetzten BHKWs vorher nicht f\u00fcr den Betrieb der Verfahrenskombination ausreichten, wurde der Versuchstand um einen Hei\u00dfluftgenerator erg\u00e4nzt. Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass sich der geplante Verbund miteinander kombinieren und betreiben l\u00e4sst. Die brautechnischen Vorgaben werden dabei eingehalten.
\nDie gewonnenen Daten wurden auf ein Sudhaus mit einer Ausschlagmenge von 100 hl hochskaliert und dann die entsprechende Gesamtbrauerei in ihrem Energiebedarf und zeitlichem Lastgang simuliert. In diesem Modell wurde zus\u00e4tzlich noch ein Spitzenlastkessel mitber\u00fccksichtigt. Gleichzeitig wurde diese Modellierung f\u00fcr eine konventionelle Brauerei durchgef\u00fchrt. Es zeigt sich, dass sich der Gesamtenergiebedarf der Modellbrauerei durch die vorgeschlagene Verfahrenskombination auf ca. 68 % der konventionellen Brauerei absenken l\u00e4sst, auch wenn die Laufzeit des BHKWs nur 2704 h betr\u00e4gt. Wirtschaftlich l\u00e4sst sich die Verfahrenskombination heute nur rechtfertigen, wenn Biogas als Brennstoff genutzt wird und beim Verkauf des Stroms eine entsprechende Einspeiseverg\u00fctung erzielt wird.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Projekt wurde durch 9 Ver\u00f6ffentlichungen (4 davon im internationalen Umfeld) der Fachwelt vorgestellt. Das gro\u00dfe Interesse des Fachpublikums und die Bedeutung zeigt sich auch in den Vortr\u00e4gen, welche auf Einladung \u00fcber das Projekt gehalten wurden. Besonders erw\u00e4hnenswert sind dabei der Vortrag vor dem Umweltausschuss des deutschen Brauerbundes und die Pr\u00e4sentation auf dem 33rd European Brewery Convention Congress in Glasgow.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Projektantrag gesteckten Ziele wurden, wenn auch teilweise verz\u00f6gert, erreicht. In Folge der im Rahmen des Projekts gesammelten Erfahrungen und Erkenntnissen ist die Brauereimaschinenfabrik Kaspar Schulz in der Lage, das Gef\u00e4\u00df eines Zeolithspeichers auszulegen und zu fertigen. Zum Einsatz kommen kann der Speicher in Kombination mit einem Blockheizkraftwerk in Brauereien mit unterschiedlicher Betriebsgr\u00f6\u00dfe, oder weiteren industriellen Prozessen mit \u00e4hnlicher W\u00e4rmebedarfstruktur. Die derzeitigen wirtschaftlichen und politischen Gegebenheiten lassen nur einen Einsatz mit den engen Randbedingungen Biogas und EEG-Nutzung zu. Rein unter den Gesichtspunkten der CO2-Einsparung und Energieeffizienz ist das Verfahren als sehr positiv zu werten. Die Kaspar Schulz Brauereimaschinenfabrik und Apparatebauanstalt e. K. kann demnach mit der Kombination von SchoKo, BHKW und Zeolithw\u00e4rmespeicher ein weiteres umweltfreundliches Verfahren f\u00fcr die Brauindustrie anbieten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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