Intelligente Fouling-Erkennung für eine nachhaltige und sichere Lebensmittelproduktion

Hinter jeder Milchpackung, jedem Saft und jedem Käse steckt ein hochkomplexer Herstellungsprozess mit hohen hygienischen Anforderungen. Die umfassende Reinigung der technischen Anlagen ist dabei Teil jeder Produktion – sie erfordert enorme Mengen an Energie, Wasser und Reinigungsmittel. In der industriellen Lebensmittelproduktion laufen viele Prozesse automatisiert ab, fließfähige Produkte werden beispielsweise in komplexen Apparaten und Rohrleitungssystemen transportiert. Um hygienische Risiken auszuschließen, werden Reinigungen solcher Systeme vorsorglich oft viel länger, heißer und intensiver durchgeführt als tatsächlich notwendig wäre. Hier bieten sich große Einsparpotenziale, die die Technische Universität Braunschweig in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV im Rahmen eines DBU-Projekts gezielt erschließen möchte.

Unerwünschte Ablagerungen mit großen Folgen: Intelligente Fouling-Erkennung für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion

Ein verbreitetes Problem in der Lebensmittelindustrie ist das sogenannte Fouling – die Bildung unerwünschter Ablagerungen auf Oberflächen von Produktionsanlagen. Meist handelt es sich um Bestandteile der Lebensmittel wie Eiweiß, Fett oder Stärke, die leicht haften bleiben. Die wirtschaftlichen Folgeschäden sind erheblich und belaufen sich in Industriestaaten, Schätzungen zufolge, auf etwa 0,3 Prozent des Bruttoinlandsprodukts. In Deutschland entspricht dieses über alle Industriezweige einem Betrag im oberen einstelligen Milliardenbereich.

Fouling beeinträchtigt einerseits die Effizienz der Anlagen, andererseits kann es aber auch die Lebensmittelsicherheit gefährden: Die organischen Ablagerungen bieten Mikroorganismen Nährboden, was das Kontaminationsrisiko erhöht. Gleichzeitig reduziert Fouling den Wärmeübergang in Produktionsanlagen, sodass beispielsweise kritische Temperaturen beim Pasteurisieren nicht zuverlässig erreicht und die Haltbarkeiten der Produkte nicht zuverlässig garantiert werden können. Erhebliche Lebensmittelverluste durch die Vernichtung solcher „Fehl“-Produktionen sind oftmals die Folge. Um dem entgegenzuwirken, wird in der Praxis meist mit Sicherheitszuschlägen gearbeitet, d. h. Prozesse werden häufig mit erhöhtem Energie- und Ressourceneinsatz betrieben oder Anlagen überdimensioniert ausgelegt, was zusätzliche CO₂-Emissionen verursacht. Müssen die Anlagen gereinigt werden, erfolgt dies aus Sicherheitsgründen meist aufwendiger als technisch nötig, was den Verbrauch von Trinkwasser, Energie und Reinigungsmitteln weiter erhöht.

Vorteile für Industrie und Umwelt

Um Fouling in Produktionsanlagen zuverlässig zu überwachen, setzt das DBU-Projekt auf innovative Sensorik. Eine speziell entwickelte Methodik macht es möglich, Ablagerungen bereits während der laufenden Produktion frühzeitig zu erkennen und vorherzusagen. Dazu werden handelsübliche Sensoren eingesetzt, die von außen an bestehende Anlagen angebracht werden können, ohne den Produktionsprozess zu stören. Einmal installiert, erfassen sie kontinuierlich wichtige Betriebsdaten, die von einer KI-gestützten Software analysiert werden. Auf diese Weise erkennt das System typische Muster und kann zuverlässig anzeigen, wann Ablagerungen zu erwarten sind – noch bevor sie Probleme verursachen. Unternehmen können so flexible und vor allem bedarfsgerechte Reinigungsstrategien entwickeln, die langfristig die Lebensmittelsicherheit erhöhen und gleichzeitig Ressourcen einsparen.

Dank seiner einfachen Handhabung ist das Gesamtsystem nicht nur für die Lebensmittelproduktion interessant, sondern kann auch in anderen Industriebereichen eingesetzt werden, in denen Reinigungsprozesse eine zentrale Rolle spielen. Entsprechend groß ist das Innovationspotenzial des Projekts.

Projektdurchführung

Technische Universität Braunschweig
Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Langer Kamp 7
38106 Braunschweig

DBU-AZ: 37305/01

Förderzeitraum: 01.02.2022 – 01.08.2024