Wasser und Energie sparen bei der Bierabfüllung

Niedrige Sauerstoffwerte im Bier sind der Qualitätsbeweis jeder Brauerei. Sie ergreifen dafür viele verschiedene Maßnahmen und evakuieren unter anderem die Glasflaschen, bevor diese befüllt werden. Bisher übernehmen das meist Wasserring-Vakuumpumpen. Wesentlich effizienter aber wären trockenverdichtende Varianten: Sie reduzieren den Stromverbrauch um 25 Prozent und den Wasserbedarf sogar auf nahezu null. Die Technik ist anderen Bereichen der Lebensmittelindustrie längst etabliert. Warum also nicht in der Bierabfüllung? Der Knackpunkt sind die winzigen Restmengen Bier, die nach dem Füllvorgang im Füllventil verbleiben. Beim Evakuieren der nächsten Flasche werden sie in die Pumpe gesaugt. Wasserringpumpen stecken diese Verschmutzung relativ gut weg – ihre trockenverdichtenden Pendants hingegen überhaupt nicht. Lange gab es dafür keine Lösung. Auch Krones hatte sich Anfang der 2000er Jahre vergeblich daran versucht. Weil aber Tüftler ein ungelöstes Problem nie ganz aus den Augen verlieren, sich die Pumpen weiterentwickelten und Wassersparen heute wesentlich wichtiger ist, ging man bei Krones das Thema noch einmal an. Und diesmal mit Erfolg.

Kein Bierschaum in der Pumpe

Um die gefundene Lösung und ihre Vorteile zu verstehen, lohnt ein kurzer Blick auf die Funktionsweisen der Pumpen:  

Bei der Wasserringpumpe rotiert in einem wassergefüllten Zylinder ein nicht mittig sitzendes Flügelrad. Das Wasser bildet einen Ring, der den Pumpraum nach außen abdichtet. Dieser Wasserring, auch Sperrwasser genannt, fungiert gleichzeitig als Kühlung. Bierreste aus dem abgesaugten Luft-Flüssigkeit-Gemisch werden mit dem Sperrwasser ausgespült. Der Wasserverbrauch ist hoch, weil ständig frisches Sperrwasser nachfließt.  

In der trockenverdichtenden Vakuumpumpe rotieren gegenläufig zwei Spindelschrauben. Der Spalt zwischen ihnen ist sehr klein. Der trockene Pumpraum wird im Betrieb etwa 140 Grad Celsius heiß und muss von außen gekühlt werden. Bierschaum wäre hier ein echtes Problem: Er würde an den heißen Spindelschrauben antrocknen und durch deren geringen Abstand liefe die Pumpe fest.  

Genau hier setzt die Lösung von Krones an: Sie stellt sicher, dass keine Bierreste in die Pumpe gelangen. Ein Schaumabscheider trennt sie ab und bringt dafür das eingesaugte Luft-Flüssigkeit-Gemisch in eine rotierende Wirbelbewegung – ähnlich einem Tornado. Diese Zyklon-Wirkung lässt gasförmige Bestandteile nach oben steigen, wo sie abgesaugt werden. Flüssiges wie Bierreste schleudert aufgrund der Fliehkraft nach außen an die Gehäusewand und läuft nach unten ab.

Schaumabscheider finden sich auch bei Wasserringpumpen, wenn diese nicht mit durchlaufendem Frischwasser betrieben werden, sondern das Sperrwasser im Kreislauf führen. Dann nämlich reichern sich die Bierreste im Wasser an und die Pumpe wird zum „riesigen Schaumschläger“, wie Hannes Deubzer vom Technischen Produktmanagement für Nachrüstungen bei Krones sagt. Seine „Wie-man-es-nicht-machen-sollte“-Fotos aus dem gemeinsamen Vorgespräch zeigen sehr eindrucksvoll, wie so etwas aussehen kann. In trockenverdichtenden Vakuumpumpen machen aber selbst kleinste Mengen an Bierschaum Probleme, und dafür war die bisherige Abscheidetechnik nicht gut genug. Krones hat sie deshalb noch einmal verbessert und angepasst, und so den Weg dafür freigemacht.

Für Neumaschinen und zur Nachrüstung

Nun hat Krones also für die Abfüllung sauerstoffempfindlicher Produkte optional ein Pumpenaggregat mit trockenverdichtender Vakuumpumpe im Portfolio. Neben der Pumpe umfasst es den Schaumabscheider, Ventiltechnik und einen Schaltschrank, alles ist montiert auf einem Rahmen mit kompaktem Footprint. Bei der Pumpe vertraut Krones auf die Technik der Firma Leybold aus Köln, alle anderen Komponenten stammen von Krones.

 

Wieviel Wasser und Energie lässt sich sparen? 

Etwa ein Viertel weniger Strom als Pumpen mit Wasserring-Technik brauchen trockenverdichtende Vakuumpumpen bei gleicher Pumpleistung. Aber richtig interessant ist der Wasserverbrauch: Bei einer Wasserringpumpe fließt das Sperrwasser in den Gulli ab und wird permanent durch Frischwasser ersetzt. Dieser hohe Verbrauch sinkt, wenn das Sperrwasser im Kreislauf geführt wird. Aber auch dann muss es wegen der sich anreichernden Bierreste regelmäßig durch frisches Wasser ersetzt werden. Dem gegenüber benötigt die trockenverdichtende Vakuumpumpe nur Kühlwasser, das zudem weiterverwendet werden kann. Sie kommt damit auf einen Wasserbedarf von maximal 10 Litern pro Stunde. Im Vergleich zur Wasserring-Pumpe ist das laut Hannes Deubzer „nahezu null“. Dabei ist das Wasser für die Reinigung schon mit eingerechnet, denn: Es gelangt zwar kein Bierschaum in die Pumpe, aber trotzdem muss ab und zu gereinigt werden. Trotz Schaumabscheider gelangen Aerosole, also in der Luft mitgeführte Flüssigkeitspartikel, in die Pumpe und trocknen an den heißen Spindeln an. Eine integrierte Spülautomatik düst deshalb alle halbe Stunde eine Sekunde lang Wasser in die Pumpe ein, das verdampft und so die Spindeln reinigt. Jeder Spülvorgang verbraucht zwei Liter Wasser. Dazu kommt die mit jedem CIP-Durchlauf automatisch durchgeführte große Pumpenreinigung. Sie spült die Pumpe mit 50 Litern reinem Wasser.  

Wie hoch das Einsparpotenzial in absoluten Zahlen ist, hängt von den Bedingungen vor Ort ab, erklärt Hannes Deubzer: „Der Wasserverbrauch variiert zum Beispiel mit der Temperatur des Frischwassers. Hat eine Brauerei kaltes Brunnenwasser, braucht sie deutlich weniger davon zum Kühlen.“ Eine Brauerei in Westeuropa beispielsweise, in der Krones im Rahmen eines Pilotprojekts trockenverdichtende Vakuumpumpen nachgerüstet hat, konnte ihren Wasserverbrauch um 99 Prozent senken – von über 2.000 Litern pro Stunde auf knapp zehn. 

Bessere Sauerstoffwerte dank neuer Pumpe? 

Grundsätzlich gilt bei der Bierabfüllung: weniger Sauerstoff gleich höhere Produktqualität. Sauerstoffempfindliche Produkte wie Bier profitieren darum auch von den besseren Sauerstoffwerten der trockenverdichtenden Vakuumpumpen. Sie erzeugen generell ein tieferes Vakuum als Wasserring-Varianten. Die Glasflaschen werden also stärker evakuiert und es verbleibt weniger Sauerstoff im Bier. Für Neumaschinen, welche die neuste Generation des HES-Füllventils mit der trockenverdichtenden Vakuumpumpe kombinieren, kann Krones tatsächlich eine geringere Sauerstoffaufnahme während des Füllprozesses im Vergleich zum bisherigen Füllsystem garantieren.  

Weniger eindeutig ist die Lage bei Nachrüstungen. Hier gelangt das bessere Vakuum an der Pumpe nicht automatisch bis zur Flasche. Wie gut das gelingt, hängt ab vom Wartungszustand der Maschine ab – besonders von den Dichtungen. Zwar kann der Krones Service die Maschine vor der Nachrüstung überholen und die Füllparameter optimieren. Aber bei der Neumaschine sind alle Querschnitte der Verbindungsleitungen zwischen Pumpe und Füllventil optimal für die trockenverdichtende Vakuumpumpe ausgelegt, was bei Bestandsmaschinen nicht der Fall ist. 

Wir sehen, dass individuelle Kunden ihren Wasserbedarf durch den Umstieg auf nahezu null senken konnten – unabhängig davon, wie hoch der Verbrauch vorher war. Vor allem, wenn das aktuelle Vakuumsystem mit Frischwasser gekühlt wird, sollte man über einen Wechsel nachdenken. Hannes DeubzerTechnical Product Management Retrofits

Wann lohnt sich der Umstieg?

Insgesamt sind trockenverdichtende Vakuumpumpen die überlegenere Technik für die Abfüllung. Kunden entscheiden sich für diese Option aufgrund der geringeren Wasser- und Stromverbräuche, oft auch motiviert durch die eigenen Nachhaltigkeitsziele. Bei Neumaschinen spielt die geringere Sauerstoffaufnahme und damit bessere Bierqualität eine Rolle. In die Betrachtung der Gesamtkosten fließen unter anderem noch die Kosten für Strom sowie für Wasser und Abwasser am jeweiligen Standort mit ein sowie der Verbrauch an Frischwasser für die Kühlung. Ähnlich geht die Betrachtung für Nachrüstungen. Sie wollen gut überlegt sein, denn immerhin ersetzt man eine funktionierende Wasserringpumpe.

Als Entscheidungshilfe kann Krones bei Bedarf zu jedem Nachrüstungs-Angebot eine individuelle Return-on-Invest Kalkulation erstellen. In jedem Fall ist das Einsparpotenzial vor allem beim Wasser groß, betont Hannes Deubzer: "Wir sehen, dass individuelle Kunden ihren Wasserbedarf durch den Umstieg auf nahezu null senken konnten – unabhängig davon, wie hoch der Verbrauch vorher war. Vor allem, wenn das aktuelle Vakuumsystem mit Frischwasser gekühlt wird, sollte man über einen Wechsel nachdenken."