Kosteneinsparung beim Vakuum Coating: am Beispiel Petfood und Fischfutterproduktion
Kosteneinsparung beim Vakuum Coating: am Beispiel Petfood und Fischfutterproduktion
Akahl
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Für die Flüssigkeitszugabe bei der Futtermittelherstellung hat sich in den vergangenen Jahren das Aufsprühen am Ende der Produktionslinie durchgesetzt (PPA - Post-Pelleting-Applikation). Für den Fall, dass Pellets eine Flüssigkeitsmenge von > 7-8% zugesetzt werden muss, ist eine Vakuumanwendung nach der Pelletierung oder Extrusion unumgänglich. Verglichen mit dem Besprühen von Pellets unter normaler Atmosphäre, kann so 30 bis 75% mehr Flüssigkeit in ein Produkt eingebracht werden, ohne dass dieses Flüssigkeit an der Oberfläche aufweist. Bei der Vakuumanwendung wird das flüssige Medium nicht nur an der Oberfläche gebunden, sondern dringt an den porösen Bruchflächen und Poren in den Kern der Pellets ein. Somit sind Fettzugaben bis zu 30-40% bei Extrudat und 8-10% bei pelletiertem Futter möglich. Auch die Zugabe von Enzymen und anderen Wirkstoffen in kleinen Zusatzmengen ist als Direktzugabe oder in einer Flüssigkeitsmischung (blend) möglich.
Der Vakuum Coating Prozess wurde in den 1990er Jahren für die Lachsfutterindustrie in Norwegen entwickelt und wird heute, 30 Jahre später, auch für die Produktion von Petfood, Geflügelfutter und in der Lebensmittelindustrie angewendet. Die bisher gebräuchlichsten Bauarten von Vakuum Coatern sind Doppelwellen-Paddelmischer und Kegelschneckenmischer. Hinlänglich bekannte Kritikpunkte bei diesen Mischerbauarten sind eine hohe Feinteilbildung durch aggressive Mischerwerkzeuge, unzureichende Hygiene (Anbackungen, tote Ecken) und hoher spezifischer mechanischer Energieverbrauch. Aufgrund dieser Punkte und den sich daraus ergebenden Marktanforderungen hat der Maschinenbauer AMANDUS KAHL diesen Prozess überdacht und eine neue Technologie zum Vakuum Coating entwickelt.
Der neue Gentle Vakuum Coater GVC besteht aus einer rotierenden Mischtrommel, die bei den jeweiligen Arbeitszyklen um die eigene Achse in verschiedene Positionen geschwenkt wird. Der Innenraum der Maschine ist ohne sich separat drehende mechanische Mischwerkzeuge ausgestattet, was höchste Produktschonung und geringste Bruch- und Abriebbildung bietet. Dabei handelt es sich um einen entscheidenden Aspekt, da entstehende Feinteile zu Anbackungen führen können und aufgrund der höheren Oberfläche zudem mehr Flüssigkeit binden und somit zu Überkonzentration neigen würden. Im Mischerdeckel des GVC befinden sich sowohl die Sprühdüsen für bis zu zehn Flüssigkeiten sowie eine spezielle Gummilippendichtung zur Abdichtung bei der Vakuumerzeugung. Nachdem in der Maschine ein ausreichender Unterdruck von bis zu 50mbar abs. erzeugt wurde, wird die Flüssigkeit auf die sich während des Mischvorgangs entstehende Produktniere aufgesprüht. Diese vermischt sich anschließend schonend nach dem Freifallprinzip. Die Entleerung der Mischtrommel findet durch eine senkrechte Schwenkbewegung statt. Ein solcher Prozess mit dem Maschinentyp GVC 1000 wurde kürzlich unter anderem bei dem weltweit größten Futtermittelproduzenten in Betrieb genommen. Am Produktionsstandort in Thailand wird mit der Maschine extrudiertes Fischfutter veredelt.
Der Dauerbetrieb hat vor Ort bestätigt, dass im direkten Vergleich zu einem Doppelwellen-Paddelmischer durch den Gentle Vakuum Coater GVC eine gleichmäßige Produktqualität bei einer Erzeugung von weniger Pelletbruch und Feinteilen erreicht werden kann. Aus einer Analyse der Betriebsdaten geht hervor, dass durch diese Maschine ein enormes Einsparpotenzial bei den Produktionskosten erreicht werden kann.
Kosteneinsparung durch die Reduzierung von Pelletbruch und Feinteilen
Aus der Sicht von Anlagenbetreibern sind Feinteile ein nicht zu vernachlässigter Kostenfaktor. Bei der Produktion von Fischfutter und Petfood gilt in Mitteleuropa der Faustwert von 25€/t recycelter Feinteile. Der Grund liegt darin, dass bei dem sogenannten Trockenrecycling die Feinteile wieder anteilig vor der Vermahlung zugesetzt werden müssen und somit den gesamten Prozess noch einmal durchlaufen müssen. Das bedeutet erneute Aufwendung der kompletten mechanischen und thermischen Prozessenergie. Hinzu kommen die Verschleiß-, Wartungs- und Personalkosten sowie der Verlust an Produktionskapazität durch eben diese Feinteile.
An einem exemplarischen Beispiel von einem Fischfutterbetrieb mittlerer Größe gerechnet, fallen bei einer Jahresproduktion von 80.000 t/a etwa 1-3% Feinteile an, die aus fertigen Pellets ausgesiebt werden. Die Ursachen für die anfallenden Feinteile liegen neben der Beanspruchung der Pellets durch die mechanische Förderung, vor allem durch zu viel mechanischen Stress beim Vakuum Coating (z.B. beim Doppelwellen-Paddelmischer). Diese angeführten 1-3% Feinteile ergeben an dem zuvor genannten Betriebsbeispiel eine Gesamtmenge von 800 – 2.400 t/a. Gerechnet mit dem oben angeführten Faustwert von 25€/t an Feinteilen, ergeben sich Recyclingkosten von 20.000 – 60.000€/a für diesen Produktionsbetrieb.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung des Gentle Vakuum Coater im Vergleich zu einem Doppelwellen-Paddelmischer die Erzeugung von Feinteilen beim Vakuum Coating durchschnittlich auf unter 0,1% abgesenkt werden kann. Somit ist das jährliche Einsparpotenzial für einen Produktionsbetrieb offensichtlich.
Ein weiteres Problem sind die Feinteile, die sowohl durch den Transport des Futters zur Fischfarm entstehen als auch während der Fischfzucht durch die Verwendung von automatisierten Fütterungssystemen. Insbesondere bei der pneumatischen Druckförderung vom Transportschiff zum schwimmenden Netzgehege, wie sie beispielsweise häufig in Skandinavien zum Einsatz kommen, ist die Beanspruchung der Pellets besonders hoch. Eine zu starke Vorbeanspruchung der Pellets im Vakuum Coater kann zu „Micro-cracks“ in der Pelletstruktur des Fertigfutters führen. Diese Risse führen dann nach der Auslieferung beim Fischzüchter zum weiteren Aufbrechen der Pelletstruktur aufgrund der pneumatischen Druckförderung (Luftgeschwindigkeiten >30 m/s). Es entstehen somit Pelletbruch sowie erneute Feinbildung. Diese Fraktion kann von den Fischen nicht gefressen werden und senkt die Futterkonversatiosrate (FCR) des Futters. Bei RAS-Systemen (Rezirkulierenden Aquakultursysteme) führt dies zusätzlich zu übermäßiger Verschmutzung der Filteranlagen in der Wasseraufbereitung. Dieser Verlust an Futter und die damit entstehenden Verlustkosten für den Zuchtbetrieb liegen i.d.R. je nach Größe der Fischfarm deutlich höher als das oben errechnete Beispiel.
Am Beispiel einer mittleren skandinavischen Lachsfarm bestehend aus 6 bis 10 schwimmender Netzgehe, werden je nach Wassertemperatur am Tag bis zu 40t Pellets im Wert von ca. 60.000€ verfüttert. Anhand dieser Futterkosten lässt sich erahnen, in welchen Dimensionen sich dort durch die Vermeidung von Micro-cracks und daraus resultierenden Feinteilen Einsparungen für den Fischzüchter erzielen lassen.
Kosteneinsparung durch die Reduzierung des Energieverbrauchs
Weiterhin ergeben sich aus der Bauart des neuen Gentle Vakuum Coater GVC Einsparpotenziale beim Energieverbrauch. Im Vergleich zu anderen Bauformen von Vakuum Coatern in gleicher Baugröße kommt der GVC, betrieben durch einen 4kW-Antriebsmotor, mit bis zu 80% weniger Antriebsleistung aus. Zusätzlich werden in der Standardausführung alle Antriebsmotoren im gesamten System an Frequenzumrichtern betrieben (Vakuum Coater, Vakuumpumpe, Flüssigkeitspumpen), was je Antriebsmotor weitere < 40% Energie einsparen kann.
Kosteneinsparung durch automatische Reinigung (CIP)
Da das Vakuum Coating am Ende der Produktionslinie erfolgt, bestehen zur Vorbeugung von Kontamination hohe Anforderungen hinsichtlich Hygiene und Reinigbarkeit. Im Vergleich zu den Bauarten Doppelpaddel- und Kegelschneckenmischer ergibt sich beim GVC eine hohe Selbstreinigung, da die gesamte Mischtrommel dauerhaft mit dem Produkt in Kontakt ist. Somit ergeben sich keine toten Ecken. Für den Fall, dass dennoch eine Reinigung mit einer Spülflüssigkeit zum Beispiel nach der Verwendung von Medizinalzusätzen oder anderen kritischen Zusatzstoffen erfolgen muss, bietet das System des GVC ein vollautomatisches Reinigungsprogramm gemäß CIP (cleaning in place). Das Besondere ist, dass für diesen Reinigungsvorgang kein Personal benötigt wird, was die Demontage- und Reinigungsarbeiten an der Maschine verrichtet. Ganz automatisch wird in den GVC eine wasserbasierte Reinigungsflüssigkeit zugeben, die nach einem kurzen Waschvorgang automatisch in einen separaten Auslauf abgeleitet und entsorgt wird. Dadurch ergeben sich signifikante Einsparkosten für Wartungspersonal sowie eine Verkürzung von Stillstandszeiten.
Zusammenfassung
Je nach Anwendungsbeispiel und Betriebsgröße ergeben sich beim Vakuum Coating aus vielerlei Hinsicht Einsparpotentiale bei den Betriebskosten. Diese lassen sich einfach auf jeden Anwendungsfall berechnen.