Ressourceneffizienz in der Getränkeindustrie: Wie lässt sich der Anlagenbetrieb optimieren?

Ressourcennutzung in der Getränkeproduktion optimieren

Kennzahlen zur Bewertung der Ressourceneffizienz in der Getränkeproduktion

Um die eigene Ressourceneffizienz besser bewerten zu können, sind geeignete Kennzahlen für das Benchmarking unerlässlich. Damit kann ein Getränkehersteller sich bei ähnlicher Produktpalette und Betriebsgröße mit der Konkurrenz oder innerhalb eines Konzerns vergleichen.

Mögliche Kennzahlen sind: 

• die benötigten Liter Wasser pro Liter Getränk
• Kilowattstunden je Kubikmeter
• Rohstoffeinsatz und -ausbeute sowie Produktverlustquote im weiteren Prozessverlauf
• Reinigungsmittelverbrauch pro Kubikmeter
• Zahl der eingekauften Verpackungen pro 1000 Liter
• Reststoffanfall
• Abwassermenge und -zusammensetzung je Produktionseinheit
• Treibhausgasemissionen je Liter Getränk

Diese Kennzahlen gilt es im Blick zu behalten und nach Möglichkeit zu optimieren. Eine belastbare Bewertung ergibt sich nur, wenn man den gesamten Lebenszyklus von Rohstoffgewinnung, Produktion, Verpackung, Transport, Nutzung durch den Verbraucher und Entsorgung berücksichtigt.

Die Datensammlung und Auswertung ist also aufwendig, bringt jedoch teilweise bereits kurzfristig einen messbaren Erfolg wie zum Beispiel bei der Wasser- und Abwassermenge. Eine technisch sinnvolle Lösung setzt dabei meist auf eine Kombination aus Vermeidung, Wiederverwendung, Rückgewinnung und effizienter Prozessführung.

Ressourceneffizienz senkt nicht nur Umweltbelastungen, sondern zwangsläufig auch Betriebs- und Entsorgungskosten.
Im Folgenden werden exemplarisch anhand der Bereiche Instandhaltung und Reinigung sowie Verpackung und Transport einige Beispiele aufgezeigt, die in der Getränkeproduktion Potenzial für Ressourcenoptimierung bieten.

Instandhaltung beugt Messfehlern vor und spart Ressourcen

Technische Systeme, Geräte und Betriebsmittel sollen für den funktionsfähigen Zustand erhalten bleiben oder bei Ausfall unverzüglich wieder in Betrieb genommen werden. Die Instandhaltung ist strukturiert in die vier Grundmaßnahmen Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung.

Folgeschäden durch fehlende Wartung sind praktisch unvermeidbar und treten oft unerwartet ein. Aus diesem Grund kommt der Instandhaltung beim Thema Ressourceneffizienz eine enorme Bedeutung zu. Wartung und Instandhaltung sichern eine reibungslose Produktion und sorgen gleichzeitig für eine Minimierung von Ressourcenverlusten.

Die Bedeutung eines Anlagenausfalls ist vielen Führungskräften aus dem nicht-technischen Bereich zu wenig bewusst. Die entstehenden Stillstandkosten bei nur wenigen Stunden erreichen schnell Zehntausende Euro wegen der Personalkosten und der Produktverluste. Absolut katastrophal ist eine Lieferunfähigkeit mit den bereits in den Lieferbedingungen festgelegten Vertragsstrafen und dem drohenden Kundenverlust. Zudem ist eine kurzfristige Instandsetzung oft teuer, da Ersatzteile per Hubschrauber herbeigeschafft werden müssen. In den Serviceverträgen sollten die Lieferzeiten von wichtigen Ersatzteilen bereits detailliert aufgelistet sein, damit der Lieferant die passenden Elemente vorhalten kann.

Abb. 1: Defekte Kabelzuführung am Leitfähigkeitsmessgerät

Saubere Messungen optimieren die Ressourcennutzung in der Reinigung

Flaschenwaschmaschinen benötigen Frischwasser, Dampf, elektrische Energie und Reinigungsmittel. Gerade solche Anlagen sind sehr gut als blackbox zu untersuchen.

Messungen des Wasserverbrauchs, des Dampfdrucks, der Eingangs- und Ausgangstemperaturen von Wasser, Lauge, Flaschen etc. und die Überprüfung der elektrischen Leistungsaufnahme sind daher anzuraten. Ein Vergleich mit dem Datenblatt der Anlage gibt Aufschluss über die auftretenden Abweichungen. Gerade dem Wasserbedarf pro Flasche sollte man große Aufmerksamkeit schenken, da zu hohe Mengen einen höheren Dampfbedarf, steigende Reinigungsmittel- und Abwassermengen nach sich ziehen. Gleiches gilt für Kastenwaschanlagen.

Zwei Beispiele aus dem Alltag der Getränkeproduktion zeigen, worauf es im Detail ankommt:

Beispiel 1: Bei der CIP-Reinigung ist leider das Phänomen „Messfühler kurz vor dem Defekt“ häufig anzutreffen. In diesem Fall (Abb.1) wird das elektrische Signal für die Konzentrationsmessung (man beachte die Kabelzuführung) über kurz oder lang zu einer Über- oder Unterdosierung von Reinigungsmitteln führen. Im täglichen Betrieb wird darauf zu wenig geachtet. Eine gute Mitarbeiterführung macht sich hier bezahlt, denn motivierte Mitarbeiter melden solche Mängel. Eine Idee wäre es, Auszubildende eine Bestandsaufnahme über den Zustand von Linien durchführen zu lassen.

Beispiel 2: Ein defekter magnetisch-induktiver Durchflussmesser (IDM) führt zu fehlerhaften Messergebnissen. Oft liegt es daran, dass eine einfache Dichtung nicht ausgewechselt wurde. Dann rinnt Flüssigkeit über Wochen und Monate in den IDM. Der Ausfall ist vorprogrammiert und kostet einiges Geld durch mikrobiologisch unsichere Produkte bei unzureichender Strömungsgeschwindigkeit in den Reinigungsschritten bis hin zu erforderlichen Rückruf- oder Rückholaktionen im ungünstigsten Fall.

Transportschäden vermeiden

Eine weitere Stellschraube zur Ressourcenoptimierung in der Getränkeindustrie ist die Vermeidung von Produktverlusten beim Transport. Dabei kann die Automatisierung der Handhabungsprozesse durch Robotik einen Beitrag infolge von sicherer Materialflüssen und geringeren Transportschäden liefern.

Elementar für die Vermeidung von Produktverlusten ist die Stabilität der Ladeeinheiten. Auch kleine Kisten- oder Kartonverschiebungen auf einer Palette können während Transport, Kommissionierung oder Lagerung Verpackungsschäden und damit Ausschuss verursachen. Die Art der Produkthandhabung durch Roboter hat in einer Verpackungslinie also Einfluss auf Verluste und Beschädigungen. Vor allem bei empfindlichen Units sind präzise und reproduzierbare Bewegungsabläufe wichtig.

Worauf ist beim Einsatz von Robotik in der Getränkeproduktion zu achten?

Meist sind Industrieroboter durch das eingesetzte Werkzeug auf wenige Einsatzgebiete festgelegt. Das Werkzeug ist am Roboter angeflanscht und z. B. ein Greifer für Handlingaufgaben wie die Zusammenstellung von Mischkartons je nach Kundenwunsch, Jahreszeit oder Aktionsware.

Heute sollte der Tausch des Werkzeuges auch während des Betriebes möglich sein.
Grundsätzlich werden Roboter ausgewählt nach Art der Traglast, deren Schwerpunkt und Eigenträgheit sowie dem Aufgabenbereich, in dem der Prozess stattfinden soll. Gleichsam sind die Prozessgeschwindigkeit (Zykluszeit) und die Genauigkeit des Roboters von Bedeutung. Dabei wird zwischen der Positionsgenauigkeit (Pose) und der Bahngenauigkeit unterschieden. Dazu werden sowohl die Absolut- als auch die Wiederholgenauigkeit ermittelt. Letztere ist ein Maß für die Abweichungen, die bei Einpackvorgängen wichtiger als die Absolutgenauigkeit ist. Letztere kann durch eine Roboterkalibrierung optimiert werden, hingegen ergibt sich die Wiederholgenauigkeit im Wesentlichen aus dem Getriebespiel.

Ein Beispiel: Ein sechsachsiger Kuka-Roboter transportiert je nach Modell Traglasten von sechs bis 16 Kilogramm bei Reichweiten von rund 0,7 bis 1,1 Meter ab. Die Wiederholgenauigkeiten liegen bis ±0,02 Millimeter und genügen für die Anwendungen in der Getränkeindustrie.

Die bis jetzt genannten Parameter müssen dem Anlagenplaner bekannt sein. Zudem sind Art und Beschaffenheit der Oberflächen, die mit dem Greifer direkt in Berührung kommen wichtig. Änderungen der Parameter können zu einer deutlich höheren Fehlerquote führen. Selbst kaum sichtbare veränderte Kartonoberfläche und sogar (kein Witz) eine andere Druckfarbe beeinflussen die Handling-Eigenschaften oft negativ.

Zusammenfassung

Die Prozess- und Ressourcenoptimierung im gesamten Verlauf der Getränkeherstellung bis hin zum Verbraucher ist eine anspruchsvolle und arbeitsintensive Aufgabe. Es lohnt sich jedoch in vielen Schritten der Prozesskette finanziell bereits kurz- und mittelfristig.

Quellen:
www.kuka.com / KR-Agilus-Serie
Thomas Birus: Automatisierung in der Verpackungstechnik