Die Lebensmittelindustrie steht vor der Herausforderung, ihre Prozesse kontinuierlich zu optimieren, um sowohl die Effizienz zu steigern als auch den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Eine Schlüsseltechnologie, die zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist die Wärmepumpe.
Wärme ist eine wertvolle Ressource, unabhängig davon, ob sie bei -40 °C oder +140 °C auftritt. In vielen industriellen Prozessen, insbesondere dort, wo gleichzeitig geheizt und gekühlt wird, bleibt jedoch viel Abwärme ungenutzt. Da das in erster Linie ein Kostenfaktor ist, ist die Einführung energieeffizienter Wärmepumpen daher zunehmend die bevorzugte Technologie auf dem Weg in eine klimaneutrale Zukunft.
Die Lebensmittelproduktion erfordert oft präzise Temperaturregelungen, sei es bei der Pasteurisierung, Trocknung, Kühlung oder Lagerung. Wärmepumpen können in diesen Bereichen einen bedeutenden Beitrag leisten, indem sie die benötigte Energie effizienter bereitstellen und gleichzeitig den Energieverbrauch insgesamt reduzieren.
Auf dem Bauernhof – Der Anfang allen Käses
Der wahrscheinlich aufwendigste und am wenigsten kalkulierbare Teil der Milchproduktion ist die Viehhaltung auf dem Bauernhof. Hier wird nicht nur die Grundlage für die Qualität der Milch gelegt, sondern auch das Wohl der Tiere entscheidend beeinflusst. Jeder Aspekt, von der Fütterung bis zur Pflege, trägt zur Qualität des Endprodukts sowie zur späteren Preisgestaltung bei. In Zeiten steigender Energiepreise lohnt es sich daher, Prozesswärme zu nutzen.
Ein bemerkenswertes Beispiel für innovative Energienutzung zeigt sich auf dem Bauernhof von Pitkämäki in Finnland. Dort wurde eine Erdwärmeanlage erfolgreich in den Betrieb integriert. Diese nutzt nicht nur Erdwärme aus mehreren Thermalbrunnen, sondern auch die Abwärme der frisch gemolkenen Milch zur Beheizung der Gebäude und zur Erwärmung von Wasser für die Tiere. Vor der energetischen Sanierung wurden jährlich etwa 500 Kubikmeter Holzhackschnitzel zur Beheizung der Gebäude und des Brauchwassers verbrannt. Durch die Installation der Erdwärmepumpen konnte dieser Bedarf drastisch reduziert werden. Nun können die aus den eigenen Wäldern stammenden Hackschnitzel verkauft werden.
Die Molkerei – Milchveredelung auf industriellem Niveau
Ist die Milch einmal gemolken, muss sie schnell verarbeitet werden. In der Molkerei wird die Milch bei der Annahme gekühlt. Im weiteren Verarbeitungsprozess kommt es zu verschiedenen Verarbeitungsprozessen, um die Milch z.B. durch Pasteurisation haltbar zu machen oder zu Joghurt weiterzuverarbeiten. Diese und andere Prozesse benötigen Wärme, die traditionell durch Dampf bereitgestellt wird, der aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird und klimaschädliches CO₂ in die Umwelt freisetzt. Auch das fertige Produkt muss wieder gekühlt werden. Die Wärme, die durch die Kälteanlage dem Prozess entzogen wird, wird dabei über Kühltürme an die Umgebung abgegeben.
„Heute können Ingenieure über einen ganzheitlichen Betrachtungsansatz die vorhandenen Abwärmeströme im Prozess nutzbar machen. Hierzu werden neben einer direkten Wärmerückgewinnung und energiesparender Anlagentechnik zunehmend Wärmepumpen eingesetzt. Diese heben die niedrige Temperatur der vorhandenen Abwärme auf eine Temperatur, die im Prozess benötigt wird, und ersetzen so erhebliche Teile des benötigten Dampfs aus fossilen Brennstoffen. Dadurch wird der traditionelle Heizölkessel für z. B. den Pasteurisierungsprozess fast überflüssig. „Die Molkerei senkt so Energiekosten und reduziert den Ausstoß von CO₂“, erläutert Isabel Osterroth, Nachhaltigkeitsexpertin bei GEA. GEA setzt bei Wärmepumpen auf das natürliche Kältemittel Ammoniak. Ammoniak ist völlig kohlenstoffneutral und damit eine perfekte – und nachhaltige – Alternative zu anderen synthetischen Kältemitteln.
Bildquelle: GEA Group AG
„Gerade das Temperaturniveau unter 95 °C, das neben der Pasteurisation auch für die Reinigungsprozesse benötigt wird, lässt sich mit Wärmepumpen hervorragend erreichen“, erklärt Georg Munde, Ingenieur und Lebensmitteltechnologe bei GEA. Dadurch steigt die Energieeffizienz erheblich und ein Großteil der Wärme wird zurückgewonnen“, ergänzt Munde.
Ein Beispiel für die erfolgreiche Dekarbonisierung ist die Molkerei Aurivo in Killygordon, Irland. Hier konnte der CO₂-Abdruck um 80 Prozent gesenkt werden, indem überschüssige Abwärme aus der Kühlung zur Wassererhitzung genutzt wurde.
„Internationale Molkereikonzerne setzen sich zunehmend Nachhaltigkeitsziele und wollen ihre Produktion schrittweise dekarbonisieren. Wärmepumpen spielen dabei eine Schlüsselrolle“, so Munde.
Durch die Modernisierung mit einem ganzheitlichen Energiekonzept konnte Aurivo seine stündliche Milchverarbeitungskapazität steigern, den Energieverbrauch für Erhitzung und Kühlung um 12 Prozent senken und jährlich erhebliche Betriebskosten einsparen.
Logistik
Nach der Verarbeitung werden die Milchprodukte über Logistikzentren an die einzelnen Supermärkte ausgeliefert. Auch hier lassen sich mit Wärmepumpen große Energieeinsparungen erzielen.
Ein gutes Beispiel ist die Revitalisierung des Edeka Logistik Centers in Zarrentin (Mecklenburg-Vorpommern), wo die alten Ölkessel durch eine Wärmepumpen-Anlage mit 1,2 Megawatt Heizleistung ersetzt wurden. Als Wärmequelle fungieren hier 15 wassergefüllte Energiepfähle im Boden. Die Sole, ein Wasser-Glykol-Gemisch, wird zentral gesammelt und der Wärmepumpenkaskade in der Heizzentrale zugeführt. Auf diese Weise konnte Edeka an ihrem Standort in Zarrentin jährlich über 465.000 Euro einsparen und rund 1,23 Millionen Kilogramm CO₂-Emissionen reduzieren.
Endstation Kühlregal im Supermarkt
Auch an der Käsetheke oder im Kühlregal entfaltet die Wärmepumpe ihr volles Potenzial. Hier kann beispielsweise die Abwärme aus den Kühlregalen genutzt werden, um den Supermarkt im Winter zu beheizen.
Ein Beispiel ist der XL-Markt von Rewe Petz im rheinland-pfälzischen Herdorf. In dem Supermarkt wird eine transkritische CO₂-Kälteanlage, die in Hochdruckbereichen besonders effizient arbeitet und dabei das natürliche Kältemittel CO₂ nutzt, eingesetzt. Die Abwärme der Kältemaschine wird zur Beheizung der 2.100 Quadratmeter Verkaufsfläche mittels einer Wärmepumpe zusätzlich zur Nutzung von Geothermie verwendet. Die Klimatisierung erfolgt hingegen ausschließlich über die Geothermie-Sonden.
Auch Kaufland setzt am neuen Standort in Bad Neustadt an der Saale auf eine Kombination aus Wärmepumpe und Abwärmenutzung. Die Abwärme der Kälteanlage dient primär zur Beheizung des Gebäudes. Erst bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt kommt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz. Zudem nutzt das Unternehmen eine Geothermie-Anlage, die im Winter Wärme aus der Erde gewinnt und im Sommer zur Kühlung beiträgt. Dadurch benötigt der Markt keinen konventionellen Heizkessel, was Energiekosten senkt und den Einsatz zusätzlicher Kältemittel vermeidet.
Diese Beispiele zeigen eindrucksvoll, wie Wärmepumpen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Lebensmittelproduktion einen entscheidenden Beitrag zur Energieeffizienz leisten können. Von der Milchproduktion über die Verarbeitung in der Molkerei bis hin zur Lagerung und Präsentation im Supermarkt – überall helfen sie, Abwärme sinnvoll zu nutzen und fossile Energieträger zu ersetzen.
Damit ist die Wärmepumpe in der Industrie schon lange keine Zukunftsvision mehr, sondern eine bewährte Technologie, die bereits heute einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Lebensmittelindustrie leistet.
