14.01.2021 - Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI)

Forschungsteam reduziert Energiebedarf bei der Sprühtrocknung von Lebensmitteln

Mehr Energieeffizienz und weniger CO2-Emissionen!

Eine Kulturtechnik, die einen essentiellen Beitrag zur menschlichen Ernährung leistet, ist das Trocknen von Lebensmitteln. Getrocknete Lebensmittel bieten hinsichtlich Lagerung, Haltbarkeit und Transport entscheidende Vorteile. Dabei gehört die Sprühtrocknung zu den wichtigsten industriellen Trocknungsprozessen für Flüssigkeiten wie Milch. So werden Magermilch-, Vollmilch- und Molkenpulver vorrangig durch Sprühtrocknung hergestellt. Neben der Verwendung als Säuglingsnahrung werden getrocknete Milchprodukte beispielsweise auch in Süßwarenfüllungen, in Desserts wie Pudding oder Eiscreme, in Wurstwaren oder in Suppen- und Soßenpulvern eingesetzt.

Der etablierte Prozess hat jedoch einen hohen Energiebedarf: Etwa zwei Drittel der benötigten Energie ist in der Verdampfungsenthalpie des verdunstenden Wassers gebunden. Im Kontext der Energiewende und des Gebots zur Einsparung von CO2-Emissionen ist die Reduzierung des Energiebedarfs für die Sprühtrocknung daher essentiell, sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht.

Vor dem Hintergrund, dass die Sprühtrocknung in vielen Unternehmen der Lebensmittelindustrie und darunter vor allem in der Milchverarbeitung eingesetzt wird, ist die Suche nach Lösungen über Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) der richtige Ansatz: Im Rahmen eines IGF-Projekts des FEI hat sich ein Forschungsteam der Universität Hohenheim zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf bei der Sprühtrocknung erheblich zu reduzieren. Dabei soll der Einsatz von überhitztem Dampf die Rückgewinnung bzw. Weiterverwertung der Verdampfungsenthalpie durch Dampfkondensation ermöglichen. Insbesondere die Gestaltung der Strömungsführung im Sprühturm sowie ein schneller Austrag des Pulvers aus der Hochtemperaturzone stehen bei den Forschungsarbeiten im Fokus. Ebenso ist es geplant, die Auswirkungen der gegenüber der konventionellen Sprühtrocknung erhöhten Temperaturbelastung und Trocknungsgeschwindigkeit auf die Produktqualität zu untersuchen.

In Unternehmen der Milchwirtschaft, die mit ihren ca. 37.000 Beschäftigen vorrangig mittelständisch organisiert ist, werden derzeit in Deutschland durchschnittlich ca. 400.000 t Magermilchpulver pro Jahr sprühgetrocknet. Legt man diese Menge zugrunde und berücksichtigt, dass sich der neuentwickelte Prozess darüber hinaus auch für weitere Lebensmittelprodukte eignet, so kann von mindestens dem doppelten Energieeinsparpotential allgemein für Lebensmittelpulver ausgegangen werden. Bei 400.000 t und einem Trockenmasseanteil von 50 % in der Sprühlösung ergibt sich ein Einsparpotential von jährlich mehreren Kilotonnen Kohlenstoffdioxid-Emissionen: Berechnungen zufolge wären dies allein für Magermilchpulver ca. 20 kt CO2-Äquivalent pro Jahr (basierend auf Erdgas als Energiequelle bei Blockheizkraftwerk-Nutzung) und entsprechend ca. 40 kt CO2 pro Jahr für den gesamten Lebensmittelbereich. Da bei diesen Berechnungen nur die Verdampfungsenthalpie berücksichtigt wurde, würden gegenüber dem heutigen Standard weitere Einsparungen im Bereich der Abgasverluste hinzukommen, denen jedoch ein erhöhter Aufwand zur Prozessdurchführung gegenübersteht. Das Verfahren ist grundsätzlich auch in anderen Branchen mit Sprühtrocknungsprozessen einsetzbar, sodass das Gesamteinsparpotential noch deutlich höher einzuschätzen ist.

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