Die hängenden Gärten von ecoduna

Ein Industriebetrieb, in dem als Abfallprodukt nur Sauerstoff anfällt? Das ist in Niederösterreich bereits Realität: Denn bei der eparella GmbH, einem Tochterunternehmen der ecoduna AG, wird produziert, wie es die Natur vorgibt. Hier entstehen Mikroalgen in industriellem Maßstab, auch dank Druckluft.

Mikroalgen stellen unzweifelhaft einen Zukunftsmarkt dar, schließlich werden schon heute weltweit Umsätze in Milliardenhöhe mit diesem wertvollen Rohstoff erwirtschaftet. Nachfrage herrscht vornehmlich aus Wachstumsmärkten, etwa der Nahrungsmittel- und Nahrungsergänzungsmittel-Industrie oder der Kosmetik bzw. Pharmazie: Sie profitieren vom hohen Gehalt hochwertiger Omega-3-Fettsäuren.

ecoduna versucht in diesem Markt ein gewichtiges Wort mitzureden, zumal das Unternehmen in naher Zukunft mit einer Verknappung des Angebots an Omega-3 aus Fischölen rechnet. Weitere Inhaltsstoffe mit hohem Potenzial, in denen Mikroalgen als Ausgangsstoff dienen, sind Pigmente, Antioxidantien, Kohlenhydrate und Proteine. Während derzeit ein Großteil der globalen Mikroalgenproduktion von 90.000 t pro Jahr in Ostasien, Australien und Nordamerika produziert wird, steuert Europa bisher nur vergleichsweise geringe Mengen zum weltweiten Bedarf bei. Für ecoduna eine große Chance, zumal asiatische Mikroalgen oft qualitativ nicht europäischen Standards entsprechen und daher für den Einsatz im Nahrungsmittelbereich nur bedingt geeignet sind.

Patentierte Technologie

In Bruck an der Leitha eröffnete eparella im März 2018 eine zukunftsweisende Produktionsanlage für Mikroalgen höchster Qualität. Auf einer Fläche von über 10.000 ^m2 entstand eine der weltgrößten Anlagen, welche nach dem Vollausbau (geplant für 2021) jährlich rund 300 t Biomasse generieren wird. Zentrales Erfolgsrezept ist eine patentierte Technologie zur ressourcenschonenden Herstellung hochwertigen Algenpulvers – und als Abfallprodukt entsteht einzig und allein der eingangs erwähnte Sauerstoff.

Dabei hebt sich das Unternehmen dank der patentierten ecoduna-Technologie deutlich vom Wettbewerb ab: Die Mikroalgen werden in einer hochreinen Umgebung, in stehenden Glasröhren, einem geschlossenen System vermehrt.

Hauptkomponenten der Anlage sind 150 m lange Reihen von sechs Meter hohen, mit einander verbundenen Glasröhren, sogenannte Photobioreaktoren. Durch eine spezielle Geometrie lässt sich insbesondere die für das Wachstum der Algen wichtige Lichtmenge im Vergleich zu herkömmlichen Systemen optimal nutzen. Für ideale Wachstumsbedingungen sorgt zudem ein neuartiges Verfahren zur gleichmäßigen Einbringung von Kohlendioxid und Nährstoffen an mehreren Stellen im System – Sensoren überwachen die exakte Abstimmung auf die Anforderung der jeweiligen Algenkultur.

Durch die Verwendung des Airlift-Prinzips kann die Reaktortechnologie pumpenfrei betrieben werden. Eingebrachte Luftblasen mischen das Medium, reinigen das Glas und transportieren Kohlendioxid in das und Sauerstoff aus dem System. Dieses zeichnet sich durch eine maximierte Produktivität bei gleichzeitig hoher Lebensdauer der Anlage aus. Nicht ohne Stolz berichtet eparella hier von Technologieführerschaft.

Schlüsselfertige Druckluft

Wie bereits zu erahnen, benötigt das System Druckluft. Zum einen dient diese zum Transport der Algensuspension durch den Photobioreaktor. Zum anderen ist Druckluft als Steuerluft für pneumatische Ventile nötig, von denen in der Anlage mehrere 100 Stück verbaut sind, und die einen hohen Automatisierungsgrad erlauben. Dass die Anforderungen an Kaeser für einen hochsensiblen Bereich wie die Mikroalgenproduktion nicht trivial waren, ist leicht nachzuvollziehen. Das beginnt schon bei der Versorgungssicherheit, schließlich ist ein Betrieb an 365 Tagen im Jahr, ohne Pause, 24 Stunden lang zu garantieren.

Die Druckluftanlage ist gemäß der hohen Vorgabe redundant aufgebaut. Erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist, dass Kaeser bereits im Planungsstadium des Projekts miteinbezogen wurde und wesentliche Inputs zur Ausführung der Druckluftanlage sowie zur Raumplanung geben konnte. Das war auch insofern wichtig, als die Druckluftanlage als Turn-Key-Projekt, also inklusive Verrohrung, Lüftung und Elektrik, umgesetzt wurde. eparella entschied sich damit für ein „Sorgenfrei-Paket“, musste also mit Inbetriebnahme der Anlage praktisch nur noch den Druckluft-Startknopf drücken.

Zwei Drücke, zwei Netze

Mit der Versorgungssicherheit hörten allerdings die hohen Anforderungen an die Anlage nicht auf. Da die Druckluftnetze für die Reaktorluft und die Druckluft zur Steuerung unterschiedlich hoch beaufschlagt werden, wurden im Prinzip zwei Stationen installiert. Die Erzeugung der Reaktorluft übernehmen zwei energieeffiziente, drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren vom Typ FSD 475 SFC, 5 bar mit Liefermengen zwischen 850 und 3.500 m³/h. Die beiden FSD-Kompressoren sind speziell auf den Betrieb im Niederdruckbereich ausgelegt. Die Drehzahlregelung stellt sicher, dass jeder beliebige benötigte Druckluftbedarf zwischen minimaler und maximaler Liefermenge angesteuert werden kann.

Die Druckluft für die Pneumatikventile und andere Bauelemente erzeugen zwei Schraubenkompressoren der Reihe SK 22-T, die sich dank Premium-Efficiency-Motoren (IE3) ebenfalls durch den besonders sparsamen Umgang mit elektrischer Energie auszeichnen. Dieses Netz kann mit max. 11 bar beaufschlagt werden – und im Gegensatz zur Reaktorluft schwankt der Druckluftbedarf hier deutlich stärker. Die jeweils doppelte Ausführung ist der erforderlichen Redundanz geschuldet. In der Praxis wird jeweils nur ein Kompressor betrieben und die Grundlastmaschine in regelmäßigen Abständen getauscht. Die Betriebsstunden verteilen sich so gleichmäßig auf die beiden Kompressoren und der Service an den Kompressoren kann so zum gleichen Zeitpunkt vorgenommen werden – eine effiziente Vorgehensweise.

Auf Qualität getrimmt

Auf Grund des direkten Kontakts der Druckluft mit den Mikroalgen kommt der Druckluftqualität und damit der Aufbereitung eine wesentliche Aufgabe zu. Die Anforderungen sind – wie schon erwähnt – sehr hoch. In Zahlen bedeutet das nach ISO 8573-1 (2010): Staub Klasse 1, Restwasser Klasse 4, Restöl Klasse 1. Die Kaeser-Ingenieure haben daher keinen Aufwand gescheut, um diese Ziele dauerhaft zu garantieren. Kältetrockner der Typen TL 1301 (Reaktorluft) bzw. ABT 25 (Membranreinigung/Steuerung), Aktivkohleabsorber, Mikrofeinfilter als Vorfilter, Nachfilter zur Erreichung der Partikelklasse 1 sowie mehrere weitere Filtereinrichtungen stellen die hohe Druckluftqualität her. Zudem wird natürlich der Drucktaupunkt permanent kontrolliert. Nicht zu vergessen: Die Kompressoren sind mit einem lebensmittelverträglichen Kühlfluid nach USDA-H1-Standard ausgestattet – auch daran hat der Druckluftexperte gedacht. Sämtliche Komponenten der Druckluftanlage werden vom Sigma Air Manager 4.0-4 gesteuert und überwacht. Der Betreiber erhält so maximale Transparenz über die Betriebszustände: Alle Informationen sind jederzeit in vollem Umfang abrufbar. Auch Wartungsintervalle und -meldungen werden durch das Druckluft-Managementsystem verwaltet. Darüber hinaus werden auch Verbrauchs- und Energiedaten über die installierte Visualisierung aufgezeichnet.

Fast 100 % Wärmerückgewinnung

Eine weitere Vorgabe von eparella war schließlich, die entstehende Abwärme in größtmöglichem Umfang zu nutzen, um die Anlage so ökologisch wie möglich zu betreiben. Dazu wurden die beiden luftgekühlten FSD-Schraubenkompressoren mit dem Wärmerückgewinnungssystem PTG 475-25 (Plattenwärmetauscher) ausgestattet, welches einen Rückgewinnungsanteil von stattlichen 76 % erreicht. Die restliche Abwärme aller verbauten Komponenten wird bei Wärmebedarf für die Beheizung des Glashauses verwendet. Während der Heizsaison erfolgt ein Umluftbetrieb: Die warme Kühlluft der Komponenten der Kompressorstation wird ins Glashaus geblasen.

Durch diese Betriebsweise kann die Abwärme der Druckluftanlage zu nahezu 100 % genutzt werden. Im Sommerbetrieb wird die anfallende Abwärme über das Dach abgeführt, damit eine bestmögliche Kühlung der Komponenten gewährleistet ist.

www.kaeser.at