Stickstoff aus der Leitung

Dipl.-Ing. Carsten Beckmann, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Jachmich

Stickstoffgeneratoren, die bei Raumtemperatur arbeiten, lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Die einen separieren den Stickstoff mit Membranen, die anderen mit sogenannten Druckwechsel-Adsorptionsanlagen (Pressure Swing Adsorption, kurz PSA), in denen ein Kohlenstoffmolekularsieb (spezielle Aktivkohle) den Sauerstoff zurückhält. Während Membrangeneratoren hauptsächlich für geringere Reinheiten (95 bis 99,5 %) und große Durchflussmengen wirtschaftlich eingesetzt werden, erreichen PSA-Generatoren bei mittleren Durchflussmengen eine Reinheit von 99,999 %. In der Lebensmittelindustrie werden üblicherweise Reinheiten von 99,5 bis 99,9 % verwendet, weshalb sich hier besonders die PSA-Generatoren eignen. In ihnen wird gereinigte Druckluft aus dem hauseigenen Netz oder von einem dafür vorgesehenen Kompressor mit 6 bis 15 bar Überdruck eingeleitet. Die Druckluft wird wechselseitig über zwei mit Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) gefüllte Kolonnen geführt. Diese spezielle Aktivkohle mit genau definierter Porengröße nimmt die unerwünschten Bestandteile der Druckluft wie Sauerstoff, Wasserdampf und Restpartikel an der extrem großen Oberfläche auf. Am oberen Ende verlässt ein reiner Stickstoffstrom das CMS und gelangt in einen kleinen Stickstoffpufferbehälter. Bevor auch die zurückgehaltenen Verunreinigungen dorthin gelangen, wird auf die zweite Kolonne umgeschaltet, während die vorher benutzte Kolonne regeneriert wird. Dies erfolgt durch Druckentlastung an die Umgebung und gleichzeitiges Spülen mit einem kleinen Anteil des gerade erzeugten Stickstoffs. Danach steht das regenerierte CMS wieder für die Stickstoffproduktion zur Verfügung. Aus dem Puffertank gelangt der erzeugte Stickstoff bei einem Druck von 5 bis 13 bar in das Stickstoffnetz. Die gewünschte Qualität des Stickstoffs wird durch eine Restsauerstoffmessung überwacht und kann leicht über einen Datenschreiber dokumentiert werden. Die Anforderungen aus dem eigenen HACCP-Konzept werden so einfach erfüllt.

Darüber hinaus bietet die Stickstoff-Eigenerzeugung den großen Vorteil, ein geschlossenes stationäres System darzustellen. In gleichbleibender Qualität wird der Stickstoff produziert und dokumentiert. Die Industriegase-Unternehmen müssen hingegen bei der Versorgung mit Flaschengasen oder flüssigem Stickstoff großen Aufwand betreiben, um die Anforderungen an Lebensmittelgase aus den verschiedenen Rechtsvorschriften erfüllen zu können. So muss beispielsweise jede Charge auf einem Etikett gekennzeichnet werden und die Rückverfolgbarkeit muss für ein Jahr nach Ablauf des Mindesthaltbarkeitsdatums des Lebensmittels gewährleistet werden. Flaschen müssen mit einem Restdruckventil ausgerüstet sein, das ein vollständiges Entleeren verhindert. Schläuche für Lieferungen von flüssigem Stickstoff müssen gespült und vor Verunreinigungen geschützt werden. Ausführlich ist dies und der rechtliche Rahmen in einer Broschüre des IGV Industriegaseverband e.V. „Leitfaden für die Versorgung mit Gasen für den Einsatz in Lebensmitteln“ beschrieben.

Die Betriebskosten eines PSA-Stickstoffgenerators lassen sich recht leicht abschätzen. Bei 99,5 % Reinheit werden zur Erzeugung von 1 m³ Stickstoff 2,8 m³ Druckluft benötigt. Liegen die eigenen Druckluftkosten bei 1,5 ct/m³ ergeben sich Herstellkosten von 4,2 ct/m³ Stickstoff. Steht Stickstoff zu einem solch günstigen Preis bereit, können auch Anwendungen, für die der Stickstoffeinsatz bislang zu teuer war, über PSA-Generatoren qualitätsverbessernd versorgt werden. Dieser entscheidende Vorteil wird durch Generatoren unterstützt, die modular aufgebaut sind und sich schrittweise einem wachsenden Stickstoffbedarf anpassen. Lebensmittelbetriebe wie Brauereien, Winzereien, Molkereien, Käsefabriken, Kaffeeröstereien, Snack/Food- und Saft-Hersteller vertrauen bereits auf die On-Site-Technologie.

Stickstoffgeneratoren stellen somit eine Alternative zur herkömmlichen Stickstoffversorgung dar und können bei Bedarf auch direkt neben der Anwendung aufgestellt werden, so dass lange Zuleitungen entfallen können. Bei einem Wechsel der Produktionsstätte wird der Generator einfach mitgenommen. Der vollautomatische Betrieb schaltet den Generator ab, wenn kein Stickstoff benötigt wird. Bei Bedarf wird er eigenständig wieder angeschaltet und senkt so die Betriebskosten auf ein Minimum.

Die Betriebskosten bei der Eigenerzeugung von Stickstoff mit Generatoren liegen deutlich unter den Kosten, die bei der Bestellung in flüssiger Form, in Gasflaschen oder Bündeln entstehen. Wie schnell sich ein Stickstoffgenerator amortisiert, ist für jeden Einzelfall gesondert zu berechnen. Die meisten Anwender realisieren aber Amortisationszeiten von ein bis vier Jahren.

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