gesponsertSimulation für die Pharma- und Biotechindustrie Energieoptimierte Reinraumplanung – so einfach kann es sein

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ZETA GmbH

Mit einer innovativen Methode können Reinräume prozessorientiert und energieoptimiert geplant werden. Simulation spielt bei diesem wegweisenden Ansatz eine zentrale Rolle.

Die Businessline Sustainable Energy Solutions von Zeta widmet sich der Unterstützung von Unternehmen bei der Erreichung ihrer Dekarbonisierungs- und Nachhaltigkeitsziele.  Damit geht das Unternehmen nun proaktiv den Weg in Richtung einer nachhaltigen Zukunft weiter. Als End-to-End Lösungsanbieter für die Pharma- und Biotechindustrie führt Zeta sowohl Greenfield- als auch Brownfield-Projekte zum Erfolg. Bei neu geplanten Produktionsanlagen verringern klug gewählte Strategien von Beginn an den ökologischen Fußabdruck und bringen, langfristig gesehen, deutliche finanzielle Einsparungen mit sich. Bestehende Gebäude und Anlagen bieten ebenfalls ein enormes Potential zur Energieoptimierung und Dekarbonisierung.

In jedem Fall erfordern die Entwicklung von Strategien zur Dekarbonisierung von Produktionsstandorten und die Planung und Implementierung von Maßnahmen zur Energieoptimierung - wie Hans Eder, der Associate Director der Businessline betont – ein strukturiertes Vorgehen und eine ganzheitliche Sichtweise.

Warum ist dieser holistische Blick so wichtig? Pharmazeutische Produktionsanlagen sind eingebettet in eine Reinraum-Umgebung mit vielfältiger Infrastruktur. Dazu kommen die Gebäude als Teil des komplexen Systems. Prozesstechnik, Gebäudetechnik und Architektur bilden also eine Einheit – und stehen in Wechselwirkung mit dem örtlichen Umfeld und dessen Gegebenheiten, etwa in Bezug auf Energieerzeugung, Nah- und Fernwärmeversorgung. Jeder dieser Bereiche bietet zahlreiche Ansatzpunkte für gezielte Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz und Dekarbonisierung eines Unternehmensstandorts. „Um übergreifende, umfassende Nachhaltigkeitskonzepte zu entwickeln und in die Praxis umzusetzen, ist ein umfassendes, übergeordnetes Verständnis der Zusammenhänge notwendig“, erläutert Hans Eder. „Das ist der wichtigste Schlüssel für den Erfolg!“

Load-based Engineering: möglich durch Produktionssimulationen

Einen enormen Mehrwert für Optimierungen bieten Produktionssimulationen. Komplexe Systeme können damit wesentlich besser verstanden und verschiedene Szenarien in einer virtuellen Umgebung untersucht werden. Dadurch ist es möglich, faktenbasierte Entscheidungen zu treffen und Risiken zu reduzieren. Mit dem Einsatz der Software Inosim Insight integriert Zeta Produktionssimulationen in den Engineering-Prozess. Die Anforderungen des Prozesses und mögliche Bottlenecks können mittels Simulationen genau untersucht werden. Das Engineering kann dann darauf abgestimmt werden („Load-based Engineering“).

Energieoptimierung in der Reinraumtechnologie

Reinräume sind ein besonders vielversprechender Ausgangspunkt, wenn es darum geht, Strategien zur Energieoptimierung zu finden - schließlich ist der überwiegende Teil des Energiebedarfs pharmazeutischer Anlagen – Zetas Nachhaltigkeitsexperten sprechen von 50 bis 70 % - der Reinraumtechnologie zuzuordnen.

Dabei zeigt die Erfahrung: Lüftungsanlagen für Reinräume sind in den allermeisten Fällen überdimensioniert. Dies führt zu unnötig hohen Luftwechselraten, die nicht mit den tatsächlichen Anforderungen an die Kontaminationskontrolle übereinstimmen. Das Resultat ist ein übermäßiger Energieverbrauch, verbunden mit einem erhöhten CO₂-Ausstoß und unnötig hohen Kosten. Zeta schlägt einen weit nachhaltigeren, lastenbasierten Ansatz vor, bei dem die HLK-Anlagen nach den tatsächlichen Anforderungen des jeweiligen Produktionsprozesses ausgelegt und geregelt werden. Und zwar völlig im Einklang mit der Kontaminationskontrollstrategie (CCS), die im GMP-konformen Prozess gemäß der GMP EU-Richtlinie (Annex 1) zum Tragen kommt!

Wie kann nun eine Überdimensionierung, zum Beispiel der Lüftungsanlage, vermieden und der Energiebedarf optimiert werden? Als Antwort darauf hat Zeta eine innovative Methodik entwickelt, die sich in erster Linie am pharmazeutischen Produktionsprozess und seinen realen Anforderungen orientiert. Eine wesentliche Rolle bei diesem zukunftsweisenden Ansatz spielen Simulationsvorgänge – nach Prozesssimulationen mit der Inosim Insight Software kommt nämlich auch die Strömungsmechanik zum Einsatz! Doch alles der Reihe nach:

Prozessbasierte Reinraumplanung – wie funktioniert das?

Die neu entwickelte Methodik zur energieoptimierten Reinraumplanung kann in zwei aufeinanderfolgende Stufen unterteilt werden. Die erste Stufe besteht aus einer gründlichen Analyse des Produktionsprozesses. Dafür wird die Simulationssoftware Inosim herangezogen. Relevante Faktoren wie die Raumbelegung, Wärmelasten sowie kritische Vorgänge wie Filterwechsel oder Probenahmen, fließen in die Analyse ein.  Die Simulationen erlauben schließlich eine exakte Definition der Anforderungen, die während des Ablaufs der Prozessschritte an den Reinraum gestellt werden. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Analyse wird nun ein auf Fakten – statt, wie sonst üblich auf „Faustregeln“ - basierendes Anforderungsprofil (User Requirement Specifications, URS) entwickelt.

Jetzt kann Stufe 2 beginnen: die eigentliche Reinraum- und Lüftungsplanung. Unterstützt durch Simulationen der Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) wird die Auslegung des Belüftungssystems – also die Anzahl und Positionierung der Dralldurchlässe - optimiert und der Luftstrom an die Bedürfnisse des Prozesses angepasst.

Die Reduzierung des Luftstroms, die dabei möglich ist, führt zu Energieeinsparungen von bis zu 60%, einer Verringerung des CO₂-Fußabdrucks um bis zu 65% und erheblichen Einsparungen bei den Investitions- und Betriebskosten!