PROCESS Exklusiv-Interview Interview: Komplexe Analysentechnik im Produktionsprozess erfolgreich einsetzen

Mit Prozessleitsystemen der Centum-Reihe sowie Feldgeräten zur Durchfluss-, pH-, Leitfähigkeits- und Sauerstoffmessung hat sich das japanische Unternehmen Yokogawa Electric in Europa einen Namen gemacht. Wie auch komplexe Analysensysteme von Yokogawa die Prozesseffizienz erhöhen, erfuhr PROCESS von Dr. Norbert Zeug, Business Development Manager Europe, Analytical Systems, bei der Yokogawa Europe B.V.

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YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik

Herr Dr. Zeug, wie fügen sich die komplexen Analysensysteme in das Portfolio von Yokogawa ein?

Dr. Zeug: Yokogawa besitzt umfassende, über Jahrzehnte gewachsene Expertise für Prozessautomatisierung und „advanced process control“. Wir können unsere Kunden bei ihren Bestrebungen zur Steigerung von Effizienz und Produktivität ihrer Anlagen und Betriebe optimal unterstützen, weil wir nicht nur Leitsysteme und Feldgeräte, sondern auch komplexe Analytik und vielfältige Software-Werkzeuge aus einer Hand anbieten.

Wir verfügen zum Beispiel in der Prozesschromatographie über fast 50 Jahre Erfahrung und rund 7000 Installationen weltweit. Aber wir sind nicht nur ein „one stop shop“ rund um die Automatisierungstechnik. Wir bieten umfassenden Service entlang des Lebensweges von prozesstechnischen Anlagen, von der Beratung bei der Konzeption bis hin zu Wartung und Trouble shooting.

Stichwort Effizienzsteigerung: Wie groß sind die Potenziale wirklich?

Dr. Zeug: Das hängt immer vom Einzelfall ab – und natürlich auch von der Erfahrung des Automatisierungspartners. Jedenfalls gelingt es vielen Betreibern mit Hilfe moderner Prozessanalytik und Prozessführung, auch in Zeiten steigender Rohstoff- und Energiepreise, ihre Margen aufrecht zu erhalten, indem sie solche Potenziale ausschöpfen. Gerade in der Großindustrie können schon kleinste Ausbeutesteigerungen in einem Prozess schnell einen Gegenwert von jährlich mehreren Millionen Euro bedeuten – mehr Verkaufsprodukt und zugleich weniger Abfall. Solche Projekte sind Win-Win-Situationen für den Anwender und für uns.

Verhalten sich Betreiber unterschiedlich in ihrem Streben nach Effizienz?

Dr. Zeug: Durchaus, und zwar sowohl im Hinblick auf Industriesektoren als auch geographisch. Das Bewusstsein für die Effizienz und für die dafür erforderliche analytische Qualität ist in der Petrochemie bereits stark ausgeprägt. In der pharmazeutischen Industrie hat dieser Trend gerade Fuß gefasst – ausgelöst unter anderem durch die PAT-Initiative der FDA. Dagegen gibt es meiner Meinung nach zum Beispiel bei der Erzeugung von Biotreibstoffen noch viel Potenzial.

Geographisch betrachtet haben viele Schwellenländer und auch die Ex-Ostblockstaaten einen deutlichen Nachholbedarf in punkto Anlageneffizienz.

Dr. Zeug: Das liegt daran, dass die dortigen Produktionen im Zuge der Globalisierung der Märkte zunehmend an internationalen Industriestandards gemessen werden. Außerdem wurde die Bedeutung der Produktionseffizienz dort bisher oft unterschätzt.

Wie können Effizienzpotenziale optimal realisiert werden?

Dr. Zeug: Grundvoraussetzung dafür ist der intensive Dialog mit dem Betreiber auf allen Ebenen. Wir müssen den Produktionsprozess zunächst im Detail verstehen, dessen Parameter, die organisatorischen und logistischen Abläufe, personelle Gegebenheiten und vieles mehr. Diese Basisinformationen benötigt eigentlich jeder, der professionell Leitsysteme, Feldgeräte, Analysatoren oder entsprechende Software implementieren will.

Wenn ein Anbieter wie Yokogawa all diese Kompetenzen zugleich besitzt, liegen die Synergien auf der Hand. Auf der Basis dieser Prozesskenntnis schlagen wir unseren Kunden optimal geeignete Analytiklösungen vor. Wenn es etwa darum geht, die Kontamination von Tauchbädern durch Verschleppung zu überwachen, gibt es dafür unterschiedliche analytische Lösungen. Das reicht von der spektroskopischen Einzelstoffanalyse, die eine Investition von rund 75 000 Euro erfordern würde, bis zu einer einfachen Trübungsmessung für vielleicht 5 000 Euro. Zudem fallen auch die Betriebskosten deutlich unterschiedlich aus. Grundsätzlich gilt: Die teuerste Lösung muss durchaus nicht die beste sein. Eine einfache Lösung besitzt oft weitere Vorteile. Bedenken Sie etwa, dass nur rund 20 Prozent aller Fehlmessungen direkt vom Analysator verursacht werden. Der Rest ist auf konzeptionelle Fehler oder Fehler in der Peripherie zurückzuführen, bei der Probenvorbereitung, der Zu- und Abführung des Messgutes etc. Je einfacher diese Peripherie aussieht, umso weniger störanfällig ist sie in der Regel auch.

Wird Analysentechnik für den Anwender immer mehr zur „black box“?

Dr. Zeug: Das ist richtig, und auch ganz natürlich, denn die Technik wird immer komplexer. Da kann es nicht Aufgabe des Betreibers sein, alles im Detail zu verstehen. Vielmehr gewinnen unsere Expertise und Beratung immer mehr an Bedeutung. Ich kann mir durchaus vorstellen, dass in Zukunft selbst komplette industrielle Regelkreise für den Anwender zur „black box“ werden. Spätestens dann werden ein umfassendes Verständnis der Kundenanforderungen und eine optimale Umsetzung zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen.

Wie sehen Sie die relative Bedeutung von Hardware und Software?

Dr. Zeug: Alles, was dazu dient, Verfügbarkeit und Produktivität einer Anlage sowie die Produktqualität zu optimieren, ist gleichermaßen wichtig. Dennoch liegen die Gewichtungen von Fall zu Fall anders. Oft wird mit ausgeklügelten Algorithmen versucht, die störenden Einflüsse von schwankenden Prozessbedingungen zu minimieren. Statt etwa die Auswirkung von Temperaturänderungen auf die Messung in einem Prozess aufwändig mittels Softwaremodellen zu korrigieren, ist es häufig günstiger, die Temperatur einfach mittels einer Probenkonditionierung konstant zu halten. Die Kontrolle der Messparameter kann also zweckmäßiger und zuverlässiger sein als ein Korrigieren der Messwerte. Andererseits gibt es sicher Fälle, in denen moderne chemometrische Auswerteverfahren oder komplexen mathematischen Messwertberechnungen entscheidende Vorteile gegenüber bisherigen Strategien der Messwertverarbeitung bieten. Das gilt zum Beispiel, wenn ein korrosives oder toxisches Produkt ein extraktives Arbeiten wesentlich erschweren oder unmöglich machen würde. So ist zum Beispiel die In-Situ Bestimmung von Wasserspuren in Chlor mit einem Tunable Diode Laser-Analysator, die erst durch den Einsatz solcher Software-gestützter Verfahren sinnvoll möglich ist, herkömmlichen Messmethoden weit überlegen.

Aus Laboranalytik von heute wird Prozessanalytik von morgen. Stimmt das und gibt es bei Yokogawa aktuelle Beispiele?

Dr. Zeug: Im Grundsatz ist das nicht falsch. Man sollte allerdings den Aufwand nicht unterschätzen, um aus einem Laborgerät ein betriebstaugliches online-Instrument zu entwickeln. Letzteres soll ja zu einem attraktiven Preis-/Leistungsverhältnis im unbeaufsichtigten Betrieb unter rauen Umgebungsbedingungen der Produktionsanlagen verlässliche Messwerte liefert. Zudem ist in den meisten Industriebetrieben zumindest interner Explosionsschutz zwingend erforderlich. Wir beobachten den Markt sehr genau, um neue Entwicklungen rechtzeitig auf ihre Prozesstauglichkeit prüfen zu können. Gerade bei Detektoren für die Gaschromatographie gibt es relativ neue Entwicklungen, die den Sprung in die Prozessanwendung schaffen werden. Ein Beispiel ist der gepulste Flammenionisationsdetektor, mit dem sich extrem kleine Konzentrationen von Schwefelverbindungen nachweisen lassen.

Schaffen manche Technologien direkt den Sprung ins Betriebsumfeld?

Dr. Zeug: Ja, auch das gibt es. Ein Beispiel sind durchstimmbare Diodenlaser-Systeme (tunable diode lasers), die wir auf der Basis einer Kooperation mit der US-Firma Analytical Specialties Inc. jetzt unter dem Namen TruePeak weltweit vermarkten. Dank eines sehr genauen, integrativen Auswerteverfahrens erlauben sie auch ohne Kalibriergas die schnelle in situ-Konzentrationsbestimmung für zahlreiche Gase, darunter Sauerstoff, Kohlenmon- und dioxid, Methan, Stickoxide oder Schwefelwasserstoff. Sehr häufig kann Zuverlässigkeit im Betrieb nur mit speziell dafür konstruierten Gerätekomponenten erreicht werden. So verlassen wir uns in der FT-NIR-Prozessspektroskopie ausschließlich auf eigene Baugruppen. Unser robuster Vierfach-Strahlteiler zum Beispiel kommt ohne mechanische Elemente aus. Auch die eingesetzten Detektoren sind eine Eigenentwicklung.

Bleiben Wünsche offen?

Dr. Zeug: Sicher. Gerade wenn Kunden uns mit komplexen Anforderungsprofilen konfrontieren, stoßen wir manchmal an Grenzen. Ein Beispiel sind zuverlässige Gehaltsbestimmungen in inhomogenen Schüttgütern, etwa auf einem Förderband. Da bleibt noch Raum für künftige Innovationen.

Wer ist der eigentliche Innovationstreiber auf dem Weg zu effizienterer Prozessführung, die Analysentechnik, die Leittechnik oder die Software?

Dr. Zeug: Ich denke, hier gibt es keine klare Rangfolge. Nur wenn alle Disziplinen sich parallel weiter entwickeln, wird auch der Nutzen insgesamt größer. Das ist wie beim Düngereinsatz in der Landwirtschaft, wo die limitierende Ressource den Ertrag bestimmt.

Standardisierung ist ein Kernaspekt der Prozessautomatisierung. Wie stehen Sie dazu, speziell im Hinblick auf komplexe Analysensysteme?

Dr. Zeug: Standardisierung ist ein Muss, wenn es darum geht, prozessrelevante Messdaten aus den Analysatoren auch in komplexen Regelkreisen zuverlässig ins Leitsystem, aber auch in übergeordnete MES-Komponenten zu übertragen. In gewissem Umfang trifft dies ebenso auf Geräte-Diagnoseinformationen zu, wenn diese verdichtet zum Beispiel unmittelbar für das Asset Management genutzt werden. Andererseits wird sich nicht alles standardisieren lassen. Das gilt speziell für das Innenleben komplexer Analysengeräte – dies wird ein Stück weit individuell und proprietär bleiben. Eine bis ins Letzte gehende Standardisierung erscheint mir dort auch kontraproduktiv, denn sie behindert Technologie-getriebene Innovation. Neu- und Weiterentwicklungen wären nur noch gemeinsam mit allen am Standard mitwirkenden Geräteherstellern möglich. Damit entfiele der Wettbewerb zwischen den Herstellern als Innovationstreiber.

Wird die Prozessführung – nicht zuletzt wegen der Datenflut moderner Analysatoren – künftig noch komplexer werden?

Dr. Zeug: Viele Anwender sind heute misstrauisch angesichts immer größerer Datenmengen. Dieses Misstrauen teile ich bedingt, denn „mehr Daten“ heißt nicht automatisch „mehr Qualität“. Vielmehr kommt es darauf an, das Richtige zu messen, die Daten richtig zu interpretieren und zu verwenden. Andererseits ist das vermehrte Datenaufkommen auch einfach Zeichen eines Technologiewandels. So etwas hat es auch früher schon gegeben. Denken Sie etwa an portable Speichermedien für Computer. Noch vor wenigen Jahren passten unsere Daten bequem auf eine Floppy Disk – heute verwenden wir ganz selbstverständlich Multi-Gigabyte-USB-Sticks und externe 500 GB-Festplatten. Solche Beispiele gibt es auch in der Prozesstechnik: Der Kampf „analog gegen digital“ ist inzwischen entschieden, und die Chemometrie hat einen festen Platz errungen. Komplexität ist dabei meist nur relativ – sie wird mit immer besseren, anschaulichen Werkzeugen auch künftig beherrschbar bleiben. Vermutlich wird – mit neuen Methoden der Datenanalyse und -auswertung – alles sogar sehr viel übersichtlicher. Auch hier entscheidet letztlich der Markt, der Kunde. Und auch hier gilt es für einen Komplettanbieter wie Yokogawa, neben den Möglichkeiten der eigenen Produkte und Services vor allem den Prozess und die Anforderung der Kunden fest im Blick zu behalten.

Vielen Dank für das Gespräch.

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