Enpro-Initiative Modular und standardisiert - So wird die Prozessindustrie fit für Zukunft

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Die Enpro-Initiative ist eine der größten Forschungsverbünde in der Prozessindustrie. In einem einzigartigen Ansatz versammelt Enpro Großchemie, Universitäten und Zulieferindustrie. Was die Initiative will? Nicht mehr und nicht weniger, als die Prozessindustrie mit Konzepten für die Herausforderungen der Zukunft zu versorgen. Was bereits praktisch umgesetzt wird, weiß Prof. Dr.-Ing. Norbert Kockmann, Studiendekan der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen an der TU Dortmund und einer der Enpro-Protagonisten.

Enpro 1.0 endete 2017. Welche Projekte werden in Enpro 2.0 fortgeführt? x

Norbert Kockmann: Enpro 1.0 wurde in den Jahren 2013 und 2014 ins Leben gerufen. Anfangs haben wir vier Projekte definiert. Koppona beschäftigt sich mit Reaktionstechnik in der Polymerisation, das später fortgeführt wurde als Koppona 2.0, dann das Projekt Smekt mit dem Thema Trenntechniken, welches in Teia und Vopa weiterentwickelt wurde. Es sind praktisch zwei Projekte daraus entstanden. Dort wurden einerseits die Kristallisation, andererseits die Festflüssigtrennung in den Vordergrund gestellt. Dann sind die Modularisierung und die Pumpentechnologie zu nennen. Modularisierung ist als Methodik etabliert, da ist methodisch nicht mehr viel zu machen und Pumpen sind im Projekt Hector weitergeführt worden. Das Thema Datenintegration ist ein weiteres Wirkungsfeld, das in verschiedene Projekte eingegangen ist und die die grundlegenden Strukturen von Daten aufgesetzt haben.

...und welche sind neu dazu gekommen?

Kockmann: Neu dazugekommen ist die Automatisierung mit dem Projekt Orca. Meiner Meinung nach ist das ein großer Schritt gewesen, um die Gesamtanlage zu betrachten. Da gehört die Automatisierung auch dazu. Das Projekt Skampi ist bei der Auswahl von Modulen in der frühen Entwicklungsphase wichtig. In Enpro 2.0 wurde der gesamte Entwicklungsprozess besser abgedeckt und die Logistikthemen werden stärker eingebunden. Das ist ein Überblick über die Folgeprojekte, die aus Enpro 1.0 hervorgegangen sind. Fortgeführt wurde auch Enpro Connect als Begleitmaßnahme der Dechema.

Welche Ergebnisse von Enpro 1 sind bereits in praktische Anwendungen in der Produktion eingeflossen?

Kockmann: Bei Koppona wurde der Miprowa-Reaktor von Ehrfeld Mikrotechnik, der sogenannte Fischgrätenreaktor eingesetzt, untersucht und charakterisiert. Dieser wird jetzt in China großtechnisch eingesetzt für die chemische Produktion. Das ist ein Leuchtturmprojekt für Ehrfeld Mikrotechnik geworden. Dieses Konzept wurde auf jeden Fall in Enpro weiterentwickelt, obwohl die Entwicklung schon viel früher losgetreten wurde. Durch Enpro ist der Reaktor besser charakterisiert und anwendungsfreundlicher geworden und kann jetzt breiter in der Industrie eingesetzt werden. Aus dem Bereich der Kristallisation haben wir den Werkzeugkasten größer gemacht. Die Evonik hat kleine Testanlagen für die Kristallisation modular aufgebaut. Der von uns entwickelte Apparat wird zwar momentan nicht eingesetzt, aber die Thematik und die Methodik ist jetzt sehr weit verbreitet bei Evonik. Ähnliche Effekte gab es auch in den Bereichen Datenintegration und Datenvereinheitlichung. So hat beispielsweise die Dexpi-Initiative auch stark davon profitiert. Modularisierung ist nun ein Grundthema. In der industriellen Anwendung würde ich die Reaktionstechnik und den Modularisierungsgedanken für verschiedene Grundoperationen sehen.

Die Enpro-Initiative ist sehr stark von den „Großen“ der Chemie getragen. Sind die Ergebnisse auch für mittelständische Unternehmen relevant und adaptierbar und wie transportieren Sie die Inhalte der Projekte an diese Zielgruppe?

Kockmann: Der Weg ist so, dass vorrangig die großen Anwender, die Owner/Operator, die die großen Anlagen betreiben, zunächst einen Bedarf definieren. Den Bedarf greifen wir modular, kleinskalig und kontinuierlich auf. Daraus entwickeln wir dann die Konzepte, die von Zulieferern aufgenommen werden. An den Projekten beteiligen sich Unternehmen wie Hitec Zang, Pfaudler-Normag oder verschiedene Pumpenhersteller, die wiederum als Zulieferer die Konzepte aufnehmen und am Markt anbieten.

Wenn Hitec Zang die Konzepte im gesamten Laborumfeld anbietet, werden auch andere kleinere Firmen darauf zugreifen können. Derzeit begleiten wir ein anderes Projekt außerhalb von Enpro, in dem Hitec Zang mit dabei ist, aber auch kleinere Chemiefirmen mit 200 bis 300 Mitarbeitern von dieser neuen Entwicklung, kleinskalig modular, profitieren wollen.

Hier kann man gut erkennen, dass sich die Nachfrage auch über die verschiedenen Lieferketten ausbreiten kann. Erst muss ein Bedarf vorhanden sein und dann wird ein Angebot geschaffen. Da man mehrere Iterationsschleifen durchlaufen muss, ist es ein längerer Weg. Ich denke, der Weg ist angestoßen und in verschiedenen Unternehmen bereits aufgenommen.

Enpro ist eine deutsche Initiative. Welche Relevanz haben die Ergebnisse für die internationale Chemie, vor allem im Hinblick auf das Thema Standards und MTP? Wie sehen die Verknüpfungen zu internationalen Standards aus?

Kockmann: Das ist eine gute Frage. Es wird vom Wirtschaftsministerium vorrangig für die deutsche Industrie gefördert. Der Ausgangspunkt ist deutsch, aber durch den Arbeitsausschuss Modulare Anlagen bei der Dechema/ProcessNet sind Kontakte zu internationalen Initiativen geknüpft worden. Rapid in den USA ist in diesem Zusammenhang zu nennen. Sie sind stark im Bio-Bereich unterwegs und bieten Biogasanlagen bis hin zu großen Fermentern an. Die pharmazeutische Industrie ist dort verankert und wir haben dorthin auch Kontakte mit unserer Biotechnologie-Abteilung. In Orca ist Sartorius als assoziierter Partner aus dem Bereich Biotechnologie eingebunden. In den USA wird die klassische Energieerzeugung über Öl- und Gasförderung in den Projekten stark aufgegriffen, wir hingegen betrachten diese weniger stark. Über die Standardisierung, über Dexpi und internationale Gremien wie Cfihos stehen wir auch mit holländischen und britischen Initiativen in Kontakt.

MTP wird ein Standard sein, der über die Namur und auch über internationale Firmen wie ABB und Siemens als Partner in Orca getragen wird. Weiterhin sind auch Anbieter wie Yokogawa oder Emerson an der jetzigen Entwicklung interessiert. Auf dem Stand der Hannover Messe, die ja leider in diesem Jahr ausgefallen ist, waren in den vergangenen Jahren schon mehrere Ausstellerfirmen, die nicht in Enpro mitarbeiten, aber verschiedene Konzepte übernommen haben. So hat beispielsweise Festo als Zulieferer in den Automobilsektor modulare Anlagekonzepte für ihre Pneumatik-Elektronik-Steuerung übernommen.

Die Implementierung modularer Anlagen steckt trotz vieler Pilotprojekte immer noch in den Kinderschuhen. Woran liegt das und bringt Enpro hier endlich den Durchbruch?

Kockmann: Ich möchte hier anmerken, dass die Kinderschuhe bereits recht groß geworden sind. Ich hatte das Ehrfeld Mikrotechnik Beispiel erwähnt, in dem das Miprowa-Konzept auch als modulares Konzept bereits in große reale Anwendung gekommen ist. Dazu muss man aber auch bedenken, dass so eine Anlage 20 bis 30 Jahre läuft. Da hat man keine hohen Produktwechsel bzw. Technologiewechsel. Dieser Punkt muss erst langsam eindringen in die Umsetzung.

So werden aktuell die Corona-Impfstoffe vielfach in modular aufgebauten Anlagen produziert. Wahrscheinlich hat die modulare Technologie den schnellen Aufbau von Produktionskapazitäten ermöglicht.

Firmen wie Linde bauen seit langem modulare Luftzerlegungsanlagen und haben das Konzept auch für petrochemische Anlagen in ihrem Portfolio aufgenommen. Die Sartorius hat modular aufgebaute Fermenter in ihrem Portfolio. Die sind erfolgreich auf dem Markt, weil sie so schneller die spezifische Nachfrage bedienen und besseren Kundenservice bieten können.

Das wird sich auch im Bereich der Spezialchemie aber auch in der Grundchemie weiter ausrollen. Auch in Japan, Korea, China und Indien sind Aktivitäten zu sehen, die diesen Initiativen folgen. Ich würde sagen, die Kinderschuhe sind schon größer geworden und befinden sich jetzt im jugendlichen Alter.

Gänzlich wird aber in der Prozessindustrie nie auf modulare Anlagen umgeschwenkt werden, weil man doch sehr spezielle Prozesse und sehr spezielle Anforderungen hat. Der Automobil- und Bausektor sind mit dem modularen Ansatz weit gekommen und nutzen erfolgreich modulare Bauweisen.

Mit Siemens und ABB sind zwei Automatisierungsschwergewichte an Bord der Initiative, die sich gerne als One-Stop-Shop-Provider präsentieren. Wie passt das zu dem übergreifenden Ansatz von Enpro?

Kockmann: Sehr gut. Beide lernen voneinander. In Enpro sind auch Owner/Operator aktiv, die sagen, wir möchten nicht One-Stop-Shop nur aus einer Hand haben, denn es kann ja auch passieren, dass Siemens oder ABB nicht mehr lieferfähig sind. Derzeit sehen wir wieder, dass auch große Firmen Schwierigkeiten haben können und ein Anwender will sich nie ausschließlich auf ein Standbein verlassen. Deswegen ist es gut, dass wir dafür Standards entwickeln und die Lieferanten auch bei den Standards mitwirken, damit diese Angebote aus mehreren Händen kommen. Das wissen die Anbieter, dass man nicht ausgewählt wird, wenn man ausschließlich nur ein Produkt hat oder wenn sie einziger Anbieter eines Produktes sind. Wenn man first of it‘s kind ist, dann hat man immer noch einen gewissen Vorsprung. Ich denke, das ist die Motivation von Siemens und ABB bei der Entwicklung der Standards und der Richtung vorne mitwirken zu können.

Derzeit wird viel über Dekarbonisierung und CO₂-neutrale Produktionsverfahren mit komplett neuen Prozessen diskutiert. Kann Enpro dazu beitragen, diese Prozesse zu vereinfachen?

Kockmann: Dekarbonisierung und CO₂-neutrale Produktionsverfahren sind sehr stark von der Chemie getrieben und auch von den Produkten, die angeboten werden. Das ist erstmal unabhängig von Enpro zu sehen, weil Enpro eher eine Technologieplattform darstellt. Wenn wir es schaffen, die laufenden Projekte, die zur Dekarbonisierung beitragen, mit Ideen der modularen Anlagenaufbauten und der kleinskaligen, dezentralen sowie kontinuierlichen Produktion zu bereichern, dann trägt Enpro sehr viel dazu bei, dass diese neuen Konzepte schnell umgesetzt werden können. Die Idee bei Modulen ist ja, dass es kleine robuste Einheiten sind. Flexibel und dezentral sind genau die Schlagworte, die mit CO₂-neutral oder Dekarbonisierung einhergehen, weil wir dezentral regenerative Energie gewinnen und dann entsprechend in Produkte umsetzen können.

Was sind Ihre Erwartungen an die Industrie und Ihre Visionen nach der Umsetzung von Enpro 3.0?

Kockmann: Im Moment werden da noch sehr divergente Themen vorgeschlagen und diskutiert. Diese Vielfalt ist gut, um verschiedene Bereiche abzudecken, aber es darf nicht das Gesamtbild und die Übersicht verloren gehen. Es wird nicht eine Lösung für alles geben. Wir haben jetzt Konzepte, die übertragbar sind. Ich würde mich freuen, wenn diese Konzepte mehr und mehr in die Hochschulen und Lehre eingehen und von den jungen Leuten in die Firmen hinein getragen werden. Das soll dazu führen, dass in Firmen Entwicklungsprozesse nicht mehr hierarchisch und linear, sondern auch klein und dezentral zu Lösungen führen, die die neuen Herausforderungen gut bedienen können. Ich denke, dass sich aus Enpro jetzt etwas in Richtung Technologieplattform entwickelt. Jetzt kommen Zulieferer, die sehen, dass dort etwas bewegt wird. Es können neue Geschäftsmodelle entwickelt werden. Ein Betreiber muss nicht alles im Haus haben. Er kann beispielsweise vieles leasen. Anbieter wie Siemens und ABB übernehmen jetzt solche Dienstleistungen. Ihre Kunden können sich mehr auf ihr eigentliches Geschäft fokussieren. Wir müssen hier allerdings aufpassen, dass wir nicht zu speziell und zu kleingliedrig werden und dann eine gewisse Flexibilität und Robustheit wieder verlieren.

Vielen Dank für das Gespräch Prof. Kockmann!

* Das Interview führte Jenny Orantek, Marketingleiterin, X-Visual Technologies GmbH

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