Modular vs. Megaplants Modular vs. Megaplants: Wie sieht die Chemie-Anlage der Zukunft aus?

Autor / Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

Wo Megaplants mit Skaleneffekten im Riesenmaßstab punkten, setzen modulare Anlagen auf Flexibilität. Containermodul gegen Milliardenprojekt – ein ungleicher Kampf. Doch vielleicht sind David und Goliath bei näherem Hinsehen gar nicht so unterschiedlich?

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Ring frei für den Kampf um die Zukunft des Anlagenbaus: Wer macht das Rennen? Die Modulanlage aus dem baukasten oder die Megaplant im Wüstensand?
Ring frei für den Kampf um die Zukunft des Anlagenbaus: Wer macht das Rennen? Die Modulanlage aus dem baukasten oder die Megaplant im Wüstensand?
(© Artsem Martysiuk - Fotolia)

In der Gluthitze Arabiens oder an der US-Golfküste, vom indischen Gujarat bis zur Westküste Australiens rollen die Bagger. In Wüstensand und Sumpfland schießen Megaanlagen aus dem Boden. Schneller, höher, weiter: Billiges Öl, Schiefergas oder alternative Rohstoffe beflügeln die Phantasie von Managern und Ingenieuren zu immer größeren Projekten.

Alleine im vergangenen Jahrzehnt legte die Kapazität von Chemie-Anlagen um den Faktor zwei bis sechs zu, berichtet die Dechema. Doch während Einzelprojekte immer größer werden, stagnieren die Auftragseingänge oder gehen sogar zurück.

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Wohl dem, dem es gelingt, ein solches Milliardenpaket an Land zu ziehen – so wie Jacobs Engineering, beim saudischen Megaprojekt Sadara für einen Anlagenbau-Auftrag im Supersize-Format verantwortlich, oder KBR, die zusammen mit Partnern für 2,6 Milliarden Dollar eine Gasraffinerie in Westaustralien aufbauen.

Dabei agiert kaum noch eine Firma alleine: Längst sind Projektumfang und Auftragsvolumen nur noch von internationalen Konsortien zu bewältigen. Für Einzelkämpfer ist schon die Vorfinanzierung eine häufig unüberwindbare Hürde. „Go big or go home“ scheint das neue Motto im Anlagenbau.

David vs. Goliath im Anlagenbau

Vielleicht ist aber auch alles ganz anders: Kleiner, flexibler und preisgünstiger soll die Produktion der Zukunft sein. Schon jetzt bieten Anlagenbauer und Zulieferer komplette Package Units aus vormontierten Komponenten in allen Größen an. Wie das funktioniert, demonstriert der Engineeringriese Fluor, der im kanadischen Alberta einen Ölsand-Tagebau mit einer Kapazität von 180 000 Barrel pro Tag aus insgesamt 358 vorgefertigten Modulen zusammensetzt.

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Kompakt, anpassungsfähig, schnell und wirtschaftlich: Das Konzept der Baukasten-Anlage wurde in wenigen Fällen so konsequent umgesetzt wie bei der F3-Factory. Das flexible Konzept basiert auf sogenannten Process Equipment Assemblies, also apparativen Einzellösungen für einzelne Verfahrensschritte, wie Mischer und Reaktoren für die Synthese oder Trennapparate für das Downstreaming. Diese werden in integrierten Containermodulen zusammengefasst und per Plug-and-Play auf eine gemeinsame Anlagensteuerung aufgesetzt. So lassen sich die Vorzüge der flexiblen aber ineffizienten Batch-Produktionsanlage mit den Kostenvorteilen einer kontinuierlichen Produktionsanlage verknüpfen.

Dabei denken die Ingenieure vom Start weg in Modulen: So splittet das 3rd-Gen Modular-Excecution-Verfahren der Texaner Projekte noch vor Beginn der Design- und Konstruktionsphase in so genannte „Process Blocks“, die als fertige Skids auf die Baustelle geliefert werden.

Modulare Anlagen können auch groß: Engineering-Riese Fluor baut im kanadischen Alberta einen Ölsand-Tagebau mit einer Kapazität von 180000 Barrel pro Tag aus insgesamt 358 vorgefertigten Modulen.
Modulare Anlagen können auch groß: Engineering-Riese Fluor baut im kanadischen Alberta einen Ölsand-Tagebau mit einer Kapazität von 180000 Barrel pro Tag aus insgesamt 358 vorgefertigten Modulen.
(Bild: Business Wire)

Das spart nicht nur Zeit und Geld, sondern verlegt anspruchsvolle Anlagenbau-Aufgaben von der entlegenen, Wind und Wetter geplagten Montage unter freiem Himmel in die sichere Umgebung des Herstellerwerkes.

Die Zeichen stehen günstig für die modulare Anlage

Jetzt soll nach der Öl- und Gasindustrie der Durchbruch für die Baukasten-Anlage in der Chemie kommen. Immerhin lohnen sich durch den kleinen Produktionsmaßstab auch geringe Chargen, wie sie für hochpreisige Produkte typisch sind.

So punktet die Baukasten-Anlage:

  • Ecomy of Flexibilty: Modulare Anlagen punkten mit extremer Flexibilität.
  • 50 %-Idee: Diese Flexibilität soll helfen, die Time-to-Market um die Hälfte zu verkürzen.
  • Modulare Automation ermöglicht die Vernetzung komplexer Teilanlagen und Komponenten.

Die Zeichen stehen günstig, hat sich Europa doch beinahe vollständig aus dem Massengeschäft mit Commodities zurückgezogen. Gegen die Billigproduktion ist nur noch mit hochwertigen Spezialitäten anzukommen.

Aus diesem Umfeld stammt auch die 50-Prozent-Idee: Die Zeit vom Konzept zum fertigen Produkt um die Hälfte verkürzen, ein Prozess, der üblicherweise Jahre bis Jahrzehnte dauert – viel zu lang für schnelllebige Spezialprodukte. Die konsequente Nutzung von Mini­plants im Technikumsmaßstab soll helfen, die Entwicklung deutlich zu beschleunigen. Zwar ist der Chemiestandort als Containerburg noch Zukunftsmusik, aber Projekte wie die F3-Factory (siehe Kasten) oder Evoniks „Evotainer“ geben die Richtung vor.

Größe entscheidet: Punkten mit Skaleneffekten

Eins zu Null für die modulare Anlage? Nicht ganz: Geht es um Massenprodukte, punkten Megaplants durch schiere Größe. Diese „Economies-of-scale“ bezeichnet die Skaleneffekte, mit denen Großanlagen die Investitionskosten für eine gegebene Produktmenge reduzieren helfen.

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Die Anlagen-Goliaths kommen

Wie sich die Zeiten ändern: Seit der Jahrtausendwende begannen die ölreichen Golfstaaten einen Strategiewechsel vom Rohstoffproduzenten zu einer Integration entlang der Wertschöpfungskette. Innerhalb kürzester Zeit schossen die Megaplants aus dem Wüstensand – doch ein Name wurde für Anlagenbauer zum Märchen aus 1001 Nacht: Sadara. Das Joint-Venture des US-Chemieriesen Dow und der saudischen Aramco baut in Al Jubail bis 2017 den größten, je in einem Schritt errichteten Chemiestandort. 20 Milliarden Dollar lassen sich die beiden Schwergewichte das Mega-Projekt kosten. Als erste Anlagen gingen 2015 die Ethylen- und Polyethylenproduktion in Betrieb.

Doch für die Umsetzung derartiger Riesenprojekte sind auch geeignete Engineering-Konzepte nötig: Zwar stellt der Planungsprozess nur ca. 15 bis 20 % der Gesamtkosten eines Projektes dar, doch bei den Milliardenbeträgen im Großanlagenbau sehen Fachleute hier erhebliche Potenziale. Wurden bisherige Engineering-Tools für einzelne Projektphasen maßgeschneidert, sollen in Zukunft der nahtlose Datenaustausch und die Integration über das Gesamtprojekt helfen, Systembrüche zu vermeiden.

Zusammenarbeit über Gewerkegrenzen hinaus

Wer über einzelne Verfahrensschritte und Gewerke hinausdenkt, kann erhebliche Potenziale heben: Eine Studie des Fraunhofer IAO und des IT-Branchenverbands Bitkom sagt ein Wertschöpfungsplus von mehr als 30 % für die chemische Industrie voraus – allein durch die erfolgreiche Vernetzung von Produktentwicklung, Produktion und Logistik.

Darum boomen die Megaplants:

  • Economies of Scale: Skaleneffekte bei der Produktion von Commodities, lokale Rohstoffe und der Trend zu Downstream-Integration befeuern den Megaprojekt-Boom.
  • Wachstum in Aussicht: Bis 2018 sollen sich die Investitionen in Chemieanlagen auf 487 Milliarden Euro verdoppeln.

So arbeiten Komponentenhersteller und Industriedienstleister längst daran, Konzepte wie Industrie 4.0 auch in der Instandhaltung auszurollen. Betriebsdaten oder Informationen über Typ, Alter und Zustand von Apparaten und Komponenten stehen so jederzeit und an jedem Ort in der Anlage zur Verfügung.

In Zukunft sollen intelligente Feldgeräte selbst in der Lage sein, durch Echtzeiterfassung und Auswertung zum Beispiel Ausfälle exakt vorherzusagen. So kann die Instandhaltung punktgenau da eingreifen, wo sie gebraucht wird.

Der Lohn der Mühen: effizientere Turnarounds, bessere Produktionsplanung, längere Laufzeiten und die Vermeidung ungeplanter Stillstände – schon heute gibt rund ein Viertel der Unternehmen an, vorausschauende Wartungskonzepte mittels Echtzeit-Daten zu nutzen. Wenn dazu einheitliche Automatisierungs- und Softwarelösungen oder Fernwartungskonzepte implementiert werden, wird Maintenance 4.0 auch für die modulare Anlage attraktiv.

Unvereinbare Gegensätze oder Brüder im Geiste?

Denn auch das Baukasten-System ist nicht ohne Vernetzung vorstellbar: Anlagenmodule und Prozessmodule müssen untereinander, mit dem Leitsystem und dem Bediener kommunizieren, soll es nicht bei Insellösungen bleiben. Dabei besteht dringender Handlungsbedarf: Auch der VDI geht davon aus, dass die Modularisierung mit der Standardisierung der Schnittstellen steht und fällt.

Der Kreis schließt sich: Dieselbe Vernetzung, die hilft, Megaplants zum Leben zu erwecken, ist auch das Rückgrat der Chemiefabrik aus dem Container. Neben der Verfahrenstechnik ist die Automatisierung der entscheidende Enabler moderner Produktionskonzepte. So stehen sich im Anlagenbau David und Goliath vielleicht gar nicht so unversöhnlich gegenüber.

Egal, ob Großprojekte mit Skaleneffekten punkten oder die Spezialchemie eine Flexibilität fordert, die nur modulare Konzepte bieten können – das Nervenzentrum sind intelligente und vernetzte Systeme.

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