Reine Druckluft im Laboreinsatz Wer will schon Öl in der Probe? So geht das Umwandeln statt Abscheiden mit dem Druckluft-Kat

Druckluft ist im Laborbereich unverzichtbar. Doch die Anforderungen in Forschung und Entwicklung sind streng - insbesondere, wenn Druckluft als Hilfsmedium für analytische Prozesse benötigt wird. Auf keinen Fall dürfen Öltropfen oder -Dämpfe in die empfindlichen Versuchsaufbauten gelangen. Das ist nicht immer einfach, besonders, wenn Forderungen wie Schallschutz und Energieeffizienz hinzu kommen.

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Aerzener Maschinenfabrik GmbH

Veolia Water Technologies Deutschland GmbH

Process Sensing Technologies PST GmbH

BEKO Technologies GmbH

Rundum die Uhr präzise Ergebnisse: Wenn es um die Analyse und Qualitätskontrolle von Lebensmittelproben geht, ist kein Platz für Kompromisse - und erst recht keiner für Verunreinigungen in Form von Öl. Würden etwa durch die Durckluftsysteme oder Kompressoren flüssige oder gasförmiges Öl-Rückstände in die Versuchsaufbauten eingebracht, würde dass nicht nur die Messergebnisse verfälschen, sondern schlimmstenfalls auch die empfindlichen Apparate und Geräte beschädigen.

Trends in der Drucklufttechnik

Comvac 2019: Die Druckluft-Story geht weiter

Auch die GBA Gesellschaft für Bioanalytik, ein Unternehmen der GBA Group, nutzt die Druckluft für viele ihrer lebensmittelanalytischen Prozesse, etwa in den Laborstandorten Hamburg und Hameln. Hier untersuchen die Labormitarbeiterinnen und -Mitarbeiter des Unternehmens biologische Proben auf ihre chemische Zusammensetzung und mögliche Verunreinigungen.

An der Elbe kamen dabei bisher ölfreie Scrollkompressoren mit nachgeschalteten Partikelfiltern und Kältetrocknern zum Einsatz, um entsprechend saubere Druckluft bereit zustellen. Doch diese historisch gewachsene und nicht systematisch geplante Anlage genügte aus verschiedenen Gründen nicht mehr den Ansprüchen. Wiederkehrende Ausfälle der Kompressoren gefährdeten die Betriebssicherheit und zugleich stiegen die Wartungskosten. Auch die Qualität der erzeugten Druckluft war nicht zufriedenstellend. Außerdem verbrauchten die Kompressoren sehr viel Energie. Spezielle Schallschutz-Anforderungen vor Ort machten zusätzlich den permanenten Betrieb einer Klimaanlage zur Raumkühlung erforderlich.

Also musste eine neue Lösung her - und für die kam mit Druckluft Evers 2018 ein Systemanbieter ins Haus, der die vier vorhandenen Scrollkompressoren mit jeweils 5,5 kW Motorleistung durch zwei drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren mit 11 kW Leistung ersetzte.

Labore sagen Druckluft- Energiefressern den Kampf an

Wegen des fast 40 Prozent besseren Wirkungsgrades lässt sich so der Druckluftbedarf von circa 735.840 m³ jährlich nun sehr viel wirtschaftlicher erzeugen. Der Stromverbrauch sank um rund 50.000 kWh und der CO₂-Ausstoß wurde um 20 Tonnen reduziert.

Weil die neuen Aggregate deutlich leiser arbeiten, konnte zudem auf die Klimaanlage verzichtet werden. Ermöglicht wurde diese um ein Vielfaches wirtschaftlichere Druckluftanlage erst durch den Tausch der ölfreien Kompressoren durch öleingespritzte Kompressoren – ein Widerspruch zur Anforderung ölfreie Druckluft. Die verdichtete Luft bedurfte daher einer speziellen Aufbereitung.

Dabei geht es nicht nur um das Abscheiden von Verunreinigungen: Mit katalytischen Konvertern wie dem Bekokat des Druckluftstpezialisten Beko können eventuell in der Luft vorhandenen Kohlenwasserstoffe durch Totaloxidation in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden. Dafür wird ein spezielles Granulat im Druckbehälter auf eine Temperatur von 150 °C erhitzt. Die Druckluft strömt anschließend an der Oberfläche des Granulats vorbei und wird komplett zu Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Aus dem Katalysator tritt vollständig entölte und keimfreie Druckluft aus.

Katalysetechnik für konstant ölfreie Druckluft

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Das bei der Abkühlung der Druckluft anfallende Kondensat ist ebenfalls ölfrei und kann ohne Aufbereitung in die Kanalisation eingeleitet werden. Ein integrierter Wärmetauscher sorgt für maximale Energieeffizienz. Nachgeschaltet wurden eine Clearpount-Filtrationseinheit und ein Staubfilter. Die Trocknung der Druckluft leistet ein Drypoint RA Kältetrockner. Bei dem Beko-Kältetrockner wurde aus Energiespargründen der Druckabfall auf ein absolutes Minimum gesenkt. Wesentliche Elemente sind dabei der strömungsoptimierte Wärmetauscher, ein Demister zur sicheren Abscheidung und großzügig dimensionierte Bauteile, die für einen geringen Druckabfall von durchschnittlich 0,16 bar im Volllastbetrieb sorgen.

GBA erreicht durch das Aufbereitungsverfahren konstant ölfreie Druckluft mit einem maximalen Restölgehalt von kaum mehr messbaren 0,003 mg/m³. Vor der Modernisierung gab es keine aktive Druckluftaufbereitung, so dass alle in der angesaugten Umgebungsluft enthaltenen Kohlenwasserstoffe verdichtet und unkontrolliert in das Druckluftnetz gelangten. Darüber hinaus erhält das Labor durch die Aufbereitung keimfreie Druckluft, die sogar die strengen Vorgaben der ISO 8573-1, Klasse 1übertrifft.

Schutz vor Ausfällen gewährleistet eine vollautomatische Umgehung des Katalysators im Störungsfall. Die mehrstufige Bypass-Anlage mit Aktivkohle- und Staubfiltern verschafft dem Labor Betriebssicherheit an Wochenenden, wenn die Geräte unbeaufsichtigt laufen und Proben verderben könnten.

Druckluft mit Modellcharakter für das Labor

Nach dem erfolgreichen Modell des Hamburger GBA Labors wurde in 2020 die Druckluftanlage des Labors am Standort Hameln erneuert. Dort trat ein öleingespritzter Schraubenkompressor an die Seite zwei vorhandener ölfreier Scrollkompressoren, die nun nur noch als Sicherheitsreserve vorgehalten werden. Auch in Hameln lässt sich mit dem Schraubenkompressor der Druckluftbedarf von circa 525.000 m³ jährlich sehr viel wirtschaftlicher erzeugen. Der Stromverbrauch sinkt um rund 35.860 kWh, was den CO₂-Ausstoß um 14,4 Tonnen reduziert.

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Die erforderliche Druckluftaufbereitung erfolgt wiederum mit den Beko-Systemen. Zusätzlich überwacht das Monitoring-System Metpoint OCV permanent den Restölgehalt im Druckluftnetz und erreicht dabei eine Genauigkeit von circa einem Tausendstel mg/m³. Kurze Messintervalle können selbst kleinste Abweichungen schnell und zuverlässig anzeigen. So ist sichergestellt, dass die gesamte Druckluftaufbereitungskette keine Migration von Kohlenwasserstoffen in den Prozess zulässt. Die Messdaten lassen sich zur Dokumentation der Druckluftqualität und zur Identifikation von Kontaminationsquellen nutzen. Ebenfalls neu hinzu kam ein energieeffizienter Stickstoffgenerator als Ersatz für zwei ältere Systeme. Bei der Gaszerlegung wird nun mehr Reinheit bei gleichem Druckluftfaktor erwirkt.

Mehr Betriebssicherheit, reinere Druckluft und weniger Energieverbrauch

Die neuen Druckluftanlagen der GBA Labore in Hamburg und Hameln sind seit der Installation störungsfrei im Betrieb und es wurde jeweils eine Amortisationszeit von zwei bis drei Jahren errechnet. Die Investition in die Hocheffizienztechnologie förderte das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) als Maßnahmen zur Energieeinsparung. Stefan Jäger, Betriebsleiter GBA Hameln, ist mit dem Erreichten sehr zufrieden: „Die Erwartungen wurden noch übertroffen. Unsere Labore profitieren von mehr Betriebssicherheit, reinerer Druckluft und einem deutlich geringeren Energieverbrauch.“

Die Top Forschungsfelder der Chemie

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Der reduzierte Energiebedarf ist für die GBA Group nicht nur ein wirtschaftlicher Faktor, sondern auch aus Umweltgründen wichtig. Das Unternehmen unterhält ein nach der Norm ISO 14001 zertifiziertes Umweltmanagementsystem, bei dem kontinuierliche Verbesserungen in Bezug auf die Umweltleistung gefragt sind.

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