Kühllager für Impfstoffe Wie man mRNA-Impfstoffe richtig lagert

Autor / Redakteur: Arthur Jäger / Anke Geipel-Kern

Ein Kühllager für Impfstoffe – vereist, mit Raureif an Wänden und Regalen, dazu Nebelbildung. Bei einer Lagertemperatur von -70 Grad Celsius nicht zu vermeiden, wenn nicht entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Die Lösung: eine intelligente Luftentfeuchtung, die auch mit extremer Kälte zurechtkommt.

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Vials mit Covid-19-Impfstoff
Vials mit Covid-19-Impfstoff
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Corona-Impfstoffe werden uns noch lange begleiten – und mit ihnen eine komplexe Logistik und spezielle Herausforderungen bei Lagerung und Transport. Vor allem mRNA-basierte Impfstoffe stellen besondere Anforderungen an die Lagerung: Comirnaty von Biontech/Pfizer ist bei -90 Grad Celsius bis -60 Grad Celsius sechs Monate haltbar. Covid-19 Vaccine Moderna kann sieben Monate bei -25 bis -15 Grad Celsius aufbewahrt werden.

Wenn aus feuchter Luft Eis wird

Diese Lagertemperaturen von weit unter 0 Grad Celsius stellen hohe Anforderungen an die zur Klimatisierung eingesetzte Technik: Während des Kühlprozesses geht es um wesentlich mehr als darum, die Temperatur des empfindlichen Kühlgutes konstant auf dem gewünschten Niveau zu halten. Eine entscheidende Rolle spielt auch die Regelung der Luftfeuchte.

Denn sobald sich die Türen zum Lagerraum beim Abtransport oder Einbringen öffnen, strömt wärmere und feuchte Luft ein. Wird sie nicht abgeführt, passiert folgendes: Das Wasser kondensiert aus der Luft und schlägt sich als Flüssigkeit auf Böden, Wänden und Waren nieder. Zudem bildet sich Nebel. Im Tiefkühllager bedeutet das: Das gefrorene Kondenswasser führt als Eisschicht oder Raureif auf den Produkten zu Problemen und gefährdet die Betriebssicherheit.

Personen können ausrutschen, sich verletzen oder Stapler auf glattem Eis ins Rutschen geraten. Eine etwaig vorhandene Temperaturschleuse, die vor dem Lagerraum installiert ist, kann dieses Problem nicht allein verhindern, wenn sie nicht selbst über eine Luftentfeuchtung verfügt.

Effizienz und Minusgrade: eine Herausforderung

Doch gerade in diesem Niedrigtemperaturbereich erweist sich die technische Realisierung einer effektiven Entfeuchtung der Luft als besonders anspruchsvoll, wie der Vertrieb der Condair GmbH anhand eines aktuellen Beispiels berichtet. In Deutschland sorgte das Unternehmen vor kurzem mit Hilfe von Adsorptionstrocknung für einen sicheren und effizienten Betrieb eines Impfstofflagers.

Die Firma, die mit ihrer Fokussierung auf hygienische und energieeffiziente Produkte als Marktführer für gewerbliche und industrielle Luftbefeuchtung gilt, wurde bereits in der Planungs- und Auslegungsphase des Projektes hinzugerufen, um das Feuchtethema von Anfang an zu berücksichtigen. Ziel war es, die Luftschleuse vor dem eigentlichen Kühlraum mit -70 Grad Celsius bei einer Temperatur von -20 Grad Celsius und 30 Prozent relativer Luftfeuchte zu halten.

Die Leistung von Umluftkühlern reichte für das Vorhaben nicht aus bzw. wäre der energetische und anlagentechnische Aufwand viel zu kostenintensiv gewesen: Ein Umluftkühler saugt die Luft aus dem Lager bzw. der Schleuse an, kühlt sie in einem Wärmeübertrager und bläst sie dann zurück in den Hallenbereich. Je tiefer die Temperatur, desto geringer ist hier die Effizienz.

Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts vereist ein Umluftkühler schnell, so dass Enteisungsphasen notwendig werden. Außerdem ist eine deutlich niedrigere Verdampfungstemperatur unterhalb der Raumtemperatur erforderlich, um bei den sehr kalten Raumtemperaturen überhaupt eine Entfeuchtung zu gewährleisten. Die Folge: geringere Luft- und Kühlleistungen, ein Zyklus aus wechselnder Entfeuchtung und Enteisung, sowie höhere Betriebskosten aufgrund eines geringeren COP.

Zaubermittel Silicagel

Da die Regelung der Luftfeuchte auf konventionellem Weg bei der Impfstofflagerung also an ihre Grenzen kommt, wurde ein Adsorptions-Trockner eingesetzt, der die Luft auch in diesem extremen Temperaturbereich konsequent entfeuchtet. Sein Vorteil: Er nutzt die Eigenschaften von Silicagelen, um die Luft wirksam zu trocknen. Das Silicagel besitzt eine sehr große innere Oberfläche von bis zu 800 Quadratmetern pro Gramm und ist stark hygroskopisch. So kann es große Mengen an Wasser aus der Prozessluft auf der Oberfläche aufnehmen und in seiner inneren Struktur speichern.

Konkret funktioniert der Adsorptions-Trockner so: Der Prozessluftventilator fördert die zu trocknende Luft in das Gerät. Dort erreicht sie nach einem Luftfilter den sich langsam drehenden Sorptionsrotor, der zu mehr als 82 Prozent aus Silicagel auf einer luftdurchlässigen Glasfaser-Wabenstruktur besteht.

Während die Luft durch den Sorptionsrotor strömt, finden gleichzeitig zwei Prozesse statt: Die Prozessluft wird sehr stark entfeuchtet. Je nach Entfeuchtungsintensität steigt dabei die Lufttemperatur unter Umständen stark an, denn thermodynamisch führt die Entfeuchtung zu einer Erwärmung der Luft. Die entfeuchtete und in dem Fall leicht erwärmte Luft wird in die Schleuse eingebracht und über Kühlkassetten nachgekühlt.

Funktionsprinzip eines Adsorptiontrockners
Funktionsprinzip eines Adsorptiontrockners
(Bild: Condair)

Konkret funktioniert der Adsorptions-Trockner so: Der Prozessluftventilator fördert die zu trocknende Luft in das Gerät. Dort erreicht sie nach einem Luftfilter den sich langsam drehenden Sorptionsrotor, der zu mehr als 82 Prozent aus Silicagel auf einer luftdurchlässigen Glasfaser-Wabenstruktur besteht. Während die Luft durch den Sorptionsrotor strömt, finden gleichzeitig zwei Prozesse statt: Die Prozessluft wird sehr stark entfeuchtet. Je nach Entfeuchtungsintensität steigt dabei die Lufttemperatur unter Umständen stark an, denn thermodynamisch führt die Entfeuchtung zu einer Erwärmung der Luft. Die entfeuchtete und in dem Fall leicht erwärmte Luft wird in die Schleuse eingebracht und über Kühlkassetten nachgekühlt.

Kompakt und gut gedämmt: mehr Platz im Lager

Für einen unterbrechungsfreien Entfeuchtungsprozess muss der Sorptionsrotor kontinuierlich regeneriert werden. Dazu wird Regenerationsluft im Gegenstrom durch den Sorptionsrotor geführt. Sie wird wahlweise über Heißwasser, Dampf, Gasbrenner oder elektrische Energie erhitzt, so dass eine Desorption stattfindet: Die relative Luftfeuchte wird so weit gesenkt, dass Wasser aus dem Silicagel ausgetrieben und als Dampf in der Luft gebunden werden kann. Die feuchte Regenerationsluft kann gegebenenfalls für eine Wärmerückgewinnung genutzt werden und wird dann nach außen abgeführt.

Externe Aufstellung mit energieeffizienter Vollisolierung
Externe Aufstellung mit energieeffizienter Vollisolierung
(Bild: Condair)

Auch in Bezug auf Größe und Platzierungsmöglichkeiten verfügt der Adsorptions-Trockner über ein Plus. Er ist deutlich kompakter als ein konventioneller Umluftkühler und kann in einer besonderen Freezer Ausführung sogar außerhalb der Lagerfläche aufgestellt werden. Dafür wurde das Gerät mit einem 100 mm stark gedämmten Gehäuse aus Edelstahl AISI 304 ausgestattet, kritische Wärmebrücken wurden beseitigt.

Das erweist sich insbesondere dann, wenn die Luftentfeuchtung erst nachträglich installiert wird oder die Fläche eingeschränkt ist, als enormer Vorteil: So geht kein wertvoller Lagerraum verloren. Die Steuerung aller im Adsorptions-Trockner ablaufenden Prozesse auf die Sollkonditionen der Zuluft ist abhängig von den Betriebsbedingungen und erfolgt entweder über die bauseitige MSR oder optional über die im Gerät integrierte SPS.

Neben 30 Standardausführungen mit Entfeuchtungsleistungen von 0,6 bis 182 kg/h für Prozessluftströme von 160 bis 27.000 m³/h sind die DA-Trockner von Condair auch in speziellen Ausführungen erhältlich. So können die Geräte bereits werkseitig mit Vor- und/oder Nachkühlregistern, Wärmeübertrager- oder Kondensationsmodulen ausgestattet werden.

Um für die jeweilige Anwendung die effizienteste und wirtschaftlichste Lösung zu projektieren, werden die einzelnen Komponenten wie Ventilatoren, Rotor und Heizelemente jeweils optimal aufeinander abgestimmt. Das Condair-Team freut sich, dass dies auch in Deutschland gelungen ist und der Adsorptions-Trockner einen Beitrag dazu leistet, dass die Lagerung der Impfstoffe unter optimalen Bedingungen erfolgt.

* Der Autor ist Produkmanager bei Condair.

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