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Temperaturgeführte Transporte

Wie (temperatur)empfindliche Güter in Form bleiben

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Joachim Tatje / Anke Geipel-Kern

Recyceltes Styropor: am Endprodukt ist kein Unterschied feststellbar.
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Recyceltes Styropor: am Endprodukt ist kein Unterschied feststellbar. (Bild: Schaumaplast)

Beim Versand von Lebensmittel darf die Kühlkette nicht unterbrochen werden. Styroporverpackungen isolieren und schützen gleichzeitig sind allerdings alles andere als nachhaltig. Styropor aus nachwachsenden Rohstoffen ist eine umweltschonende Alternative mit identischen Eigenschaften wie der erdölbasierte Rohstoff.

Speiseeis mit der Post versenden, geht nicht? „Das muss gehen“, sagte sich Ralf Schulze aus dem brandenburgischen Beeskow, als er die Gründung der „IceGuerilla.de“ plante. Sein Online-Shop ist bisher der einzige in Europa, der den Kunden die Möglichkeit bietet, eigene Eiskreationen zusammenzustellen, die ins Haus geliefert werden. Das Vorhaben war anspruchsvoll: Es geht um Transportzeiten von bis zu 56 Stunden und sommerliche Umgebungstemperaturen im Paketauto von bis zu 70 °C. Selbst dann dürfte die Temperatur im Inneren des Pakets ca. -14 °C nicht überschreiten, denn sonst würde die köstliche Eiscreme zu unansehnlicher Sauce zerlaufen.

Schnell war klar, mit einem Karton, auch wenn er innen gut isoliert wäre, könnte das Projekt nicht gelingen. Die Wahl fiel auf eine individuell gestaltete Verpackung aus Styropor, denn dieses Material bietet sehr gute Isolationseigenschaften zu akzeptablen Kosten. Das Kosten-/Nutzenverhältnis von Styropor macht den wirtschaftlichen Versand von kühlpflichtigen Produkten überhaupt erst möglich. Und das Produktdesign kann die großen Freiheiten bei der Formgebung perfekt nutzen.

Masters of Frost

Die Versandverpackung der Iceguerilla ist eine Spezialanfertigung von Schaumaplast in Nossen und patentrechtlich geschützt. Darin finden vier Eisbecher und die Beutel mit Trockeneis Platz. Kühlbehälter sind ein wachsender Unternehmenszweig von Schaumaplast. Der international tätige Hersteller von Formteilen aus Partikelschäumen entwickelt Kühlverpackungslösungen für temperatur- und stoßempfindliche Produkte für Pharma, Food und Industrie.

Der Komplettservice umfasst die Lieferung von Thermoboxen, Kühlelementen, Phase Change Materials (PCM), GDP-konformen und pre-qualifizierten Kühlsystemen sowie das Engineering und die thermische Auslegung. Das Unternehmen greift dabei auf ein 90 Größen umfassendes Standard-Behälterprogramm zurück.

Dennoch wird in vielen Fällen der Behälter exakt auf die Kundenbedürfnisse hin gestaltet, was auch den Eislieferanten überzeugte. „Für uns war der Kontakt mit Schaumaplast ein Glücksgriff. So konnten wir in sehr kurzer Zeit unsere Idee in die Realität umsetzen. Die einmalige Unterstützung der Mitarbeiter von Schaumaplast bei Versuchen und Messungen ist super professionell“, sagt Ralf Schulze rückblickend.

Über 800 Lebensmittel-Online-Händler versenden derzeit in Deutschland ihre Ware im Paket, knapp 180 davon Frischeprodukte. Für diese Gruppe wird eine stringente Temperaturführung zum qualitätsbestimmenden Merkmal. Geregelt sind die zulässigen Temperaturen in der DIN10508:2012-03. Markus Hoffmann koordiniert bei Schaumaplast Vertrieb und Technik. Er empfiehlt allen Akteuren in diesem Business, sich mit den Risiken des Versandes von Frischeprodukten zu beschäftigen und die Möglichkeiten moderner Kühlverpackungslösungen kennen zu lernen.

Weltneuheit: das andere Styropor aus Biomasse

Schaumaplast ist das erste Unternehmen, das Thermoboxen aus dem neuen Rohstoff „Biomass Balance Styropor“ von BASF anbietet. Styropor resp. „airpop“ ist expandierbares Polystyrol, kurz EPS, das aus Naphtha hergestellt wird, bis dato ein Erdöl-Produkt. Zur Herstellung von Biomass Balance Styropor werden die fossilen Rohstoffe vollständig aus Biomasse gewonnen, dazu gehören pflanzliche Abfälle, pflanzliche Öle oder Gase. Im Gegensatz zu PLA basierten Partikelschäumen ist Biomass Balance Styropor mit seinem fossilen Pendant bezüglich Rezeptur und der mechanischen und thermischen Eigenschaften absolut identisch.

Für den Anwender ändert sich nichts, denn er kann auch diese Styroporteile über die gewohnten Kanäle, wie gelber Sack oder Wertstofftonne, dem Recycling zuführen. Derzeit findet bereits etwa die Hälfte der im Umlauf befindlichen Styropor-Verpackungen in Deutschland den Weg zurück in die stoffliche Verwertung, der Rest wird energetisch verwertet. Die IceGuerilla beabsichtigt, ihre Eisverpackung künftig auf das neue Material umzustellen. „Es ist fabelhaft, dass Styropor, das so ideal für Kühlverpackungen geeignet ist, jetzt auch aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden kann“, begründet Schulze seine Absicht. Die Thermobox aus Biomasse-Styropor trägt zur CO2-Einsparung bei und unterstreicht die Einzigartigkeit des Liefer-Konzepts.

Die Umweltvorteile des neuen Werkstoffs werden nicht nur den Eis-Gourmets schmecken: ein Kilogramm Biomasse-Styropor Granulat spart etwa 1,25 kg fossiles Naphtha bzw. etwa 1,64 kg CO2–Äquivalent ein. Das Ganze funktioniert ähnlich wie Ökostrom. Jedes Kilogramm Biomass Balance Styropor muss durch die entsprechende Menge von nachwachsenden Rohstoffen bilanziert werden. Eine unabhängige Zertifizierung durch den TÜV stellt sicher, dass BASF die für das biomassenbilanzierte Produkt benötigten Mengen an fossilen Rohstoffen zu Beginn der Produktion durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt hat.

Komplexe Planung, maßgeschneiderte Lösung

Zu Beginn eines Projektes klären die Fachleute von Schaumplast die Anforderungen ab. Geht es um eine Einweg- oder eine Mehrweg-Lösung? Sind es immer vier Becher Speiseeis? Oder mal eine einzelne Wurstpackung und beim nächsten mal 5 kg Joghurt? Welcher Temperaturbereich muss eingehalten werden und inwieweit sind Unter-/Überschreitungen zulässig? Kann der Kunde Außentemperaturprofile zur Verfügung stellen, auf die das System ausgelegt werden soll? Wodurch ist der „Worst-Case“ beschrieben?

Wie lange dauert der Transport, 24 Stunden, 48 Stunden? Gibt es mögliche Ausnahmen von dieser Transportdauer? Dazu gehört: Empfänger nicht angetroffen, Retoure, Zwischenlagerung am Wochenende. Gibt es für diese Ausnahmen eine logistische Lösung oder sollen auch diese Ausnahmen über das passive Kühlsystem abgedeckt werden? Je mehr Ausnahmen und Sonderfälle mit dem gleichen System abgedeckt werden müssen, desto aufwändiger fällt die Lösung aus.

Es ist einfacher, wenn man für den Sommer andere Verpackungen planen kann als für den Winter. Eine (aufwändigere) Alternative sind Ganzjahres-Bestückungen. Hoffmann: „Hier gilt, dass das System dann deutlich robuster ausgestaltet werden muss, da die Unter-/Obergrenzen z. B. bei -10 °C Außentemperatur genauso eingehalten werden wie bei +50 °C und das mit identischer Bestückung und Box.“ Der Wunsch nach einer Ganzjahres-Bestückung wird sehr häufig geäußert („scheinbar einfacher“). „Wenn allerdings auch bestimmte Temperaturuntergrenzen nicht unterschritten werden dürfen und wir dann aufzeigen, wie viele gefrorene und temperierte Kühlelemente und welche Wandstärken erforderlich sind, ändert der Interessent häufig seine Meinung...“, schmunzelt Hoffmann.

Die Wahl des Materials hängt überwiegend davon ab, ob die Box nur einmal oder öfter unterwegs ist. Bei Einwegverpackungen ist EPS das bevorzugte Material. Mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,034 W·/ m K gehört EPS zu den Schaumkunststoffen mit den besten Isolationseigenschaften. Raumgewichte von 20 bis 30 kg/m3 sind bei EPS-Boxen die Regel. Expandiertes Polypropylen, EPP, ist mechanisch robuster, also eine gute Wahl bei Mehrwegverpackungen. Die Isolationseigenschaften sind ebenfalls exzellent und reichen mit etwa 0,036 bis 0,040 W/m K fast an die von EPS heran.

Coole Begleiter für sichere Transporte

Die Überlegung, die sich daran anschließt, betrifft die Auswahl der Kühlelemente. Das Angebot reicht von Gelpacks für den Einwegversand, Kühlkissen mit individueller Größe, über Mehrweg-Hartschalenakkus bis zu Foam Bricks, das sind formstabile Kühlelemente mit Schaumkern. Die unterschiedlichen Schmelzpunkte des Mediums in den Kühlelementen entscheiden über die zu erzielenden Temperaturbereiche.

Jetzt kommt es in jedem Projekt an den Punkt, wo entschieden werden muss, ob die Anforderungen mit Standardkomponenten umgesetzt werden können oder ob eine individuelle Box und spezielle Kühlelemente notwendig sind. Wann sich die Serienfertigung lohnt, hängt sehr vom Einzelfall ab. Hoffmann: „Wir haben schon Werkzeuge gemacht für Abrufe von nur 50 Serienteilen. Aber selten sind es weniger als 500 bis 1000 Boxen, für die ein eigenes Werkzeug gebaut wird. Bei geringen Mengen würden wir in erster Linie versuchen, auf unser Standard-Programm von über 90 Boxengrößen zu gehen. Der Kunde muss dann bei kleinen Serien nicht in ein Werkzeug investieren.“

Die Ingenieure von Schaumaplast haben bei der Auslegung der Behälter zwar ein sicheres Gespür entwickelt, orientieren sich aber am Ende an der thermischen Berechnung. Diese erfolgt unter Berücksichtigung der einzu-haltenden Temperaturgrenzen des Produkts, der erforderlichen Transportdauer und dem Außentemperaturprofil. Als Temperaturprofile werden kundeneigene oder Standards wie ISTA oder AFNOR herangezogen.

Für die praktische Erprobung wird ein Prototyp aus einem massiven Block des entsprechenden Partikelschaums gefräst und steht kurzfristig für Praxistests zur Verfügung. So kann die Leistung der neu entwickelten und mit Kühlelementen bestückten Thermobox schon vor dem Serienstart in einem Klimakammertest überprüft werden. Hierbei kooperiert Schaumaplast auch mit ISTA-zertifizierten Laboren. In der hauseigenen Klimakammer können Temperaturprofile von -20°C bis +50°C „gefahren“ werden. Der Kunde erhält eine schriftliche Dokumentation zur Performance seiner neuen Thermoverpackung. Reale Versuche in der Logistikkette des Kunden werden mit Datenloggern überwacht.

Gibt der Kunde grünes Licht, werden die Schäumwerkzeuge gebaut. Mit den ersten damit geschäumten Boxen werden in der Regel nochmals Klimakammertests durchgeführt und alle Parameter validiert. Ist alles im grünen Bereich, kann die Serienfertigung beginnen.

Drei Fragen an Markus Hoffmann

Tatje: Sie entwickeln schon seit längerer Zeit Cold-Chain-Lösungen für die Pharmaindustrie. Jetzt melden auch die Lebensmittelversender Bedarf an. Bemerken Sie da Unterschiede?

Hoffmann: Ja. In der pharmazeutischen Industrie steigen die Anforderungen an kontrollierte, temperaturgeführte Trans-porte. Der Bedarf an professionellen Kühlverpackungen ist entsprechend hoch. Die EU-Richtlinien zur „Good Distribution Practice“, GDP, sollen eine sichere Lieferkette unterstützen. Pharmahersteller, Logistikdienstleister oder auch Pharma-Großhändler haben sich daran zu halten und werden überwacht.

Der Versand von Lebensmitteln ist nicht in dem Maße reglementiert und wird oft zu lax gehandhabt. Ich zitiere aus einer kürzlich durchgeführten Studie der Verbraucherzentralen: „Bei mehr als jedem zweiten bestellten Produkt, bei dem die Temperatur unmittelbar nach der Lieferung gemessen wurde, lag die Temperatur teils deutlich über dem Norm-Wert.“ Und weiter wird darin konstatiert: „…zeigt sich, dass der Anspruch nach adäquat gekühlten Lebensmitteln gegenwärtig noch nicht immer erfüllt werden kann. So muss bei den Käufen teilweise von einer Unterbrechung der Kühlkette ausgegangen werden…“

Auf diese Weise untergräbt man das Vertrauen der Verbraucher, wir meinen, das muss nicht sein. Das Schaumaplast-System bietet Sicherheit für Versender und Verbraucher gleichermaßen.

Tatje: Wird das Biomasse-Styropor Konzept jetzt bei Ihnen zum Standard?

Hoffmann: Wäre im Prinzip schon gut. Das neue Biomassen-Bilanz-Konzept, wie es genau heißt, ist besonders attraktiv für Konsumenten, die ein entsprechendes Verbraucherbewusstsein besitzen. Hier fällt auch der etwas höhere Preis nicht so ins Gewicht. Der „Brot- und Butter-Werkstoff“ wird bei uns sicher bis auf weiteres „fossiles“ Styro-por bleiben. Dennoch müssen wir uns auch hier nicht beim Umweltgedanken verstecken. Wir gehen mit diesem wertvollen Rohstoff achtsam um. Deutschland hat mit den Niederlanden die höchste Recyclingquote für Styropor. Den meisten Leuten ist gar nicht bekannt, dass dadurch dem Styropor häufig ein zweites Leben, beispielsweise als Spritzgussteil, eingehaucht wird.

Tatje: Wie lange dauert es von der ersten Idee bis zur Serienfertigung?

Hoffmann: Erfahrungsgemäß verstreicht die meiste Zeit zur exakten Bestimmung der Anforderungen. Ist das Projekt dann hinsichtlich der Abmessungen, Laufzeiten, Temperaturprofile etc. vollständig technisch geklärt, ergeben sich diese Zeitabschätzungen: ca. ein bis zwei Wochen für thermische Berechnungen / thermische Auslegung (Software-basiert) und ungefähr eine Woche für Zeichnungserstellung, ca. zwei bis drei Wochen für Prototypenbau / Fräsmuster. Das Fräsmuster kann dann in der Klimakammer hinsichtlich der thermischen Performance überprüft werden: wir wollen wissen, stimmen die thermischen Berechnungen mit den realen Tests überein? Wenn alles ok ist, kann innerhalb von sechs bis acht Wochen das Werkzeug gebaut werden.

* Der Autor ist Geschäftsführer bei ViATiCO Strategie und Text in Karlsruhe

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