Energieeffizienz in der Gelatineproduktion

Die industrielle Lebensmittelverarbeitung wird in hohem Maß von komplexen thermischen Prozessen bestimmt. Besonders deutlich tritt dies in der Gelatineproduktion zutage, wo Heizen, Kühlen und Trocknen nicht nur sequenziell erfolgen, sondern auch parallel ablaufen und eng miteinander verzahnt sind. Während einzelne Verfahrensstufen aufeinander aufbauen, erfolgen gleichzeitig mehrere thermische Operationen, die unterschiedliche Temperaturniveaus erfordern und präzise aufeinander abgestimmt werden müssen. Gelatine entsteht aus Kollagen durch thermisch unterstützte Aufschluss- und Extraktionsprozesse.

Dabei ist eine exakte Temperaturführung über mehrere Verfahrensstufen hinweg erforderlich: von moderaten Temperaturen bei der schonenden Extraktion bis hin zu höheren Temperaturniveaus in nachgelagerten Prozessschritten. Gleichzeitig müssen die Produkte gezielt abgekühlt werden, um die Gelstruktur auszubilden, zu stabilisieren und anschließend für die Weiterverarbeitung zu trocknen. Diese Kombination aus Wärme- und Kältebedarf macht die Gelatineproduktion zu einem hoch energieintensiven Prozess. In industriellen Anlagen liegen die spezifischen Energieverbräuche typischerweise im Bereich von über 20 GJ thermischer Energie sowie mehr als 1.000 kWh elektrischer Energie pro Tonne Produkt.

Hinzu kommt, dass die einzelnen Prozessschritte sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren. Schon geringe Abweichungen können sich direkt auf zentrale Produkteigenschaften wie Gelstärke, Viskosität oder Verarbeitbarkeit auswirken. Gleichzeitig fallen entlang der Prozesskette große Mengen an Abwärme an, die in klassischen Systemen oft nur unzureichend genutzt werden. Vor diesem Hintergrund rückt die Integration von Wärme- und Kälteströmen im Gesamtsystem in den Fokus der Prozessoptimierung. Hier eröffnen sich weitreichende Potenziale – sowohl zur Senkung des Energieverbrauchs als auch zur Stabilisierung der Produktion.

Thermische Dynamik im Produktionsprozess

Die Jellice Group zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Gelatine und Kollagenprodukten und ist international insbesondere in qualitätskritischen Anwendungsfeldern etabliert. Der europäische Standort Jellice Pioneer Europe im niederländischen Emmen ist auf die Herstellung hochwertiger Schweinegelatine spezialisiert. Mit einer Kapazität von rund 15.000 t/a versorgt das Werk anspruchsvolle Märkte in der Lebensmittel-, Pharma- sowie der Kosmetik- und Gesundheitsindustrie. Zum Einsatz kommen die dort produzierten Gelatine- und Kollagenprodukte unter anderem als funktionelle Inhaltsstoffe in Lebensmitteln, als zentrale Bestandteile pharmazeutischer Darreichungsformen, etwa für Hart- und Weichkapseln, sowie in kosmetischen und nutraceutischen Anwendungen. Insbesondere im pharmazeutischen Umfeld sind dabei gleichbleibende Produkteigenschaften und eine hohe Prozessstabilität essenziell. Entsprechend eng ist die Qualität des Endprodukts mit der Stabilität und Präzision der zugrunde liegenden Prozess- und Energieversorgungssysteme verknüpft.

Eine zentrale Herausforderung ergibt sich dabei aus der Vielzahl gleichzeitig ablaufender thermischer Prozesse. Die Produktion erfordert parallel unterschiedliche Temperaturniveaus: Während in der Extraktionsphase Temperaturen von bis zu 95 °C benötigt werden, laufen in anderen Bereichen bereits Kühl- und Trocknungsprozesse ab. Diese Betriebsweise führt zu einer komplexen thermischen Laststruktur innerhalb der Gesamtanlage. Besonders deutlich wird dies in der Lufttrocknung, einem der energieintensivsten Prozessschritte. Hier müssen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftführung präzise geregelt werden, um eine gleichmäßige Produktqualität sicherzustellen. Gleichzeitig laufen diese Anlagen meist im Dauerbetrieb und gehören damit zu den größten Energieverbrauchern der Produktion.

Die parallele Führung von Wärme- und Kälteströmen stellt hohe Anforderungen an die Systemintegration. In konventionellen Anlagenkonzepten führt dies häufig zu energetischen Verlusten – etwa durch ungenutzte Abwärme oder durch gegenseitige Beeinflussung einzelner Versorgungskreisläufe. Eine wesentliche Aufgabe moderner Energiesysteme besteht daher darin, die anfallenden Energieströme gezielt zu koppeln, hydraulisch und regelungstechnisch aufeinander abzustimmen sowie deren Nutzung im Gesamtsystem zu maximieren.

Funktionsprinzip der Zortström-Technologie

Vor diesem Hintergrund kommt die Zortström-Technologie von Zortea Gebäudetechnik aus Hohenems, Österreich, zum Einsatz, die sich seit Jahrzehnten in einer Vielzahl europaweiter Energieprojekte unter anspruchsvollen industriellen Bedingungen bewährt hat. Sie basiert auf einem integralen Energieversorgungskonzept, bei dem Wärme- und Kälteströme nicht isoliert betrachtet, sondern innerhalb eines gemeinsamen hydraulischen Systems erfasst, geführt und optimiert werden. Zentrales Element ist ein multifunktionales Sammel- und Verteilzentrum, das als Schnittstelle zwischen Erzeugern und Verbrauchern fungiert und sämtliche Energieflüsse zusammenführt. Konstruktiv vereint das System mehrere Funktionen in einem Bauteil: Es übernimmt die Rolle einer hydraulischen Weiche, entkoppelt die Volumenströme der einzelnen Kreisläufe und ermöglicht gleichzeitig eine gezielte Verteilung unterschiedlicher Temperaturniveaus.

Durch die spezielle Geometrie und interne Strömungsführung entsteht ein stabiler hydraulischer „Nullpunkt“, der Druck- und Volumenstromschwankungen zwischen den angeschlossenen Systemen verhindert. Auf diese Weise können verschiedenste Wärme- und Kältequellen – etwa Wärmepumpen, Kälteanlagen oder Abwärmeströme – parallel betrieben werden, ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen. Ein wesentlicher Vorteil besteht in der sauberen hydraulischen Entkopplung der einzelnen Kreisläufe. Während in konventionellen Anlagen häufig Wechselwirkungen zwischen Pumpen und Verbrauchern auftreten, gewährleistet die Zortström-Technologie definierte Betriebszustände für alle angeschlossenen Komponenten. Dies führt zu stabileren Temperaturverhältnissen, gleichmäßigen Durchströmungen und einer insgesamt effizienteren Energieverteilung innerhalb des Systems.

Darüber hinaus ermöglicht die Zortström-Lösung einen gezielten, mehrstufigen Temperaturauf- und -abbau. Wärme- und Kälteenergie werden entlang unterschiedlicher, exakt getrennter Temperaturniveaus kaskadiert genutzt: Energie auf hohem Temperaturniveau, die aufgrund ihres höheren Exergieanteils besonders vielseitig nutzbar ist, wird zunächst in anspruchsvollen Prozessschritten eingesetzt. Die verbleibende Wärmeenergie wird anschließend stufenweise auf niedrigeren Temperaturniveaus weiterverwendet. Dieses Prinzip der thermischen Staffelung erhöht die Ausnutzung der eingesetzten Energie deutlich und trägt insbesondere in komplexen industriellen Anwendungen zu einer signifikanten Steigerung des Gesamtwirkungsgrads bei.

Vernetzte Energieversorgung in der Praxis

Am Standort Emmen wurde die Technologie als zentrales Element eines integrierten Energieverbundsystems implementiert. Insgesamt kommen dort mehrere, mehrstufig ausgeführte Zortström-Anlagen zum Einsatz, die als Schnittstelle zwischen insgesamt 13 Großwärmepumpen und Kältemaschinen sowie den angeschlossenen Prozessverbrauchern fungieren. Die Zortström-Einheiten übernehmen dabei eine Doppelfunktion: Sie dienen einerseits als thermische Vorhalteanlagen mit einem Gesamtvolumen von über 40 m³ und stellen andererseits zentrale hydraulische Koordinationspunkte dar, in denen sämtliche Wärme- und Kälteströme zusammengeführt, entkoppelt und bedarfsgerecht verteilt werden. Durch diese Kombination aus Sammel-, Speicher- und Verteilfunktion entsteht ein hochgradig flexibles System, das sowohl Lastspitzen ausgleichen als auch dynamisch auf schwankende Produktionsanforderungen reagieren kann.

Ein wesentliches Merkmal der Integration ist die enge Kopplung zwischen den Zortström-Anlagen und der übergeordneten Gebäudeleittechnik. Diese ermöglicht eine präzise, automatisierte Abstimmung zwischen Energieerzeugung und -verbrauch, sodass thermische Leistungen kontinuierlich an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Gleichzeitig sorgt die hohe hydraulische Qualität des Systems dafür, dass sämtliche Erzeuger unter stabilen und optimalen Betriebsbedingungen arbeiten können.

Die Anlagen stellen bis zu 16 definierte Temperaturniveaus im Bereich von -10 °C bis +70 °C bereit und ermöglichen damit eine exakt auf die jeweiligen Prozessanforderungen abgestimmte Energieversorgung. Diese fein abgestufte Temperaturführung ist eine zentrale Voraussetzung für den effizienten Betrieb der Wärmepumpen- und Kältesysteme, da diese jeweils in ihrem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden können. In Kombination mit der systematischen Nutzung von Speicher- und Kaskadeneffekten entsteht ein Gesamtsystem mit hoher energetischer Leistungsfähigkeit. So werden am Standort Emmen thermische Nutzleistungen von rund 10,5 MW bei einem vergleichsweise geringen elektrischen Einsatz von etwa 1,2 MW erzielt, was Gesamtwirkungsgraden (COP/EER) im Bereich von 7,3 bis 10 entspricht.

Die Umsetzung in Emmen verdeutlicht damit exemplarisch, welche Potenziale sich durch eine konsequent systemische Auslegung der Energieversorgung erschließen lassen. Aus den beschriebenen Wirkprinzipien ergeben sich unmittelbare Vorteile für Betrieb, Effizienz und Prozesssicherheit, die insbesondere in energieintensiven Anwendungen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie von hoher Relevanz sind.