ZETA Magnetrührwerk

(Bild: ZETA GmbH)

Magnetrührer eignen sich besonders für aseptische Prozesse: die Antriebskraft wird über Magnetfelder übertragen, ohne dass der Impeller im sterilen Innenraum des Reaktorbehälters in physischen Kontakt mit dem Motor kommt. Der entscheidende Vorteil liegt darin, dass das Risiko einer über das Dichtungssystem eingetragenen Kontamination ausgeschlossen wird. Das aseptische Design erleichtert damit die Umsetzung der Anforderungen des neuen Annex 1 des EU-GMP-Leitfadens zur Sterilherstellung. [1]

ZETAs Magnetrührer kombinieren aseptische Prozessfähigkeit mit stabilem und präzisem Lauf und ermöglichen gleichzeitig große Kraftübertragung. Die Rührwerke sind dabei so konzipiert und gefertigt, dass sie den höchsten Standard an sterilem Design und Zuverlässigkeit erfüllen.

Für eine gleichmäßige Verteilung von Temperatur- und Konzentrationsgradienten in wässrigen Lösungen bietet ZETA verschiedene Typen von Magnetrührwerken an. Die bodenmontierten Magnetrührwerke (BMRF und BMRT) sind Stand der Technik für Rührvorgänge bei niedrigviskosen Flüssigkeiten in der pharmazeutischen und biotechnologischen Produktion. Die kompakte Bauweise, der geringe Wartungsaufwand und die hohe Zuverlässigkeit garantieren eine störungsfreie Anwendung. Durch den Einsatz eines Bodenrührwerkes wird zudem auf dem Behälterdeckel Platz für Sensoren, Ventile und Schaugläser frei.

ZETA hat auch ein System für Aufsetzmagnetrührwerke (AMRi) am Markt etabliert und für neue Einsatzbereiche in größeren Behältern weiterentwickelt. Auch bei schräg geneigter Rührwelle weist der AMRi eine hohe Stabilität auf.

Darüber hinaus plant und fertigt ZETA auch kundenspezifische Ausführungen von Rührwerken. So können zum Beispiel die Abmessungen oder die Art des Rührorgans sowie die Drehzahl für spezielle Rühraufgaben modifiziert werden. Das Arbeitsvolumen variiert zwischen den verschiedenen Typen und reicht von 2 bis 60.000 Litern.

magnetgekuppelte Antriebe ZETA
Im GMP-konformen, biopharmazeutischen Produktionsprozess weisen magnetgekuppelte Antriebe ein weiteres großes Plus auf: die energieaufwändige Schmierung des Dichtspalts der Gleitringdichtung fällt weg (Bild: ZETA GmbH)

Der entscheidende Vorteil: keine Gleitringdichtung ist nötig

ZETA Magnetrührwerk
ZETA Magnetrührwerke: Einfache und kosteneffiziente Wartung im Vergleich zu Rührwerken mit Gleitringdichtung (Bild: ZETA GmbH)

Der Bioreaktor an sich ist ein hochkomplexes System, und der Rührer kann als sein Herzstück bezeichnet werden - von außen nicht zu sehen, aber unentbehrlich für den flüssigen Prozess. Allen Rührorganen ist gemein, dass durch die Drehung der Welle Reibung entsteht, Lager geschmiert und Reibungswärme gegebenenfalls abgeführt werden muss.

Mechanisch abgedichtete Rührwerke stellen die konventionelle Lösung für aseptische Prozesse dar, wobei die doppelte Gleitringdichtung, die üblicherweise in Bioreaktoren verwendet wird, überaus komplex aufgebaut ist. Risiken für Produktkontaminationen sind vielfältig, die Gefahr, dass es zum Verlust ganzer Chargen während des Upstream-Prozesses kommt, ist groß. Magnetrührwerke hingegen benötigen keine Gleitringdichtung – ein entscheidender Vorteil in Bezug auf Sterilität und Komplexität! Der Installations- und Automationsaufwand ist deutlich geringer, es sind weniger Stillstandzeiten für Wartungsarbeiten nötig, Zeit und Kosten werden eingespart. Dazu kommt ein verringertes Fehlerrisiko bei Wartung, Montage und Demontage.

Im GMP-konformen, biopharmazeutischen Produktionsprozess weisen magnetgekuppelte Antriebe ein weiteres großes Plus auf: die energieaufwändige Schmierung des Dichtspalts der Gleitringdichtung fällt weg. Eine Versorgung mit hochreinem Dampfkondensat, wie es als Sperrmedium oder Schmiermittel zum Abdichten der Welle konventioneller Rührwerke eingesetzt wird, ist im Falle magnetischer Rührwerke nicht erforderlich.

Entfall der Dampfschmierung verringert CO2-Fußabdruck

ZETA Dampfschmierung Magnetrührtechnik
Energieeffizient: Die Tatsache, dass der Energieaufwand für die Dampfschmierung vollständig entfällt, ist nur einer der Vorteile der Magnetrührtechnik (Bild: ZETA GmbH)

Dampferzeugung erfordert eine Menge Energie, gewöhnlich aus der Verbrennung von Erdgas. Erfolgreiche Dekarbonisierungsstrategien in der Pharmaindustrie zielen daher auf eine Minimierung von Dampfmengen ab. [2] Im Gegensatz zu aseptischen Magnetrührwerken, bei welchen kein externes Medium benötigt wird, müssen Gleitring-gedichtete Rührwerke durchgehend mit Dampfkondensat versorgt werden. Dies ist mit einem hohen Energieaufwand verbunden, muss der Dampf doch erzeugt, gekühlt und kondensiert werden. Deshalb drängt sich auch die Frage auf, wie groß der Einfluss der verwendeten Rührwerkstechnologie auf die CO2-Bilanz einer biopharmazeutischen Anlage ist.

Zur Veranschaulichung des CO2-Fußabdrucks dampfgeschmierter Rührwerke dient dabei ein praxisnahes Rechenbeispiel, in welchem eine mit Gleitring-gedichteten Rührwerken ausgestattete Bioreaktorlinie betrachtet wird. Allein die Dampfschmierung der Gleitringdichtungen von fünf bis sieben skalierten Bioreaktoren ergibt hier jährliche CO2-Emissionen von rund 15,2 Tonnen. Zum Vergleich: Pro Economy-Class-Passagier werden auf einer Flugreise Wien – Chicago – Wien 2,5 Tonnen CO2 emittiert. [3]

Rechenbeispiel: CO2-Emissionen in einer Gleitring-gedichteten Bioreaktorlinie

Rechenbeispiel: CO2-Emissionen in einer Gleitring-gedichteten Bioreaktorlinie
(Bild: ZETA GmbH)

Im Beispiel nicht berücksichtigt ist ein etwaiger Kühlmittelverlust durch Leckagen. Dieser kann, je nach Zustand und Betriebsweise der verwendeten Kühlgeräte, von Relevanz sein. Viele gängige Kältemittel weisen hohe Treibhauspotentiale ("Greenhouse Warming Potential" GWP 4 bis >17.000 [4]) auf. Das GWP gibt an, wie viel eine bestimmte Masse eines Treibhausgases im Vergleich zur gleichen Masse CO2 zur globalen Erwärmung beiträgt.

Referenzen

[1] European Commission (2022), EU GMP Annex 1 https://health.ec.europa.eu/latest-updates/revision-manufacture-sterile-medicinal-products-2022-08-25_en (Zugriff 10 January 2023)

[2] Eder, H.; Ambitioniert, realistisch, unternehmensfreundlich: Ganzheitliche Ansätze zur Dekarbonisierung in der Pharmaindustrie; Process; https://www.process.vogel.de/wie-die-pharmaindustrie-dekarbonisiert-werden-kann-d-61976b6c11286/

[3] https://co2.myclimate.org/de/flight_calculators/new

[4] Annex III, Framework Convention on Climate Change. United Nations FCCC, 31.12.2014; https://unfccc.int/resource/docs/2013/cop19/eng/10a03.pdf

[5] World Energy Council: Energie für Deutschland, Fakten, Perspektiven und Positionen im globalen Kontext | 2021

[6] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/38897/umfrage/co2-emissionsfaktor-fuer-den-strommix-in-deutschland-seit-1990/

Kontakt

ZETA, Birgit Pittermann
(Bild: ZETA GmbH)

Birgit Pittermann

Corporate Head of Research & Development

ZETA

Birgit.Pittermann@zeta.com

www.zeta.com

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