Kaskadenkonzept macht kryogene Lagertechnik energieeffizienter

Steigende Energiekosten, ambitionierte Klimaziele und wachsende Anforderungen an das Lagern temperatursensibler Produkte stellen Pharmaunternehmen vor neue Herausforderungen. Während Maßnahmen zur Effizienzsteigerung häufig beim Erzeugen von Kälte ansetzen, rückt zunehmend eine andere Frage in den Fokus: Wie lässt sich die bereits vorhandene Kälteenergie innerhalb eines Systems möglichst effizient nutzen?

Gerade beim pharmazeutischen Lagern und Verarbeiten empfindlicher Produkte wie Biologika, Zell- und Gentherapeutika oder Gewebeproben spielt das Kühlen eine zentrale Rolle. Gleichzeitig zählt es zu den energieintensivsten Bereichen vieler Betriebe. Vor diesem Hintergrund gewinnt es zunehmend an Bedeutung, Kühl- und Lagerprozesse ganzheitlich zu betrachten.

Effizienz endet nicht beim Kälteerzeugen

Beim Optimieren von Kühlsystemen liegt der Fokus häufig auf einzelnen Komponenten. Effizientere Aggregate, moderne Steuerungstechnik oder verbesserte Isolierungen können einen wichtigen Beitrag leisten, den Energieverbrauch zu senken. Dennoch bleibt ein wesentlicher Aspekt häufig unberücksichtigt: bereits eingesetzte Kälteenergie innerhalb der gesamten Infrastruktur zu nutzen.

Denn ähnlich wie bei anderen Energieformen entscheidet nicht allein das Bereitstellen über die Effizienz, sondern auch die Frage, wie umfassend vorhandene Ressourcen genutzt werden. Gerade in komplexen Lager- und Kühlinfrastrukturen können an den Übergängen zwischen unterschiedlichen Temperaturbereichen Energieverluste entstehen.

Zwischen Kühlketten, Kosten und Nachhaltigkeitszielen

Die Temperaturführung macht die Pharmalogistik insbesondere bei hohen Strompreisen zu einer kostspieligen Dienstleistung. Es geht aber auch anders: mit direkten Stromlieferverträgen, wie Großkonzerne sie nutzen, statt klassischen Festpreisverträgen.

Energieeffizienz endet nicht beim Erzeugen von Kälte. Entscheidend ist, wie umfassend die eingesetzte Kälte innerhalb eines Systems genutzt werden kann, weswegen zunehmend das Optimieren des Gesamtsystems in den Fokus rückt.

Kälteenergie direkt im Medium gespeichert

Ein Ansatz, der diesen Gedanken verfolgt, basiert auf dem Einsatz von flüssigem Stickstoff (LN2). Anders als bei klassischen Kompressionskälteanlagen ist die Kälteenergie dabei direkt im Medium gespeichert. Das eröffnet neue Möglichkeiten beim Gestalten kryogener Lager- und Kühlsysteme.

Im Mittelpunkt steht die Frage, wie vorhandene Kälteenergie über mehrere Temperaturstufen hinweg genutzt werden kann. Ziel ist es, die eingesetzte Kälte möglichst lange im System verfügbar zu halten und energetische Verluste zu reduzieren. Dafür werden unterschiedliche Temperaturzonen nicht als voneinander getrennte Bereiche betrachtet, sondern als miteinander verbundenes Gesamtkonzept.

Das Kaskadenprinzip als Systemansatz

Ein Beispiel für diese Herangehensweise ist das von NNC-LIN MS entwickelte Kaskadenprinzip. Dabei werden verschiedene Temperaturzonen innerhalb einer Lagerinfrastruktur gezielt miteinander verknüpft. Aktiv gekühlte Bereiche mit besonders niedrigen Temperaturen geben dabei verbleibende Kälteenergie an angrenzende Zonen mit höherem Temperaturniveau weiter. Die dort erforderliche Kühlleistung kann so teilweise durch bereits vorhandene Kälte bereitgestellt werden.

Durch dieses mehrfache Nutzen der eingesetzten Kälteenergie lässt sich die vorhandene Kälte deutlich effizienter ausschöpfen. Gleichzeitig ermöglicht die Kaskadierung, unterschiedliche Temperaturbereiche innerhalb einer Anlage präzise zu steuern. Der Fokus verschiebt sich damit vom Optimieren einzelner Kühlräume hin zum Betrachten der thermischen Wechselwirkungen innerhalb der gesamten Infrastruktur.

Erfahrungen aus einem realen Projekt

Wenn Projekte im Anlagenbau scheitern, dann selten an der Technik oder am Fachwissen, sondern an der Zusammenarbeit der Beteiligten. Anhand eines realen Pharmaprojektes zeigen unsere Autoren, wie sich Hürden im Projekt gemeinsam überwinden lassen.

Die unterschätzte Rolle der Prozessschnittstellen

In der Praxis entstehen thermische Belastungen häufig nicht innerhalb stabiler Lagerbereiche, sondern an den Schnittstellen zwischen verschiedenen Prozessschritten. Materialbewegungen, das Öffnen von Schleusen oder wechselnde Lastzustände können zusätzliche Kühlleistung erforderlich machen und Energieverluste verursachen. Werden Temperaturzonen systematisch miteinander verknüpft, können solche Übergangsbereiche gezielt berücksichtigt werden. Dadurch lassen sich thermische Verluste reduzieren und vorhandene Kältepotenziale besser nutzen.

Energieeffizienz und Betriebssicherheit gemeinsam betrachten

Für Pharmaunternehmen steht neben der Ressourceneffizienz vor allem die Produktsicherheit im Vordergrund. Kühl- und Lagerprozesse müssen auch unter wechselnden Betriebsbedingungen zuverlässig funktionieren. LN2-basierte Systeme bieten hier einen besonderen Ansatz. Da die Kälteenergie direkt im flüssigen Stickstoff gespeichert ist, bleibt die Kühlkapazität unabhängig vom kontinuierlichen Erzeugen durch Kompressoren verfügbar. Elektrische Energie wird ausschließlich für Steuerungs- und Peripheriesysteme benötigt.

Vollautomatisiertes Tiefkühl-Logistikzentrum für Lebensmittel

Ein Lebensmittelhersteller wollte das Lagern, Frosten, Antauen und Akklimatisieren seiner Produkte unter einem Dach zusammenführen. Nun verfügt er über ein vollautomatisches Tiefkühl-Center, das seine Lagerkapazität verdoppelt und seinen Energieverbrauch halbiert hat.

Gleichzeitig können die hohen Anforderungen an die Versorgungssicherheit erfüllt werden. Das verbesserte Nutzen der eingesetzten Kälteenergie unterstützt Unternehmen dabei, ihre Nachhaltigkeitsziele effizienter zu verfolgen.

Vom Kühlraum zum Gesamtsystem

Solche Konzepte umzusetzen, erfordert das Zusammenspiel verschiedener Kompetenzen. Während NNC-LIN MS kryogene Lager- und Kühlsysteme entwickelt und realisiert, stellt Air Liquide den flüssigen Stickstoff sowie die entsprechende Versorgungsinfrastruktur bereit.

Erst das Zusammenspiel aus Anlagentechnik, Temperaturmanagement und Medienversorgung ermöglicht, integrierte Kryolagerkonzepte praktisch umzusetzen. Der Blick richtet sich dabei nicht auf einzelne Komponenten, sondern auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Infrastruktur.

Energieeffizienz als Frage der Systemarchitektur

Die Anforderungen an pharmazeutische Kühl- und Lagerprozesse werden weiter steigen. Gleichzeitig wächst der Druck, Energie effizient einzusetzen und Ressourcen zu schonen. Vor diesem Hintergrund gewinnt es an Bedeutung, das Gesamtsystem zu betrachten. Statt ausschließlich die Kälteerzeugung zu optimieren, rückt das möglichst umfassende Nutzen vorhandener Kälteenergie in den Fokus. Kaskadenkonzepte zeigen, wie sich unterschiedliche Temperaturzonen intelligent miteinander verknüpfen lassen, und eröffnen neue Möglichkeiten für einen ressourcenschonenden Anlagenbetrieb.

Die nächste Entwicklungsstufe energieeffizienter Kryolagerung liegt nicht in einzelnen Komponenten, sondern in intelligent vernetzten Systemen. Je komplexer pharmazeutische Produkte und Lieferketten werden, desto wichtiger wird die Fähigkeit, Kälteenergie gezielt zu steuern und mehrfach zu nutzen. Ein Entwicklungspfad, der die kryogene Lagertechnik in den kommenden Jahren maßgeblich prägen könnte.