ATB-Wissenschaftler die Trocknung von Arzneipflanzen energie- und kosteneffizienter gestalten können. Durch Einbau von Erdgas-BHKW, Wärmepumpen und strömungsoptimierter Trocknung bei einem Praxispartner ließen sich 38 Prozent Primärenergie einsparen.

Trocknung ist für die Haltbarmachung wertvoller feuchter Erntegüter wie Arznei- und Gewürzpflanzen unerlässlich. Ein gängiges Verfahren ist die chargenweise Flächentrocknung. Sie ermöglicht große Durchsätze bei hoher Qualität des getrockneten Produkts. Allerdings beansprucht der Prozess wegen des hohen Energieaufwandes allein bis zu 50 Prozent der Produktionskosten der Arzneipflanzen.

Effizentes Trocknungskonzept

Im Rahmen eines über die FNR geförderten Forschungsprojektes erprobte das ATB ein innovatives, kombiniertes Trocknungsverfahren: In eine bestehende Trocknungshalle einer Agrargenossenschaft in Thüringen wurde ein Erdgas-Blockheizkraftwerk (BHKW) und zwei Wärmepumpen mit interner Wärmerückgewinnung eingebaut. Der Strom des 240 kW-Erdgas-BHKWs treibt die beiden Wärmepumpen an. Diese beheizen zwei von insgesamt fünf Trocknungsrosten und gewinnen über integrierte Kreuzstrom-Wärmeübertragung 35 bis 50 Prozent der Wärme zurück. Die 365 kW Wärmeleistung des BHKWs unterstützt die zentrale, mit Erdöl und Erdgas befeuerte Heizungsanlage (4.200 kW), die die anderen drei Trocknungsroste und zwei weitere Trocknungshallen beheizt.

Um die Wärmepumpenphase der Trocknung energetisch weiter zu optimieren, stellten die Forscher zunächst eine der beiden Wärmepumpen vom geschlossenen auf einen teiloffenen Betrieb um, d. h. auf einen Betrieb mit Beimischung nicht erwärmter Außenluft. Das neue Regelungsprinzip erwies sich als deutlich energieeffizienter, gleichzeitig war die Trocknungsleistung größer. Im teiloffenen Betrieb kann das natürliche Trocknungspotenzial der Außenluft und die Leistung des Kältemittelverdichters als Trocknungswärme optimal genutzt werden. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen und umfangreichen Messungen über den leeren Trocknungsrosten gelang es, die Trocknung strömungstechnisch zu optimieren und eine gleichmäßigere Luftverteilung über die Breite der Roste zu erreichen. 

Energieeinsparungen von 50 % möglich

Schließlich ermittelte das Team um ATB-Wissenschaftler Dr. Thomas Ziegler im Rahmen einer Energiebilanzierung das gesamte Primärenergie-Einsparpotenzial: Demnach kann durch die Kombination <Erdgas-BHKW - Wärmepumpen im teiloffenen Betrieb - strömungsoptimierte Trocknung> der Energieverbrauch um mehr als 50 Prozent gegenüber der konventionellen Lufterwärmung mit Öl und Gas reduziert werden. 

Die theoretisch möglichen Einsparwerte ließen sich in der Praxisanlage nicht nachweisen. Hier betrugen die Einsparungen im Bereich der Primärenergie nur 38 Prozent. Ursache waren nicht optimale Betriebsbedingungen, Leerlaufzeiten bei der Trocknung und ein reduzierter elektrischer Nutzungsgrad des BHKWs durch Teillastbetrieb. 

Die Ergebnisse sind im Schlussbericht des Projekts nachzulesen. Der Bericht mit dem Förderkennzeichen 22012609 ist jetzt online verfügbar: www.fnr.de  (Menü Projekte & Förderung)
Siehe auch Pressemitteilung der FNR vom 10.06.2015

Im Demonstrationsprojekt Arzneipflanzen (KAMEL) hat das ATB innerhalb des Verbundvorhabens "Zeitnahe und nachhaltige Verbesserung bestehender Band-, Kipphorden- und Flächentrockner für Kamille, Melisse und Baldrian" hat das ATB das Teilvorhaben 2 bearbeitet: "Effizienzsteigerung der Flächentrocknung". Verantwortlich für das Teilvorhaben 1 "Grundlagenuntersuchung und Anlagenoptimierung" war die Universität Hohenheim. Das Vorhaben wurde für die Dauer von drei Jahren vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

Kontakt ATB: Dr. Thomas Ziegler