Atlas Copco stattet Mars mit Kompressoren aus

Der Schokoriegel-Hersteller gewinnt die Verdichtungswärme zurück und heizt damit sein Speisewasser auf. Das spart jährlich mindestens 480.000 Kilowattstunden an Wärmeenergie.

Wir unterziehen alle Maschinen und das gesamte Gebäude am Standort regelmäßigen ‚Health-Checks‘, um Ausfallrisiken zu minimieren und den Energieverbrauch zu senken“, erklärt Stefan Manshon, der bei Mars in Viersen alle Energiethemen koordiniert: von Strom und Wasser über Druckluft, Kälte und Dampf bis zur Niederspannungsversorgung. „Wir haben ein ehrgeiziges Ziel: Unter dem Motto ‚Sustainable in a Generation‘, Nachhaltigkeit in einer Generation, wollen wir bis 2040 weltweit klima- und umweltfreundlich produzieren.“ Den Energieverbrauch in Viersen hat er genau unter Kontrolle; das Energiemanagementsystem von Mars ist nach DIN EN ISO 50 001 zertifiziert. In die standortweite „Gesundheit“ der Maschinen und die Umweltziele investiert Mars regelmäßig.

In den letzten Jahren zählte dazu die Druckluftversorgung: Die beiden ZR3-Kompressoren von Atlas Copco, die bis vor einiger Zeit ihren Dienst verrichteten, waren schon alt und wiesen einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch auf – Zeit, die Station zu modernisieren. „20 bis 30 Jahre sind bei uns das Maximum bei Maschineneinsatzzeiten“, sagt Manshon. „Alles, was älter ist, tauschen wir aus.“ 2007 schaffte Mars den ersten drehzahlgeregelten Kompressor von Atlas Copco an, einen ZR 132 VSD FF mit 132 Kilowatt installierter Motorleistung. Ende 2012 folgte der zweite ölfrei verdichtende Schraubenkompressor aus dieser Baureihe, allerdings mit etwas höherer Leistung: ein ZR 160 VSD FF. Das Kürzel VSD steht für „Variable Speed Drive“, variable Drehzahl des Motors. Dieses Ausstattungsmerkmal senkt den Energiebedarf gegenüber herkömmlichen Kompressoren mit fester Drehzahl um bis zu ein Drittel, da sich die Motorendrehzahl – und damit verbunden der Volumenstrom – immer exakt an den aktuellen Druckluftbedarf im Werk anpassen lässt.

Das FF im Namen steht bei beiden Kompressoren für „Full Feature“, die Komplettausstattung mit integriertem, effizienten MD-Adsorptionstrockner. Dieser Trocknertyp nutzt die Wärme aus dem Verdichtungsprozess des Kompressors zur Regeneration des Trockenmittels. Eine weitere Energiezufuhr ist nicht erforderlich, womit der MD-Trockner extrem effizient arbeitet: Er benötigt lediglich 120 W für den Motor, der die Trocknertrommel dreht. Außerdem geht bei diesen Trocknern keine Druckluft verloren, und der Druckabfall innerhalb des MD ist äußerst gering.

Verpackungsmaschinen werden mit Luft abgeblasen

„In unserer Fertigung schwankt der Druckluftverbrauch extrem“, dokumentiert Stefan Manshon: „Die Grundlast liegt bei etwa 400 Normkubikmetern pro Stunde. Im Durchschnitt benötigen wir um die 1000 und in Spitzen über 1800 Kubikmeter pro Stunde.“ Insbesondere zum Reinigen der 21 Verpackungsmaschinen wird eine Menge Luft gebraucht. In Viersen verarbeitet Mars jährlich über 55.000 Tonnen Rohmaterialien zu 2,9 Millionen Schokoriegeln, wie Balisto, Twix und Celebrations.

„Nach jedem Produktwechsel muss der Maschinenfahrer die Restbestände mit Blaspistolen manuell von der Anlage blasen“, führt Manshon aus. „Im Lastprofil der Kompressoren sieht man dann sofort, dass gerade irgendwo gereinigt wird.“ Auch Schokoladen-Tankwagen, von denen täglich vier auf den Hof fahren, werden mit Druckluft entleert: Die Tanks, die 28 Tonnen fassen, werden auf dem Lkw hochgestellt und von oben mit Druckluft beaufschlagt. Rund 100 m³ Luft werden dafür auf einen Schlag benötigt. Und schließlich werden zahlreiche Ventile im Werk mit Druckluft gestellt.

Weil beim Abblasen der Verpackungsmaschinen die Druckluft auf Anlagenteile gelangt, die direkten Kontakt zu den Schokoriegeln oder den kleinen Produktvarianten haben, muss die Luft absolut ölfrei sein. „Für uns waren die Bereitstellung von Druckluft in der Qualitätsklasse 0 und eine sehr gute Filtration unerlässlich“, betont Manshon. „Die ZR-Kompressoren erfüllen diese Anforderungen.“

Energierückgewinnung speziell für wassergekühlte, ölfreie Kompressoren

Die andere wichtige Forderung ist diejenige nach Energieeinsparungen. Da die ZR-Maschinen von Atlas Copco seitens Mars zum Zeitpunkt der Anschaffung konzernweit als „Best Practice“ eingestuft worden waren, fiel die Entscheidung auf das Essener Unternehmen als Lieferant. Trotzdem wollte Stefan Manshon für Mars noch mehr: Er bestellte zu der 160er Maschine eine externe Wärmerückgewinnung gleich mit. Im Frühjahr 2013 ging die von Atlas Copco gelieferte ER 275 dann in Betrieb.

„ER“ steht für „Energy Recovery“. Diese zentrale Energierückgewinnungseinheit wurde speziell für die wassergekühlten ZR-Kompressoren entwickelt. Sie macht die aus dem Kühlwasser der ölfrei verdichtenden Kompressoren zurückgewonnene Wärmeenergie für die Fertigungsprozesse bei Mars nutzbar. Indem sie sowohl den Druck als auch die Temperatur des Kühlwassers des Kompressors regelt, stellt sie einen optimalen Betrieb der Druckluftanlage sicher. Die ER 275 wurde zwischen dem Kompressor und dem Kühl- und Heizkreislauf installiert und heizt das von der Stadt Viersen kommende Leitungswasser auf etwa 60 °C vor. „Damit holen wir kontinuierlich etwa 80 Kilowatt wieder heraus“, freut sich Manshon.

Ein Kubikmeter 60 °C heißes Wasser pro Stunde

Nutzbar gemacht wird die Kühlwasser-Wärme über Wärmetauscher, um im Kesselhaus das Speisewasser anzuwärmen, mit dem der Dampf für diverse Prozesse in der Keks- und Riegelfertigung erzeugt wird. Dazu gehören der Karamellkocher, der 110 °C heißen Dampf benötigt, sowie eine Dampfstrahl-Vakuumpumpe oder die Regeneration der Lufttrockner. „Für all das brauchen wir kontinuierlich Wärme“, führt der Versorgungsexperte aus. „Von der Stadt beziehen wir Wasser mit etwa 10 bis 15 Grad Celsius, und über die Wärmerückgewinnungsanlage können wir etwa einen Kubikmeter Wasser pro Stunde auf 60 Grad erwärmen.“ Über eine zweite Wärmetauscherstufe wird dann noch das Brauchwasser für Küche und Duschen erwärmt. „Damit nutzen wir die Wärme so effizient wie möglich“, ist er sich sicher. Mit circa 35 °C geht das abgekühlte Wasser dann zurück zum Kompressor, um die Druckluft zu kühlen und selbst dabei wieder erhitzt zu werden.

Vier Kompressoren an einer Wärmerückgewinnungseinheit

Prinzipiell können bis zu vier ZR-Kompressoren der aktuellen Baureihen an eine zentrale ER-Energierückgewinnungseinheit angeschlossen werden. Der bei Mars 2007 installierte ZR 132 VSD FF verfügt allerdings noch nicht über diese Anschlüsse. „Das ist aber kein Drama“, sagt Stefan Manshon, „denn der ZR 160 VSD FF erzeugt für uns momentan ausreichend Druckluft; den 132er schalten wir nur sporadisch zu.“ Eine Wärmerückgewinnung könnte nachgerüstet werden. Das halte er aber wegen der geringen Nutzungsdauer des kleineren Kompressors derzeit nicht für sinnvoll.

Der vorrangig arbeitende ZR 160 VSD FF sei momentan zu etwa 80 Prozent ausgelastet, meint Manshon, und nennt überschlägig eine jährliche Betriebsdauer des Kompressors von „6000 Stunden“. Multipliziert man dies mit den 80 kW eingesparter Heizleistung, ergeben sich 480.000 Kilowattstunden an Wärmeenergie, die Mars in Viersen Jahr für Jahr durch die Rückgewinnung der Verdichtungswärme spart. Bezogen auf einen Gasverbrauch am Standort von umgerechnet rund 17 Millionen kWh, senkt die Atlas-Copco-Station die Gasrechnung des Süßwarenherstellers also um etwa 3 Prozent.

Stefan Manshon sieht Mars damit bei der Druckluftversorgung für die nächsten Jahre gut aufgestellt. Der Druckbereich liegt bei 7,5 bar, mit sehr geringen Abweichungen von nur ± 0,2 bar nach oben und unten. Demnächst soll noch eine Ringleitung installiert werden, womit die Versorgung gegenüber den derzeitigen Stichleitungen, die vom Windkessel zu den Fertigungseinheiten verlaufen, noch ein Stück sicherer wird.