Neue Echtzeit-Messtechnik hilft Molkereien, Produktverluste zu reduzieren

Ab 2025 werden börsennotierte Unternehmen in der EU mit mehr als 500 Mitarbeitern verpflichtet sein, Nachhaltigkeitsinformationen gemäß den neuen verpflichtenden European Sustainability Reporting Standards (ESRS) abzugeben. Diese Anforderung wird in den kommenden Jahren auf weitere Kategorien von Unternehmen ausgeweitet.

Produktverluste sind in vielen Molkereien ein großes Problem und können einen großen Einfluss auf den CO2-Fußabdruck haben. Hunderte von Litern Produkt gehen oft in die Kanalisation verloren, wenn das flüssige Produkt durch Wasser verdrängt wird, indem es von einem Verarbeitungsschritt zum nächsten gepresst wird. Häufig wird bis zu 1 Prozent der Milchproduktion beim Auspressen zwischen Produktchargen verschwendet. Für eine durchschnittliche Molkerei, die jährlich 250.000 Tonnen Rohmilch verarbeitet, bedeutet dies einen Verlust von 2.500 Tonnen Rohmilch sowie unnötige CO2 Emissionen in der Lieferkette.

Allerdings hindern ungenaue Messtechnologien die Betreiber häufig daran, dieses Problem effektiv anzugehen, da es schwierig sein kann, das Produkt, das sich durch die Rohrleitung bewegt, korrekt zu identifizieren. Mit der richtigen Messtechnik kann jedoch das Ende einer Charge und der Beginn der nächsten genau lokalisiert werden. Wenn dies nicht der Fall ist, summieren sich die kleinen Verluste an jedem Auspresspunkt, von denen es Hunderte geben kann, und werden am Ende des Prozesses erheblich.

Der Inhalt von Rohrleitungen wird in der Regel mit einer der drei Technologien - Durchflussmesser, Trübungssensor oder Leitfähigkeitssensor - gemessen. Durchflussmesser schätzen die Ankunft des Produkts am Auspresspunkt anhand der Durchflussrate des Systems; Trübungssensoren überwachen die Wechselwirkung zwischen einem Lichtstrahl und der Flüssigkeit; und Leitfähigkeitssensoren messen die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit.

Eine vierte Methode basiert auf der Überwachung der Dielektrizität der Flüssigkeit, d.h. ihrer Fähigkeit, elektrische Ladung zu halten. Dazu wird ein Sensor verwendet, der die Substanz, die sich durch die Rohrleitung bewegt, genau identifiziert, wenn ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld in die Flüssigkeit induziert wird. Verschiedene Flüssigkeiten haben eine unterschiedliche Dielektrizität, wodurch sie voneinander unterschieden werden können und jede Flüssigkeit einen einzigartigen Fingerabdruck erhält.

„Die Messung der dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden. Durchflussmesser haben eine sehr geringe Genauigkeit und Trübungssensoren können transparente Flüssigkeiten, wie Molkekonzentrat, nicht von Wasser unterscheiden und werden durch dicke Flüssigkeiten, wie Rahm, verstopft. Die elektrische Leitfähigkeit von Produkten auf Milchbasis liegt nahe an der von Wasser, was zu einer geringen Empfindlichkeit von Leitfähigkeitssensoren bei der Erkennung von Produktschnittstellen führt", sagt Matti Järveläinen, CEO von Collo, einem führenden Hersteller von dielektrischen Flüssigkeitsanalysesystemen.

„Der dielektrische Sensor kann jede Flüssigkeit erkennen, egal ob sie dünn, dick, farbig, farblos, undurchsichtig oder transparent ist. Das bedeutet, dass dieselbe Messtechnologie in der gesamten Molkerei eingesetzt werden kann, während früher der Sensor je nach Art der verarbeiteten Flüssigkeiten an jeder einzelnen Position ausgewählt werden musste", fügt Järveläinen hinzu.

„Unser Ziel war es von Anfang an, eine Lösung zu entwickeln, die sich leicht auf die gesamte Anlage übertragen lässt. Wir verwenden ausgefeilte Techniken des maschinellen Lernens, um unser System schnell auf neue Flüssigkeiten zu kalibrieren. Das Ergebnis sind verwertbare Informationen, wie z.B. der prozentuale Wasseranteil im Produkt, die an das Automatisierungssystem der Anlage übermittelt werden und eine Prozessoptimierung ermöglichen", fährt Järveläinen fort.

Collo-Sensoren wurden kürzlich an vier Stellen in der Rohmilchannahme einer Molkerei installiert, die 243 Millionen Liter Rohmilch pro Jahr verarbeitet. Das Werk hatte zuvor Durchflussmesser für die Steuerung der Auspressvorgänge verwendet. Aufgrund ihrer geringen Genauigkeit führte das scheinbar optimale Timing jedoch in Wirklichkeit zu Verlusten in Höhe von 600.000 Litern pro Jahr. Mit der weitaus höheren Genauigkeit des dielektrischen Sensors, die 108-mal besser ist als die des Durchflussmessers, konnten die Verluste auf nur 5.000 Liter pro Jahr reduziert werden - eine Verringerung um mehr als 99 Prozent.

Die Molkerei hat nun beschlossen, die Lösung von Collo im gesamten Betrieb einzuführen und den Prozess zu automatisieren.

Große Molkereien und andere Lebensmittelproduzenten verstärken derzeit ihre Bemühungen, ihre Umweltauswirkungen im Vorfeld der sich in naher Zukunft abzeichnenden Umweltziele, vor allem in den Jahren 2025 und 2030, zu reduzieren. Der größte Teil der Treibhausgasemissionen, die durch den Betrieb von Molkereien verursacht werden, entsteht auf dem Bauernhof. Nestlé beispielsweise beschreibt in seinem Nachhaltigkeitsbericht¹, dass nur 5 Prozent der Treibhausgasemissionen aus dem eigenen Betrieb stammen, während 95 Prozent auf die Emissionen in der Lieferkette entfallen. Die Rohmilchproduktion ist die größte Einzelquelle für Emissionen in der Milchproduktion, und jede Verschwendung von Rohstoffen auf Milchbasis muss vermieden und vorzugsweise eliminiert werden.

Andere Unternehmen haben ähnliche Ziele. Danone hat sich verpflichtet, seine eigenen Treibhausgasemissionen bis 2030 um 47,2 Prozent und die der Lieferkette um 42 Prozent zu reduzieren. Fonterra hat sich zum Ziel gesetzt, die Emissionen in der Produktion bis 2030 um 50 Prozent zu reduzieren.

Das Jahr 2025 ist für viele Unternehmen ein wichtiger Meilenstein, denn die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung wurde 2015 von allen Mitgliedern der Vereinten Nationen verabschiedet und viele Unternehmen haben sich zu diesem Zeitpunkt 10-Jahres-Ziele gesetzt. Die Europäische Union hat sich verpflichtet, die UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung umzusetzen, und die CSR-Richtlinie ist eine Möglichkeit für die Wirtschaft, ihren Teil dazu beizutragen.

Neben den gesetzlichen Anforderungen sind die sich ändernden Verbraucherpräferenzen ein weiterer starker Anreiz für Molkereiproduzenten, umweltfreundlichere Produktionsmethoden einzuführen. Eine Studie von McKinsey und NielsenIQ² hat ergeben, dass Produkte, die einen Anspruch auf Nachhaltigkeit erheben, ein schnelleres Marktwachstum aufweisen - über einen Zeitraum von 5 Jahren wuchsen solche Produkte um etwa 18 Prozent mehr als zu Beginn des Zeitraums erwartet wurde.

„Abfälle in Molkereiprozessen müssen reduziert werden. Umweltverträgliche Prozesse werden von Gesetzgebern und Verbrauchern gleichermaßen gefordert. Es macht keinen Sinn, bei jeder Charge Hunderte von Litern wertvollen Produkts zu verschwenden, wenn dies mit der richtigen Technologie verhindert werden kann. Aber das ist noch nicht alles. Mit der vielseitigen Technologie von Collo können wir auch helfen, in den Anlagen den Wasserverbrauch zu senken, ein Bereich, der für unsere Kunden und die Gesetzgeber gleichermaßen von großem Interesse ist. In Zusammenarbeit mit seinen Kunden kann Collo eine wichtige Rolle bei der Verwirklichung eines nachhaltigeren Molkereiprozesses spielen“, schließt Järveläinen.

¹ Creating Shared Value and Sustainability Report 2023 (Wertschöpfungs- und Nachhaltigkeitsbericht 2023); Nestlé

² Consumers care about sustainability - and back it up with their wallets (Verbraucher achten auf Nachhaltigkeit - und unterstützen dies mit ihrer Brieftasche); McKinsey und NielsenIQ; Februar 2023