12 aug 2024
Centrifuges afstemmen op duurzaamheid
Elke druppel en elke kilowattuur telt als het gaat om de ontwikkeling van centrifuges. GEA bouwt al meer dan 130 jaar centrifuges - iets waarvan je niet zou denken dat het elke dag ter discussie staat. Jürgen Mackel, Vice President Product Line Separators bij GEA, en Christian Becker, Product Manager verantwoordelijk voor het zuivelcentrifugeportfolio, doen precies dit - ze komen consequent met nieuwe oplossingen die voldoen aan de eisen van technische vooruitgang, de huidige marktomstandigheden en alle aspecten van duurzaamheid. Lees verder voor inzicht in wat de kunst van engineering bij GEA teweegbrengt in de productiehallen van een breed scala aan industrieën over de hele wereld.
Christian Becker en Jürgen Mackel ontdekken zelfs verborgen optimalisatiemogelijkheden in elk type centrifuge.
De grote taak van vragen stellen en optimaliseren
Succes bij GEA is nooit vervelend. In plaats daarvan dient het als stimulans. “We streven niet zomaar naar het verbeteren van de efficiëntie en het besparen van middelen, maar het is onderdeel van ons bedrijfs-DNA”, zegt Mackel. “We hebben altijd gewerkt aan het bereiken van betere prestaties en efficiëntere machines, wat resulteert in minder slijtage en onderhoud, om nog maar te zwijgen van minder energie- en waterverbruik.”
Hoewel duurzaamheid in de loop der tijd belangrijker is geworden. “Daarom hebben we alle relevante parameters onder de loep genomen, de hele levenscyclus vanuit een duurzaamheidsperspectief bekeken en een nieuwe benadering gekozen voor hoe we over ontwerpen denken”, zegt hij.
Becker vervolgt: “Het begint altijd met vragen die vandaag de dag meer dan ooit worden gekenmerkt door duurzaamheid en kostenefficiëntie. Waarom kost het zoveel om een centrifuge te laten draaien? Waar gebruiken we energie inefficiënt? Waar kunnen we water en clean-in-place (CIP) media besparen? Vervolgens beoordelen we de operationele en technische opties om het verbruik te verminderen.”
Dit is een verschil met eerdere benaderingen. “In het verleden, als we een nieuwe machine wilden bouwen, stopten we er meer vermogen in - meestal in de vorm van een hogere snelheid - terwijl de keteldiameter zo klein mogelijk werd gehouden,” zegt Mackel. “Meer vermogen in de vorm van snelheid bespaart CAPEX, d.w.z. investeringskosten, maar het hogere stroomverbruik verhoogt vervolgens de bedrijfskosten, d.w.z. OPEX.”
De prijs van elektriciteit was tot een paar jaar geleden nauwelijks een probleem. Vandaag zijn de zaken anders. “We denken nu andersom, ontwerpen grotere keteldiameters en bouwen de machines zo dat ze langzamer draaien - 10% minder snelheid, wat gelijk staat aan 20% minder energieverbruik,” zegt hij. “Dat komt omdat klanten hun aandacht richten op kilowattuur - een bijzonder gevoelig punt als het gaat om kosten.”
Hetzelfde geldt voor aandrijfconcepten waarbij er verschillende rendementsverliezen zijn. De directe aandrijving van GEA heeft het mogelijk gemaakt om deze verliezen tot een minimum te beperken. De concepten zijn tevens onderhoudsarm, ruimtebesparend en compatibel met grote motoren. In het verleden legden ingenieurs de nadruk op het product - hogere opbrengst, betere kwaliteit. Tegenwoordig zijn dergelijke factoren vaak achterhaald. “We kijken steeds meer naar hoeveel energie en water de machine verbruikt gedurende de hele levensduur,” zegt Mackel. Voorheen werd er bijvoorbeeld zeven seconden controlewater toegevoegd, maar nu is twee seconden voldoende. Als je alles bij elkaar optelt, maakt dit een groot verschil.
Natuurlijk tellen GEA’s eigen productieparameters ook mee. Het doel is hier om zo min mogelijk directe en indirecte energie te gebruiken en zo min mogelijk materialen te verbruiken tijdens de productie. Mackel plaatst dit in perspectief: “Maar wat we intern besparen is slechts een fractie van wat er later aan de klantzijde kan worden bespaard met een machinelevensduur van 20 tot 40 jaar.”
De koolstofvoetafdruk voor 150.000 machines
Energie, water en materiaal - deze specificaties moeten nauwkeurig worden gemeten en vastgelegd als onderdeel van het verbeteringsproces. Elk jaar wordt het aantal bepaald voor alle verkochte machines, ongeveer 150.000 in totaal. “We kennen de efficiëntieniveaus van de geïnstalleerde motoren, de toepassingsgebieden en de voorspelde bedrijfstijden,” legt Mackel uit. Van daaruit kan het aantal kilowattuur worden bepaald dat elke machine per jaar verbruikt. (Eén kilowattuur produceert tot 0,9 kg CO2, afhankelijk van het land en de regio.)
Natuurlijk is niet alle elektriciteit hetzelfde. Klanten die groene stroom gebruiken die is opgewekt uit waterkracht of windenergie zullen een aanzienlijk andere balans hebben dan klanten die fossiele brandstoffen gebruiken. De machine zelf kan ook worden getraceerd naar de afzonderlijke onderdelen voor recycling in de toekomst. “We denken in termen van grondstoffen in plaats van afval - in overeenstemming met het idee van de circulaire economie,” voegt Mackel toe. “De grote schalen op de scheiders kunnen tot wel 30 jaar in bedrijf blijven. Aan het einde van de levensduur van de machine worden ze omgesmolten en teruggevoerd in het proces.”
Om het energie- en waterverbruik in onze centrifuges te optimaliseren, zijn de respectieve kritieke punten onder de loep genomen en verbeterd.
Niets verspillen is het doel
Water is een van de kostbaarste hulpbronnen ter wereld en is ook nodig om centrifuges te laten werken. Het meeste water wordt verbruikt als koelwater - zowel voor de motor als voor het koelen en ter bescherming van het product tegen wrijvingswarmte - of als controlewater voor het ontladingsproces. Aangezien centrifuges vaak ontladen - soms om de twee tot drie minuten - kan er veel water worden bespaard. Waar vroeger zeven seconden controlewater moest worden toegevoegd, volstaan nu twee seconden - waarbij één seconde controlewater overeenkomt met ongeveer één liter water, zegt Jürgen Mackel. “We werken momenteel ook aan oplossingen om uit te zoeken hoe we het koelwater - dat is verwarmd van 20 tot 40 graden - elders in het proces kunnen gebruiken. Dat is gemiddeld meer dan 150 liter per uur. Vroeger kwam het water in het riool terecht, maar nu wordt het niet alleen gebruikt om handen te wassen - het is ook veilig om te drinken omdat we beschikken over gesloten systemen.”
Het energieverbruik van de centrifuge is net zo belangrijk. Hier zijn twee energiebesparende concepten ontwikkeld: EngySpeed, dat verwijst naar de afscheiders met een grotere diameter en een lagere snelheid, en EngyVac met een vacuüm tussen de ketel en de kap. Ongeacht of de machine kleiner is en snel draait of groter en langzamer draait, het klaringsgebied, de verwerkingscapaciteit en de scheidingsefficiëntie blijven hetzelfde met EngySpeed. “De snelheid heeft een grotere invloed op de wrijving dan de diameter,” legt Mackel uit. “De beproefde manier om energie te besparen is daarom de snelheid te verlagen tot een kwart van de waarde van kleine machines met hoge snelheid.”
Maar hoe snel betaalt de grotere keteldiameter zich terug in energiebesparing? In een typisch voorbeeld uit de zuivelsector, gebaseerd op een gemiddelde bedrijfstijd van 6.000 uur per jaar en een verwerkingscapaciteit van 25.000 l/u bij een geschatte elektriciteitsprijs van 30 ct/kWh, betaalt het grotere systeem zichzelf in 2,6 jaar terug via energiebesparingen. “Een groot voordeel ten opzichte van vacuümmachines is dat er geen extra voedingseenheid nodig is,” zegt Becker. “Met andere woorden, klanten krijgen een standaardmachine en een serviceconcept voor de grotere machine waarvan de kosten vergelijkbaar zijn met die voor de kleinere machine.” De grote machine met EngySpeed draait langzamer en heeft daardoor langere onderhoudsintervallen voor bepaalde assemblages. Dit is vooral belangrijk in de zuivelsector, waar er een contractuele verplichting is om melk te leveren.
In een typisch voorbeeld uit de zuivelsector, gebaseerd op een gemiddelde bedrijfstijd van 6.000 uur per jaar en een verwerkingscapaciteit van 25.000 l/u bij een geschatte elektriciteitsprijs van 30 ct/kWh, betaalt het grotere systeem zichzelf in 2,6 jaar terug via energiebesparingen.
EngyVac wordt meestal ingezet in de grootste productreeksen en centrifuges in het hogere vermogensbereik, waar het verlagen van de snelheid geen optie is. Hier is amortisatie vaak niet de doorslaggevende factor bij het investeren in duurzame apparatuur. Het voldoen aan wettelijke eisen om energie te besparen of duurzaamheidsdoelen te bereiken speelt vaak een grotere rol.
CIP - een secundaire rol met potentieel voor verbetering
Een ander idee is om reinigingsmedia, CIP-vloeistoffen, te zuiveren met een klaringsseparator - om vaste deeltjes te verwijderen zodat het medium opnieuw kan worden gebruikt. De productmanager weet uit ervaring: “Vooral in de zuivelsector hebben we gevallen waar elke dag tientallen tonnen CIP-vloeistoffen worden gedumpt”, zegt Becker. De GEA CIPClean Separator vermindert de impact op het milieu, verlaagt het waterverbruik en verlaagt de energie die nodig is om vers CIP-medium te verwerken. De gerecyclede CIP behoudt de restwarmte.
De kracht van snelheid en andere variabele parameters
Op een bepaald moment bereiken ontwerpers hun grenzen. Dit is waar intelligente automatiseringsoplossingen om de hoek komen kijken, zoals InsightPartner Separation. “Automatisering is de nieuwe sleutel tot besparing: Perfecte prestaties, wanneer het nodig is,” zegt Becker. “En proactieve service om voorspellende berekeningen te maken met maximale uptime.”
Daarnaast wordt het interessant om te kijken naar sensoren die gegevens verzamelen en helpen bij de besturing van centrifuges. “We vinden het leuk om nieuwe wegen in te slaan als het gaat om wat haalbaar is op het gebied van ontwerp. Dit maakt ons werk bij GEA zo boeiend,” zegt Becker. “Al meer dan 130 jaar denken we na over centrifuges en dat zullen we ook de komende 130 jaar blijven doen. En we blijven nieuwsgierig.”
Het spreekt voor zich dat niets aan het toeval wordt overgelaten bij GEA. “Het innovatiemanagement van het bedrijf cultiveert ook een innovatiegemeenschap”, voegt Mackel toe. “Bijdragen aan innovatie is de plicht van elke werknemer, en dat kan en moet leuk zijn.”
