Hoe maken we een koelsysteem voor vriesdrogen
met een GWP van 1?
29 Nov 2021
In het verleden werden industriële koelmiddelen verbeterd om afbreking van de ozonlaag te voorkomen, maar ze kunnen nog steeds enorm bijdragen aan de opwarming van de aarde.
Aangezien de beschikbaarheid van de koelmiddelen die momenteel voor farmaceutische vriesdroogtoepassingen wordt gebruikt, al klein is, en ze tegen 2030 wellicht zelfs helemaal van de markt zijn verdwenen, is GEA Pharma & Healthcare op zoek gegaan naar alternatieve koeloplossingen met lage temperatuur die natuurlijke koelmiddelen in commerciële vriesdroogtoepassingen gebruiken.
Industrieel vriesdrogen
Vriesdrogen wordt al ruim 50 jaar in de levenswetenschappelijke industrieën gebruikt, vanaf de eerste toepassingen in de stabilisatie van bloedplasma. Sinds die tijd is de vriesdroger, of lyofilisator, ontwikkeld van een eenvoudig apparaat voor vacuümdrogen op een lage temperatuur tot een zeer verfijnd en geïntegreerd systeem. De huidige opties combineren een aantal processen om ervoor te zorgen dat een product op een consistente wijze wordt geleverd volgens technische en biologische specificaties, terwijl ook wordt voldaan aan economische, veiligheids- en milieuzaken.
Vriesdrogen is een dehydratatieproces dat gewoonlijk wordt gebruikt om bederfelijke producten houdbaar te maken of om ze meer geschikt te maken voor transport of opslag. Vriesdrogen werkt door het materiaal in te vriezen en vervolgens de omringende druk te verlagen, waardoor het bevroren water in het product rechtstreeks sublimeert van vaste fase naar gas. Het gebruik van koelmiddelen is fundamenteel voor de gehele procedure.
GEA biedt verschillende opties voor de invoering van een koelsysteem voor vriesdrogers, ofwel mechanisch of cryogeen, dat specifiek kan worden aangepast aan de individuele proces- en productvereisten. De twee belangrijkste overwegingen bij het selecteren van een geschikte oplossing voor vriesdroogprocessen zijn de temperatuur van de koeling en het koelvermogen.
Naarmate conventionele synthetische koelmiddelen steeds minder gebruikelijk worden en steeds strengere wetten het gebruik van chemicaliën met een hoog Global Warming Potential (GWP) verbieden, volgens de Montreal- en Kyoto-protocollen, wordt het investeren in een compressorcascade (meerfasige thermodynamische cyclus) die natuurlijke koelmiddelen gebruikt, steeds pragmatischer. Daarom werden alle GEA-koeleenheden voor vriesdroogtoepassingen ontworpen om te werken met natuurlijke koelmiddelen, om te voorzien in vele verschillende proces- en productvereisten.
Een van de weinige bruikbare verbindingen is ethaan (C2H6). Ethaan heeft een zeer laag kookpunt (–88,5°C) en is daarom compatibel met cascadekoelsystemen. In een indirecte, oliegekoelde ijscondensor van silicone kunnen bijvoorbeeld temperaturen van minder dan –80°C worden behaald. Het nadeel is echter dat sommige natuurlijke koelmiddelen, zoals ethaan, explosief zijn en met extra zorg moeten worden behandeld om te voldoen aan de ATEX-richtlijn. Ondernemingen als GEA hebben echter de ervaring en expertise die nodig zijn om deze systemen zo veilig mogelijk te maken. Voor de bescherming van zowel product als operator, heeft GEA een containment-faciliteit rondom elke cascade gemaakt die met explosieve koelmiddelen werkt, en alle vereiste veiligheidsmaatregelen getroffen om ervoor te zorgen dat een dergelijk systeem klaar is voor gebruik in een standaard farmaceutische omgeving.
GEA heeft nu een innovatief luchtcirculatiesysteem voor vriesdrogers ontwikkeld waarin bovendien koeling met koolstofdioxide (CO2) is verwerkt. Het LYOAIR®-systeem, waarvan is aangetoond dat het een hoge doorvoercapaciteit heeft en uitermate betrouwbaar is, kan worden bediend zonder speciale ATEX-apparatuur en geïnstalleerd in een niet-ATEX-gecertificeerde ruimte.
Waarom is een GWP van 1 zo belangrijk?
GEA CO2-boostersystemen kunnen temperaturen behalen van wel –50°C en zijn geschikt voor vele verschillende vriestoepassingen. Het LYOAIR®-koelsysteem gebruikt natuurlijke koelmiddelen en heeft een GWP van 1. Waarom is dat belangrijk? De GWP-schaal werd ontwikkeld om de impact van verschillende gassen op de opwarming van de aarde te kunnen vergelijken. Meer specifiek is het een maateenheid van hoeveel energie de emissie van 1 ton van een gas tijdens een bepaalde periode kan worden opgenomen in vergelijking met de emissie van 1 ton CO2. Hoe hoger de GWP, hoe meer het betreffende gas de aarde opwarmt. Lager is dus altijd beter en 1 kan niet beter.
Kort samengevat gebruikt de GEA LYOAIR® natuurlijke koelmiddelen die voldoen aan de voorschriften voor gefluoreerde broeikasgassen van 2015 en geniet hij van de integratie van uiterst efficiënte en economische compressors van derden. De combinatie van een luchtcirculatiesysteem met een CO2-booster biedt een lager energieverbruik voor vriesdrogers dan met een regulair luchtcirculatiesysteem. Tot de grote voordelen behoren ook de eliminatie van explosieve of giftige natuurlijke gassen, minder trillingen, stillere werking en geen GWP. Bovendien is hij eenvoudig te onderhouden en aanmerkelijk minder duur in het gebruik dan de vloeibare-stikstofalternatieven.
