Energie - MTU Report

Energie
Brauerei erzeugt mit MTU Onsite Energy-Brennstoffzelle
klimafreundlich Strom und Wärme
Braustoffzelle
Über eine Million Bierflaschen verlassen
die Bierbrauerei Erdinger täglich.
MTU Report 02/09 I 19
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«Bier zu brauen ist ein sehr energieintensives Geschäft.
Daher sind wir ständig auf der Suche nach Möglichkeiten,
Energie effizienter zu nutzen und uns unabhängiger von
fossilen Energieträgern zu machen.
»
Peter Liebert, Geschäftsführer Technik der Privatbrauerei Erdinger
Es klirrt, rattert und scheppert. Flaschen, soweit
das Auge sieht, große braune Flaschen. In einer
Halle, die größer ist als ein Fußballfeld, schießen sie wie Formel-1-Wagen über mehrstöckige
Förderbänder. Eigentlich gleicht es einem Wunder, dass kaum Scherben auf dem Boden liegen.
Über 85.000 Liter Bier werden hier in Spitzenzeiten pro Stunde abgefüllt. In der Luft liegt ein
malziger, würziger und leicht süßlicher aromatischer Duft. „Der typische Brauerei-Geruch“,
schwärmt Rainer Kansy. Seit sieben Jahren verantwortet er die Betriebstechnik bei Erdinger.
Sein vorrangiges Anliegen: Die Produktivität
ohne Kompromisse in der Qualität zu steigern,
dabei immer weniger Energie zu benötigen und
die Brauerei zudem unabhängiger von fossilen
Energieträgern zu machen.
Klimafreundliche Energie mit HotModule.
Ein großer Schritt auf diesem Weg ist die Anschaffung einer Brennstoffzelle der Marke MTU
Onsite Energy. Majestätisch steht sie in einem
extra für sie erbauten Glashaus. „Do drauf san
ma ganz sche stoiz“, so der Brauingenieur mit
typisch bayerischem Akzent. Aber was hat denn
Bier brauen, bei dem es in erster Linie auf die
richtige Zusammensetzung von Wasser, Gerste
und Hopfen ankommt, mit einer Brennstoffzelle
zu tun? Bei genauerem Hinsehen sehr viel. Denn
neben Bier gibt es in einer Brauerei noch eine
weitere Flüssigkeit, ohne die das Brauen gar
nicht möglich wäre: Wasser. Etwa 500.000 Kubikmeter werden jährlich für den Brauprozess
und für die Reinigung der Brauanlagen und
-geräte benötigt. Das entstehende Abwasser
wird in einer hauseigenen anaeroben Vorklärung
aufbereitet. Dabei entsteht Biogas, das sich mit
einem Methananteil von 85 Prozent hervorragend als Brenngas für eine Brennstoffzelle eignet. Diese wandelt die Energie des Gases in
einem elektrochemischen Prozess direkt in
Strom und Wärme um. Das Wirkungsprinzip
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MEMO
Malz, Hopfen, Wasser und Hefe – Weizenbier, das nach dem bayerischen Reinheitsgebot gebraut ist, enthält ausschließlich
diese Zutaten. Die bayerische Brauerei
Erdinger Weißbräu setzt da noch einen
drauf: Auch die Energie in der Brauerei
ist rein. Eine Brennstoffzelle der Marke
MTU Onsite Energy erzeugt so umweltfreundlich Strom und Wärme, dass dabei
keine gesundheitsschädlichen Emissionen
verursacht werden.
Funktionsweise des HotModules
Der elektrochemische Prozess im HotModule
beruht auf einer Reaktion von Wasserstoff und
Sauerstoff, die Strom und Wärme freisetzt. Methan (in diesem Fall aus Biogas) und Wasserdampf werden der Anode zugeführt. Hieraus
entsteht durch eine katalytische Reaktion Wasserstoff. Dieser reagiert anschließend mit den
Karbonationen des Elektrolyten zu Wasser und
Kohlendioxid. Dabei werden Elektronen auf der
Anodenseite freigesetzt und fließen über einen
Verbraucher (beispielsweise das öffentliche
Stromnetz) zur Kathode. Auf der Kathodenseite
reagieren Kohlendioxid und Luftsauerstoff mit
den aus der Anodenreaktion freigesetzten Elektronen zu Karbonationen. Diese wandern schließlich durch den Elektrolyten zur Anode. Damit
schließt sich der elektrochemische Kreislauf.
1 Mit einem HotModule der Marke MTU Onsite Energy erzeugt die Brauerei Erdinger klimafreundlich Strom und Wärme. 2 Bevor das Biogas in der Brennstoffzelle als Brennstoff
verwendet werden kann, muss es gereinigt werden. Denn es enthält zu viele schädliche Verunreinigungen, wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff, die die Brennstoffzelle zerstören
können. Hierzu liefert MTU Onsite Energy eine spezielle Biogasreinigungsanlage. 3 Hans Schey misst bei der Inbetriebnahme die Gaszusammensetzung in der Brennstoffzelle.
MTU Report 02/09 I 21
Energie
Das Sudhaus ist das Herzstück der Brauerei. Hier wird durch Maischen von Gersten- und Weizenmalz die Würze produziert.
Über Rohrleitungen fließt das Bier durch die Brauerei. Sie müssen regelmäßig gereinigt werden – mit
heißem Wasser, das mit der Abluft der Brennstoffzelle erhitzt wird.
ist denkbar einfach: Wasserstoff und Sauerstoff
reagieren auf elektrochemischem Wege miteinander und setzen elektrische und thermische
Energie frei. Dabei besticht das HotModule
durch seinen hohen elektrischen Wirkungsgrad
von fast 50 Prozent. Der Gesamtwirkungsgrad
der Anlage liegt sogar bei etwa 90 Prozent. Das
heißt: Von der eingesetzten Energie können bis
zu 90 Prozent als Strom und Wärme genutzt
werden. Das ist mehr als doppelt so viel als in
herkömmlichen Kohlekraftwerken. Auch beim
Thema Emissionen überzeugt die Brennstoffzelle. Die gesundheitsschädlichen Schadstoffemissionen sind vernachlässigbar gering. Stick- und
Schwefeloxide sind nicht nachweisbar und die
CO-Emissionen sind gegenüber motorischen
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen etwa um den
Faktor zehn geringer. Daher spricht man auch
nicht von Abgas, sondern von Abluft. Und in
dieser sieht Rainer Kansy nicht nur wegen der
geringen Schadstoffemissionen ein großes Plus.
Auch die Temperatur dieser Luft ist mit 400
Grad Celsius beeindruckend hoch. Erdinger
Weißbräu nutzt sie in einem Abluftwärmetauscher zum Heizen von Brauereigebäuden oder
zum Erhitzen von Wasser. Hier schließt sich der
Kreislauf. „Mit dieser Anlage können wir fast die
gesamte Energie wieder nutzen“, erklärt Rainer
Kansy und fasst den Prozess zusammen. „Bei
der Reinigung des Wassers entsteht Biogas.
Damit betreiben wir die Brennstoffzelle, mit der
wir Strom erzeugen und mit deren Abluft wir
einige Gebäude heizen und wieder neues Wasser erhitzen.“
Wie präsent Wasser überall in der Brauerei ist,
wird bei einem Gang durch die riesigen Hallen
deutlich. Nur ein Bruchteil wird für den eigentlichen Brauprozess benötigt. Mit dem Großteil
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der 500.000 Kubikmeter Wasser reinigt die
Brauerei alle Materialien, die mit dem Bier in
Berührung kommen. Denn gründliche Reinigung
und Desinfektion sind die obersten Gebote der
Erdinger Braumeister, denn bei der Qualität
gehen sie keinen Kompromiss ein.
Im Sudhaus entsteht die Würze des Bieres.
Der Brauprozess beginnt im Sudhaus, dem
Herzstück der Brauerei. Hier stehen riesige
Maischpfannen aus Edelstahl, die aussehen wie
auf dem Kopf stehende silberne Trichter. Was in
ihrem Inneren passiert, erkennt man nur durch
ein tellergroßes Bullauge: Gersten- und Weizenmalz werden gemaischt. Dabei entsteht Würze,
die im so genannten Abläuterbottich von den
Rainer Kansy ist seit sieben Jahren
Leiter Betriebstechnik der Brauerei
Erdinger Weißbräu. Sein ganzer Stolz
ist die Brennstoffzelle der Marke
MTU Onsite Energy.
MEMO
Zurückgeschaut Bereits 1988 begann am Standort Ottobrunn bei München die
Forschung an Hochtemperatur-Brennstoffzellen des Typs MCFC, bei dem der Ionenaustausch zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in einer geschmolzenen Karbonatmasse
aus Kalium und Lithium stattfindet – dem Elektrolyt. Seit 1997 beweist das HotModule
als dezentrale Energieversorgung täglich seine Praxistauglichkeit, hocheffizient und
emissionsfrei. Heute werden von MTU Onsite Energy Fuel Cell Systems Leistungen von
rund 250 und 350 Kilowatt elektrisch und 170 beziehungsweise 250 Kilowatt ther misch realisiert. Dieses Angebot soll auf Basis standardisierter Baugruppen künftig auf
Systeme im Leistungsbereich von 250 Kilowatt bis zwei Megawatt ausgedehnt werden.
Deutsches Bier – der REINE Genuss
In Deutschland ist mittlerweile seit über 800 Jahren das Bier
brauen gesetzlich geregelt. Im Jahr 1165 wurde erstmals eine
Strafe für den Ausschank von „schlechtem“ Bier erlassen. Über
300 Jahre später, im Jahr 1487, erließ Herzog Albrecht IV. eine
Verordnung, die zunächst nur für den Raum München galt und
die den Bierpreis einheitlich regelte: „Die Maß Winterbier solle
ein Pfennig, die Maß Sommerbier zwei Pfennige kosten“. Weiterhin hatte jeder Brauer einen so genannten Brau-Eid zu leisten,
wonach er zum Brauen von Bier nur Gerste, Hopfen und Wasser
und keinerlei andere Zutaten verwenden durfte. 1493 erging
von Herzog Georg dem Reichen von Bayern-Landshut ein Erlass,
der 1516 auf ganz Bayern ausgedehnt wurde. Dieser ist bekannt
als das Bayerische Reinheitsgebot. Wie der Brau-Eid schreibt er
den Brauern vor, dass keinem Bier etwas anderes zugesetzt
werden darf als Gerste, Hopfen und Wasser. Bis heute sind die
Vorschriften des Reinheitsgebotes mit geringfügigen Änderungen im Deutschen Biersteuergesetz enthalten.
Energie
«Eine Brauerei ist ein ideales
»
Einsatzgebiet für eine Brennstoffzelle.
Rainer Kansy, Hauptabteilungsleiter Betriebstechnik
bei Erdinger Weißbräu
Strahlend rot sind die Bierkisten erst wieder nach der Reinigung mit heißem Wasser.
1 2.000 Kästen Bier werden jede Stunde gefüllt. 2 Bevor die Kisten in den Handel gelangen, werden sie mit heißem Wasser gereinigt. 3 In einem mit der 400 Grad heißen Abluft
der Brennstoffzelle exakt klimatisierten Hochregallager lagern gleichzeitig bis zu 15 Millionen Flaschen Erdinger Weißbier.
Spelzen des Malzes getrennt und in die
Würzpfanne weitergeleitet wird. Hier wird sie
zusammen mit Hopfen gekocht und zur Würze
eingedampft. Die Würze wird dann zum EiweißAbscheiden in einen Setzbottich gegeben. Von
dort aus fließt sie direkt in den Gärkeller. Das
alles beherrschende Element bei diesem Prozess: Wasser und Wasserdampf. Mit heißem
Wasserdampf wird die richtige Temperatur zum
Kochen der Maische erzeugt. Und die Maischpfannen müssen regelmäßig gereinigt werden –
mit heißem Wasser.
Aus gelöstem Malzzucker wird Bier.
Ein paar Meter weiter ist der Gärkeller. Ihn darf
nur betreten, wer sich zuvor die Schuhe auf
einer mit Desinfektionsmittel getränkten Schuhmatte gesäubert hat. Der Fußboden ist blassgelb, alles ist steril, auffällig ist nur der starke
Biergeruch. Zu sehen sind lediglich die Öffnungen der liegenden Gärtanks. In diesen verwandelt die obergärige Hefe den Malzzucker der
Stammwürze in rund einer Woche zu Alkohol
und Gärungskohlensäure. Nachdem das Bier in
einem weiteren Schritt im Filterkeller von allen
unedlen Trübstoffen befreit worden ist, fließt es
über Rohrleitungen zur Abfüllanlage. Nicht nur
das klassische Erdinger Weißbier macht sich auf
diesen Weg, sondern auch die Sorten Erdinger
Alkoholfrei, Erdinger Dunkel, Erdinger Kristall,
Erdinger Pikantus, Erdinger Leicht, Erdinger
Schneeweiße, Erdinger Urweiße und Erdinger
Champ. All diese Sorten werden nicht zeitgleich, sondern je nach Bedarf nacheinander
gebraut. Und was ist nach jedem Wechsel der
Biersorte obligatorisch? Die Reinigung der Tanks
und der Leitungen mit heißem Wasser – erhitzt
mit der Abluft der Brennstoffzelle.
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HotModule temperiert Hochregallager.
In der Abfüllanlage geht es laut und vor allem
schnell zu. Flaschen, überall Flaschen. Sie werden gereinigt, unter Gegendruck gefüllt, verschlossen, verkorkt, etikettiert und in Kästen
verpackt. Bis zu 150.000 Flaschen Bier verlassen stündlich die Halle. Über eine unterirdische
Verbindung werden sie in das Hochregallager
gefahren, in dem das Bier drei bis vier Wochen
reift. Denn vor der Abfüllung ist den Flaschen
noch frische Würze und Reinzuchthefe zugeführt
worden. Im Hochregallager reift das Weißbier in
den Flaschen ähnlich dem Champagner-Verfahren und entwickelt seinen charakteristischen
Geschmack. Die Temperatur dort ist exakt festgelegt. „15 bis 20 Grad Celsius“, einen genaueren Wert möchte der Leiter Betriebstechnik
nicht nennen. „Brauereigeheimnis“, erklärt er
mit einem schelmischen Grinsen. Und er fügt
hinzu, dass auch hier wieder die Brennstoffzelle
ins Spiel kommt. „Die Wärmeenergie der Brennstoffzelle gelangt in einen Wärmespeicher und
wir können sie je nach Bedarf für die Erwärmung des Wassers oder eben zum Temperieren
unseres Hochregallagers nutzen.”
Beim Bier brauen kommt es also nicht nur auf
die richtige Zusammensetzung von Wasser,
Hopfen und Gerste an. Energieeffizienz ist auch
hier ein wichtiges Schlagwort – und da kommt
die Brennstoffzelle ins Spiel.
Lucie Dammann
Ihre Fragen beantwortet:
René Meise
[email protected]
Tel. +49 89 2030042-669
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