Anlässlich der drinktec 2017 stellt der Technologiekonzern GEA sein Konzept „Brewery 4.0“ für die Brauindustrie der Zukunft zur Diskussion. Wegweisend ist darin die Verbindung von Bierproduktion – mit kontinuierlichem Aufbereiten der Maische und Trennen im Doppeldekanter, einem beschleunigten Gär- und Lagerprozess sowie der Qualitätssicherung – mit einer Just-in-time-Produktionstechnologie und den Potenzialen aus der Digitalisierung. In Summe können sich Kunden mit Brewery 4.0 für den Wettbewerb der kommende Jahre rüsten und eine größtmögliche Flexibilität entlang der Lieferkette erreichen. Gleichzeitig berücksichtigt GEA Nachhaltigkeitsaspekte, die sowohl die Ausbeute als auch den Energie- und Platzbedarf der Anlagen betreffen.

Was braucht der Kunde, was muss die Technik können

Für Brewery 4.0 hat GEA in den vergangenen Jahren diverse Forschungs- und Entwicklungsprojekte initiiert und konzernweit weitergedacht. Im Zentrum stehen die Anforderungen einer Industrie, bei der nur die kreativsten Köpfe im Wettbewerb bestehen können. Entsprechend der Kundenanfragen und Forschungsergebnisse kristallisierten sich folgenden Branchenbedürfnisse heraus: hochwertige Produkte bei absolut zuverlässiger, sicherer Technologie, Flexibilität gegenüber Nachfrageschwankungen, Lieferfähigkeit, Verbesserung der eigenen Produktivität bei immer geringeren Betriebskosten und einer nachhaltigen Ökobilanz. Andreas Holleber, der das Brauereigeschäft von GEA leitet, lädt Branchenvertreter zur Diskussion auf der drinktec 2017 ein: „Mit Brewery 4.0 zeichnen wir die Zukunft der Brauindustrie für die nächsten zehn Jahre. Deshalb ist es uns wichtig, mit Praxis und Wissenschaft die Anforderungen für die Bierproduktion zu diskutieren, um unser Konzept zu validieren.“ 

Vom Batch-Sudhaus zur kontinuierlichen Würzeproduktion

GEA geht davon aus, dass sich die Bierproduktion im Mainstream-Segment der Großbrauereien in den nächsten Jahren immer mehr dem kontinuierlichen oder semi-kontinuierlichen Brauen zuwendet. Als per se kontinuierliches Verfahren zum Trennen der Maische werden zwei Dekanter eingesetzt, die insbesondere Rohstoffe ohne Spelzen wirkungsvoll separieren. Was für den europäischen Verbraucher ungewöhnlich ist, ist in anderen Teilen der Welt gang und gäbe: So wird Bier in Asien, Afrika und Südamerika unter anderem aus Reis, Mais und Hirse oder stärkehaltigen Wurzeln wie Maniok oder Cassava gewonnen. Selbst für Malzrohstoffe eröffnet das zweistufige Dekanterverfahren wesentliche Vorteile in puncto Nachhaltigkeit: Bei gleicher Kapazität sind mehr Sude möglich, die Spitzenlast in der Dampfversorgung wäre geringer und deshalb ein kleinerer Dampfkessel nötig. Dieser würde konstant bei optimalem Wirkungsgrad arbeiten und somit weniger Primärenergie verbrauchen. Am Konzept für ein kontinuierliches Sudhaus, in dem aber auch Sortenwechsel realisierbar sind, arbeiten die GEA Experten seit mehreren Jahren. Ihre Betriebserfahrungen aus realisierten Projekten gehen in das Brewery-4.0-Konzept ein. Auf der drinktec 2017 wird GEA ein hocheffizientes Maischsystem und auch ein Würzeausdampfsystem als Element einer semi-kontinuierlichen Prozessvariante zeigen.

Effiziente und energiesparende Hopfenisomerisierung

Weiterer Bestandteil des Prozesses ist die Isomerisierung des Hopfens. Für den energieintensivsten Teil der Sudhausarbeit hat GEA bereits eine Innovation patentiert: Mittels der HOPSTAR™ Iso-Technologie wird dieser Prozess parallel zum Würzekochen durchgeführt. Weil der Hopfen mechanisch vorbehandelt und höher erhitzt werden kann, beschleunigt sich die Umwandlung der Alpha-Säuren in die angenehme Bittere der Iso-Alpha-Säuren. Nach der Reaktion im HOPSTAR™ Iso wird die isomerisierte Lösung abgekühlt und je nach Rezept zur Würze dosiert. Im geschlossenen Kreislauf bleiben Hopfenöle erhalten, die einen wertvollen Beitrag zum Geschmackseindruck des fertigen Bieres leisten. Schließlich steigern das optimierte Prozessdesign und die höheren Temperaturen die Hopfenausbeute um 15 bis zu 30 Prozent. Darüber hinaus reduziert diese Technologie die Gesamtverdampfung in der Würzepfanne und damit den Primärenergieaufwand im Sudhaus maßgeblich: In Zusammenwirkung mit dem Gegenstromstripping kann die Gesamtverdampfung von derzeit meist vier Prozent auf unter einen Produzent gesenkt werden.

Energiemanagement GEA ESS 4.0

Für den kontinuierlichen Würzebehandlungsprozess haben die GEA Ingenieure das smarte Energiespeichersystem GEA ESS 4.0 entwickelt, das die Energie zwischen Würzekühlung und Würzeerhitzung rückgewinnt. Neu ist: Aufgrund des kontinuierlichen Prozessablaufs kommt es ganz ohne ein Speichermedium aus – eine einfache wie smarte Lösung. 

Schnelle Gärung mit kontinuierlichem Verfahren

Das Konzept Brewery 4.0 erwartet, dass sich sowohl Fermentation als auch Reifung des Bieres in Zukunft noch mehr beschleunigen. Bereits heute können mit kontinuierlichen Gärverfahren Prozesszeiten von vier Tagen und weniger erreicht werden. Auch für Brauereien mit einer großen Sortenvielfalt im Gärkeller sollten bei der klassischen Tankgärung und Reifung durch geeignete Prozesstechniken und Hefestämme deutlich verkürzte Belegzeiten ohne Qualitätseinbußen realisierbar sein. „Dann reichen die bisher wichtigsten Qualitätssensoren für gelungenes Bier – Gaumen und Nase des Brauers – allerdings nicht mehr aus. Wir müssten in diesem Fall also viel mehr Messtechnik und Laborauswertungen einplanen“, gibt Vordenker Dr. Rudolf Michel, Leiter der Entwicklungsabteilung für Getränke- und Bierherstellung bei GEA, mit auf den Weg.

Produktionsplanung just-in-time

Insbesondere für Großbrauereien wird immer wichtiger, ihre Lieferplanungen mit der Produktionsauslastung abzustimmen. Für eine exakte Taktung kombiniert GEA deshalb eine beschleunigte Gärung, die durch Mischtechnik unterstützt wird, mit der Kanban-Methode (japanisch für „Beleg“). Ursprünglich für die japanische Automobilwirtschaft entwickelt, steuert das Prinzip Produktionsprozesse, indem Materialien am tatsächlichen Verbrauch am Bereitstell- und Verbrauchsort gemessen werden. Ziel ist es, kapitalbindende und unflexible lokale Bestände an Vorprodukten einer Produktion durch minimierte Puffer im Drucktankkeller und Vollgutlager zu reduzieren. Gleichzeitig aber muss das Supermarktregal immer ausreichend gefüllt sein. Damit GEA Kunden bei einer größtmöglichen Flexibilität jederzeit lieferfähig sind, werden kurz vor der Abfüllung die erforderlichen Spezifikationen im Endprodukt eingestellt. 

Digitalisierung: aus Big Data mach Smart Data

In einem aktuellen Entwicklungsprojekt entwirft GEA den Umgang mit Big Data im Sinne von Brewery 4.0 entlang der Lieferkette – vom Rohstoff zum Brauen der Würzen bis hin zum fertigen Produkt und der Just-in-time-Auslieferung. „Durch die Digitalisierung der Prozessschritte stehen Brauern immer größere Datenmengen zur Verfügung, in Zukunft auch chargenübergreifend. Diese müssen wir sinnvoll verdichten und in automatische Handlungsaufforderungen umsetzen. Für unsere Kunden können wir beispielsweise durch mittel- bis langfristige Trendanalysen die Anlageneffizienz und -verfügbarkeit erhöhen“, sagt Dr. Rudolf Michel zu den Hintergründen. „Wir wollen frühzeitig die Vorteile einer IT-gestützten Brauumgebung definieren, um die Prozessleitebene der Produktionstechnologie an die Betriebsebene mit Lager-, Liefer- und Bestellwesen anzubinden.“ Diese Daten sind für betriebswirtschaftliche Abläufe ebenso unerlässlich wie für GEA Service-Angebote wie das Predictive Maintenance. Zu den nächsten Schritten sagt er: „Die Kunst ist, Big Data sinnvoll zu qualifizieren und in konkrete Aktionen für die Produktion umzuformen. Hier suchen wir derzeit Kooperationspartner für unser Entwicklungsteam.“

Warum entwirft GEA eine Vision vom Brauen der Zukunft?

Jahrzehntelange Felderfahrung, die intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit innerhalb des Konzerns und die enge Kooperation mit den Kunden befähigen die GEA Experten, Bewährtes zu hinterfragen, weiterzuentwickeln und Standards im Brauereiwesen zu setzen. Brewery 4.0 umfasst deshalb zum einen aktuelle GEA Innovationen, die bereits heute umsetzbar sind. Zum anderen finden sich Ideen zur Technologie von morgen wieder. Die Namensgebung weist auf die Vernetzung von IT- und Fertigungsinfrastruktur hin, die innerhalb des Industrie-4.0-Konzepts seit einigen Jahren debattiert wird. Brewery 4.0 ist also eine logische Konsequenz für GEA als Technologieführer, der diese Position bewahren möchte. „Unsere Kunden müssen im harten Wettbewerb bestehen, deshalb setzen wir für sie all unsere Erfahrung und unseren Mut ein, neue Wege zu gehen. Wir werden in unserem Fach nicht nur interdisziplinärer. Wir helfen auch unseren Kunden, Potenziale entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu generieren“, fasst Andreas Holleber zusammen.

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