Hoe een klep de manier waarop eten en drinken worden gemaakt opnieuw vormgeeft

Een klep zie je gemakkelijk over het hoofd. Toch is de manier waarop hij opent, sluit en zijn positie behoudt, bepalend voor de manier waarop een hele productielijn functioneert: hoeveel er wordt geproduceerd, hoeveel energie er wordt verbruikt en hoe schoon hij blijft. Dankzij een nieuwe toevoeging aan het kleppenportfolio van GEA kunnen producenten van voedingsmiddelen en dranken nog meer uit hun beschikbare ruimte, energie en apparatuur halen.

De manier waarop de wereld bier drinkt, verandert. De wereldwijde volumes zijn gestagneerd en blijven stabiel op ongeveer 1,9 miljard hl per jaar. Daarnaast wordt het aanbod dat een enkele brouwerij moet produceren, steeds breder, uiteenlopend van premiumstijlen tot het snelgroeiende segment van alcoholvrije en alcoholarme bieren. Op volwassen markten is de druk nog groter. Alleen de Europese productie daalde al van 367 miljoen hl in 2019 tot 345 miljoen in 2024, terwijl het aantal actieve brouwerijen is gestabiliseerd op ongeveer 9.700.

De uitdaging is overal om meer variatie uit de reeds bestaande ruimte te halen. Een groot deel van die flexibiliteit wordt verrassend genoeg diep in het proces bepaald: op klepniveau. De kleppen in voedingsmiddelen- en drankinstallaties leiden vloeistoffen door een netwerk van leidingen en tanks, regelen de doorstroming en zorgen ervoor dat producten en reinigingsvloeistoffen veilig van elkaar gescheiden blijven. Of een installatie nu bier, melk of yoghurt produceert, ze spelen een directe rol bij het waarborgen van een veilige, constante en efficiënte productie. Door de bediening van die kleppen te veranderen, verander je de mogelijkheden van het hele proces.

Kleppen met water bedienen

De kleppen in voedingsmiddelen- en drankinstallaties worden doorgaans met perslucht bediend. GEA Hydract® Actuation Technology stuurt kleppen daarentegen aan met water, in een gesloten, digitaal geregeld circuit. Het resultaat is een klep die precies op zijn plaats kan worden gehouden en in nauwkeurig afgestemde stappen kan worden aangestuurd. Dit leidt tot een lager energieverbruik en meer controle. In combinatie met realtime gegevens van elke klep en de flexibiliteit om bestaande tanks voor een breder scala aan eindproducten in te zetten, biedt deze oplossing producenten de mogelijkheden die ze nodig hebben om zich een weg door veranderende markten te banen.

Het idee is afkomstig van één ingenieur, Peter Espersen, die tegenwoordig Senior Director Business Development is bij de divisie Pure Flow Processing van GEA. Hij trekt een vergelijking met zware machines, waarbij hydraulische systemen olie gebruiken: “Traditionele hydraulica op basis van olie is een technologie die op brute kracht berust en die in wezen is ontworpen om enorme graafmachines te laten bewegen. Het draait om een hoge druk en een hoog debiet. Wat de voedselverwerking betrof, wist mijn team dat we alles zo klein mogelijk moesten maken, ook het hydraulische denken”.

Espersen legt het aan de hand van een eenvoudig voorbeeld uit: “Als je een fietspomp hebt en je steekt je vinger in het uiteinde en probeert erop te drukken, dan is die flexibel. Als je hem aan beide kanten met water vult, kun je er niets meer mee doen. Hij zit gewoon op slot”. Doordat water niet samendrukbaar is, blijft de klep op exact dezelfde positie in plaats van alleen maar te openen en te sluiten.

Het vergde echter jaren van stille, onopvallende ontwikkeling om aan te tonen dat dit op het niveau van een hygiënische klep kon werken. Tegenwoordig komt de positie van de zitting binnen 0,03 mm van het beoogde punt terecht en duurt een volledige regelcyclus een halve seconde.

Het GEA VARIVENT®-assortiment wordt steeds beter

GEA integreert deze technologie in zijn gevestigde assortiment GEA VARIVENT®-kleppen voor de productie van voedingsmiddelen en dranken, en begint daarbij met de meest gangbare kleptypen om van daaruit verder uit te breiden. Voor producenten betekent dit dat ze moeten overstappen op water-hydraulische aandrijving zonder over te schakelen op een apart kleppensysteem.

De uitrol begint daar waar de impact het meest direct is: drie van de meest gebruikte GEA VARIVENT®-kleptypen (afsluit-, verdeel- en mengbestendige toepassingen) dekken nu al het merendeel van de processen voor vloeibare voedingsmiddelen. Van daaruit is het de bedoeling om de hydraulische aandrijving uit te breiden naar het gehele GEA VARIVENT®-assortiment, waarbij de upgrade ook voor aseptische kleppen op de planning staat.

Waarom kleppen zo belangrijk zijn voor brouwerijen

De biermarkt krimpt en dat is voor brouwers aanleiding om hun assortiment te herzien. Sommige, zoals Krombacher, voegen totaal andere dranken aan hun assortiment toe. Andere, zoals Störtebeker, bieden tegenwoordig een breed assortiment aan alcoholarme en alcoholvrije bieren. Naast de toenemende variatie krijgen brouwers te maken met strengere duurzaamheidsdoelstellingen en aanhoudende druk op de bedrijfskosten. Om al die variatie efficiënt te produceren, is timing doorslaggevend: het moment waarop elk bier zijn definitieve vorm krijgt. Met een nauwkeurige klepregeling kan een brouwerij een klein aantal basisbieren aanhouden en deze vlak voor het bottelen tot de uiteindelijke varianten mengen. In de branche noemen we dit: late productdifferentiatie. Dit betekent dat er minder tanks gevuld en gereinigd hoeven te worden en dat er minder afgewerkt bier in opslag ligt.

Carlsberg: meer productvariatie, minder tanks

“Bij de Carlsberg-brouwerij in Fredericia, Denemarken, hebben ze de manier waarop bier van tank naar fles gaat herzien”, legt Bastian Tolle, Vice President Business Development and Digitalization, Business Unit Valves & Pumps, uit. “In de installatie worden nu enkele geconcentreerde basisbieren met water en andere ingrediënten gemengd terwijl ze naar de bottellijn stromen, waarbij de kleppen ervoor zorgen dat elk mengsel precies aan het recept voldoet”.

De verandering is terug te zien in het aantal tanks: Carlsberg had vroeger 39 biersoorten in 26 heldere biertanks. Ze bewaarden het bier voordat het werd verpakt, maar de tanks waren gemiddeld slechts voor 54% gevuld. De herontworpen productielijn produceert dezelfde soorten op basis van 8 tot 10 basisbieren in slechts 14 tanks, die voor 90% gevuld zijn. Dat betekent dat er veel minder tanks gereinigd hoeven te worden en dat de ruimte veel beter benut wordt. De reinigingskosten voor het kleinere aantal tanks zijn met ongeveer 55% gedaald en de brouwerij wint naar schatting 86 tot 160% aan bruikbare capaciteit zonder ook maar één vat toe te voegen.

“De tests van de hydraulische kleppen hebben onze verwachtingen overtroffen”, aldus Anders Kokholm, Brewery Director, Carlsberg Supply Company Denmark. “De precisie en betrouwbaarheid die met hydraulische kleppen worden behaald ten opzichte van perslucht, maken een geheel nieuwe benadering van een efficiënte bierproductie mogelijk. Ze leiden tot een fundamentele verandering in de manier waarop we in de toekomst bier kunnen brouwen”.

De strategische waarde volgt daarop. Minder tanks in gebruik betekent minder reinigingswerk en daarmee minder verbruik van water, energie en chemicaliën, waardoor de bedrijfskosten weer dalen terwijl de duurzaamheid toeneemt. De hogere initiële investering in hydraulische aandrijving verdient zichzelf doorgaans binnen vijf tot zes jaar terug, en zelfs nog sneller in greenfield-installaties waar nooit een persluchtnetwerk wordt aangelegd.

De energiebesparingen schieten omhoog wanneer de compressor naar de achtergrond verdwijnt

Door kleppen met water in plaats van perslucht te bedienen, daalt het elektriciteitsverbruik van Carlsberg met meer dan 90%. De reden is simpel: voor perslucht is een compressor nodig die de klok rond draait, terwijl het watersysteem slechts een paar minuten per dag een kleine pomp nodig heeft. Bij Carlsberg betekende dit dat een compressor van 250 kW werd vervangen door een motor van 2,2 kW (ongeveer het vermogen van een waterkoker) waardoor dagelijks zo’n 5.700 kWh werd bespaard. Na een jaar komt dat neer op ongeveer 2 miljoen kWh.

Elke klep is een bron van realtime gegevens

Nauwkeurigheid biedt nog een tweede voordeel. Omdat een hydraulische aandrijver zijn positie exact behoudt en die positie digitaal regelt, weet hij altijd waar hij zich bevindt en wat hij heeft gedaan. Elke beweging wordt geregistreerd, waardoor elke klep een bron van realtime gegevens over het proces en over zijn eigen toestand wordt. “We weten precies wat de klep op elk moment heeft gedaan en of het systeem wel of niet werkt”, aldus Espersen. “Het gaat om conditiebewaking van ons eigen product”. Dankzij dat inzicht kan een installatie slijtage aan afdichtingen detecteren voordat deze defect raken en onderhoud inplannen naar aanleiding van de daadwerkelijke toestand in plaats van een kalender. In een installatie waar veel verschillende producten worden gemaakt, helpt deze mate van transparantie operators om te anticiperen op onderhoud, wat leidt tot minder stilstandtijd in de productie.

Waarom kleppen van cruciaal belang zijn bij de zuivelverwerking

In de zuivelindustrie ligt het uitgangspunt anders. Melk is een hoogwaardige, bederfelijke en levende grondstof. Geen afval en een strakke procesregeling leiden voortdurend tot zorgen. Zuivelinstallaties hanteren strenge reinigingsprocedures en moeten voldoen aan hygiënenormen waar maar weinig andere voedingsmiddelenindustrieën aan voldoen. Dat betekent dat elke technologie die in het proces wordt geïntegreerd, haar plaats op het gebied van betrouwbaarheid en regeling moet verdienen.

“Dit is waar de digitale kant van hydraulische aandrijving het belangrijkst is”, aldus Frederik Wellendorph, Sales Director Hydract Technology bij GEA. “Omdat elke klepbeweging wordt geregistreerd, levert de technologie gegevens over de klepstand aan de bewakingssystemen van de installatie, waardoor de traceerbaarheid van het proces wordt verbeterd en operators continu inzicht krijgen in de werking van elke klep. Diezelfde gegevens vormen de basis voor onderhoud op basis van de technische toestand”.

Nauwkeurige regeling biedt meerwaarde. Door een klep precies op het instelpunt te houden, wordt een continue dosering en nauwkeurigere standaardisering van het eindproduct gewaarborgd. Het maakt ook late productdifferentiatie in bepaalde delen van het proces mogelijk, zoals het mengen van verschillende vetgraden bij de afvulmachine of het doseren van fruit in basisyoghurt. “In de zuivelindustrie worden deze verbeteringen meestal in specifieke delen van een installatie behaald en kunnen ze niet de hele productielijn hervormen, zoals dat in de brouwerij wel kan”. Maar we zijn actief aan het onderzoeken waar ze wel van toepassing zijn”.

Heroverwegen wat een installatie nodig heeft

Wat begon als een manier om een klep met minder energie te bedienen, leidde tot een bredere discussie over hoe een installatie wordt gebouwd en wat deze daadwerkelijk kan produceren. Van brouwerijen tot zuivelbedrijven: een eenvoudige overstap van lucht naar water in de kleptechnologie van GEA biedt klanten meer mogelijkheden en enorme kostenbesparingen, precies wanneer ze die het hardst nodig hebben.