26.06.2014, 09:35 Uhr | 0 |

Futtermittel energieeffizient herstellen Lernendes Computersystem unterstützt beim Energiesparen

Der Armvoll Heu für das liebe Vieh war gestern: Heute landet genau abgestimmtes und abgemessenes Mischfutter, handlich gepresst in Pellets, im Trog. Der Herstellungsprozess erfordert Fingerspitzengefühl und jede Menge Energie. Hier setzt das Forschungsprojekt „Fu2-Experte“ der Universität Bremen an: Es soll aus der Erfahrung der Mitarbeiter lernen und Empfehlungen für eine energieeffiziente Produktion geben. 

Kühe im Stall
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Kühe im Stall: Bei der Nutztierhaltung in der Landwirtschaft steht heute kein Heu mehr auf dem Speiseplan, sondern Mischfutter – pro Tier eine genau abgestimmte Menge. 

Foto: Kerstin Steinke/TUM

Nutztierhaltung in der Landwirtschaft hat schon längst nichts mehr mit der kleinen Herde zu tun, deren Mitglieder der Bauer noch persönlich kannte. In die Ställe hat inzwischen flächendeckend Hightech Einzug gehalten. Wo früher ein Armvoll Heu auf dem Speiseplan stand, gibt es heute pro Tier eine genau abgestimmte Menge eines bestimmten Futters. Dessen Zusammensetzung muss hinsichtlich den Anteilen von Fetten, Proteinen und Spurenelementen zuverlässig gleich bleiben. Das Problem: Die Rohstoffe sind je nach Marktlage und Jahreszeit preislichen Schwankungen unterworfen. Das Futter muss aber so günstig wie möglich sein: Der Kostendruck auf dem Markt für Fleisch- und Milchprodukte wächst weiter.

Jährlich rund eine Milliarde Kilowattstunden Energie benötigt

Fast 23 Millionen Tonnen Tierfutter in den unterschiedlichsten Sorten wurden 2011 in Deutschland hergestellt, 44 Prozent davon Schweinefutter, 29 Prozent Rinderfutter und 25 Prozent Geflügelfutter. Dafür wurden je nach Verarbeitungsstufe zwischen 15 und 80 Kilowattstunden Energie pro Tonne benötigt. Pro Jahr fließen damit grob geschätzt eine Milliarde Kilowattstunden in die Futtermittelproduktion – viel Raum für Einsparmöglichkeiten, fanden Forscher des Instituts für integrierte Produktentwicklung der Universität Bremen. Gemeinsam mit dem niedersächsischen Unternehmen Austing Mischfutterwerk GmbH & Co. KG starteten sie das Projekt „Fu2-Experte“, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird. Mit dem rechnergestützten Expertensystem wollen sie die Erfahrung der Mitarbeiter nutzen und die Energieströme bilanzieren und optimieren. Das System soll die Verhältnisse zwischen Rohstoffen, Prozessführung und Produktqualität erkennen und den Mitarbeitern durch Empfehlungen bei der Prozesssteuerung helfen.

Die meiste Energie fließt in die Pelletierung

Für das Projekt nahmen die Forscher zunächst den Herstellungsprozess unter die Lupe. Dabei stellten sie fest, dass mehr als 60 Prozent der benötigten Energie in die Pelletierung und Kühlung des Futters fließt. Knapp 30 Prozent werden für das Mahlen und Mischen verwendet. Der Rest verteilt sich auf Verladung, Druckluft und Annahme der Rohstoffe. Oft setzen die Hersteller gerade bei der Pelletierung des fertig gemischten Futters sogar mehr Energie als eigentlich nötig ein, um bei der schwankenden Zusammensetzung des Futters trotzdem auf „Nummer sicher“ bei der Qualität zu gehen.

Das beteiligte Mischfutterwerk trennt die bis zu 18 Komponenten wie Getreide, Soja- oder Rapsschrot mit Rüttelsieben nach feinen und groben Rohstoffen. Die groben Bestandteile werden zerkleinert, bevor Fette und Säuren und Melasse hinzugefügt werden. Damit ist das zu dem Zeitpunkt mehlige Futter fertig angemischt: Für Legehennen zum Beispiel wird es in genau dieser Form verwendet. Für viele andere Tierarten muss es zu Pellets gepresst werden. Dafür wird die Masse mit Sattdampf auf etwa 80 Grad Celsius erhitzt. Wie hoch die Temperatur ist, hängt ebenso wie die Länge der Presskanäle bei der Pelletierung  von der genauen Zusammensetzung des Futters ab – und die schwankt je nach Verfügbarkeit und Marktlage. Ähnliches trifft auch auf andere Produktionsschritte wie die Siebgröße und die Drehzahl bei der Vermahlung zu, allerdings sind diese Schritte nicht ganz so energieintensiv. Zudem müssen einige Maschinen auf die Feuchte und die Korngröße der Rohware angepasst werden.

Mitarbeiter haben die Dosierung buchstäblich „im Griff“

Wie die meisten Futtermittelhersteller setzt auch der Projektpartner der Bremer Forscher sehr stark auf das Expertenwissen seiner Mitarbeiter, die teilweise mit einem einzigen Griff in die Masse feststellen können, was für die Fertigstellung notwendig ist. Sobald diese Experten aber einmal ausfallen, wird es schwierig; ein vorsichtshalber überhöhter Energieeinsatz ist oft die Folge, möglicherweise auch ein Abfall der Qualität. 

Das Projekt Fu2-Experte soll diesen möglichen Wissensverlust auffangen und den Herstellern bei der Steuerung helfen. Um das zu erreichen, installierten die Forscher zunächst umfangreiche Messgeräte, um Daten zu Ernergieflüssen und Produktionsparametern zu erhalten. Zudem überwacht ein Nah-Infrarot-System die Warenannahme und erfasst Feuchte, Protein-, Stärke-, Rohfaser- und Fettgehalt der Eingangsprodukte. Weitere Geräte in der Produktion überwachen unter anderem die Zugabe von Sattdampf in der Produktion, die von der Eingangsfeuchte des zerkleinerten Eingangsmaterials abhängt. Dessen Korngrößte registriert ein photooptisches Partikelanalysegerät, zudem werden Proben genommen.

Das System lernt aus bisherigen Abläufen

Alle diese Informationen sind wichtig, um die optimalen Einstellungen für die Pelletierung zu ermitteln: Auf Basis der gesammelten Informationen und der Rezepturen schlägt das System die Anpassung der Maschinen an die Rohstoffe vor und optimiert Dampf- und Energieeintrag. Außerdem werden Leerlaufphasen zwischen einzelnen Chargen minimiert und der Verschleiß an den Maschinen durch falsche Einstellung verhindert. Um dieses leisten zu können, „lernt“ das System zuvor aus dem bisherigen Vorgehen der Mitarbeiter und bezieht auch Ergebnisse aus Versuchsreihen mittels eines einfachen Regelwerkes ein. Dabei ist es imstande, auch ungenaue Angaben wie „ein bisschen“ oder „geringfügig“ zu verwerten und zu konkretisieren. 

Inzwischen liegen die ersten Ergebnisse der Arbeit mit Fu2-Experte vor. Tatsächlich verbesserte sich die Effizienz in den Bereichen Vermahlen und Pressen. Außerdem führte die Arbeit mit dem System dazu, dass sich die Mitarbeiter verstärkt mit dem Thema „Energieeffizienz“ auseinandersetzten und ein Bewusstsein hierfür entwickelten. Zudem wurden die Auswirkungen von Veränderungen im Prozessablauf deutlicher.

Auch anwendbar in anderen Bereichen

Diese Erkenntnisse sind nicht nur im Bereich der Futtermittelherstellung interessant. Auch in anderen Bereichen hat Fu2-Experte seine Berechtigung – zum Beispiel in Kaffeeröstereien, wo Kaffeebohnen auf über 200 Grad erhitzt und anschließend sofort wieder heruntergekühlt werden, oder in Mälzereien, in denen extrem viel von den Eingangs- und Prozessparametern wie Feuchtegehalt, Keim- und Darrtemperatur abhängt und die extrem viel Energie benötigen. 

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Von Judith Bexten
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