Projekt 32590/01

Nachhaltige Produktion hoch feststoffhaltiger Wandfarben durch Umstellung von absatzweiser auf kontinuierliche Fertigung

Projektdurchführung

AURO Pflanzenchemie AG
Alte Frankfurter Str. 211
38122 Braunschweig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Forschungsprojektes war die Verbesserung der Herstellung einer Dispersionsfarbe durch nachhaltige, kontinuierliche Fertigung unter ökologischen, ökonomischen und sozialverträglichen Schwerpunkten. Es konnte zum Abschluss des Projektes nachgewiesen werden, dass diese Umstellung erfolgreich durchgeführt werden kann, wenn bestimmte Rohstoff- und Produktparameter in das finale Design einer kontinuierlichen Produktionsanlage einfließen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Forschungsprojekt wurde in folgende neun Arbeitspakete unterteilt:

AP1: Analyse des derzeitigen Prozesses, Konsolidierung der Datenbasis
AP2: Konzeption des kontinuierlichen Fertigungsprozesses, Rezepturadaption
AP3: Beschaffung, Aufbau und Inbetriebnahme der Laboranlage
AP4: Ausarbeitung einer qualitätssichernden, kontinuierlichen Prozessführung
AP5: Experimentelle Ausarbeitung und Untersuchung des Neuverfahrens
AP6: Ausarbeitung von Produktwechsel- und Reinigungsstrategien
AP7: Pilotanlage zur Absicherung besonders kritischer Prozessschritte
AP8: Design der Produktionsanlage
AP9: Vergleichende ökonomische, ökologische und soziale Bewertung des (neuen) Produktionsverfahren

Dispersionsfarben sind wesentliche Produkte im Portfolio der AURO AG. Das Unternehmen kann sowohl im Bereich der absatzweisen als auch der kontinuierlichen Fertigung auf umfangreiche Erfahrungen zurückgreifen. Das ICTV als Kooperationspartner hat im Bereich der Grundlagenforschung für kon-tinuierliche Verfahrenstechniken fundierte Forschungsergebnisse vorzuweisen als Basis für die erfolgreiche Durchführung des Projektes. Die Dosierung von Feststoffen (Pigmente, Füllstoffe) stellte dabei die größte Herausforderung dar.



Ergebnisse und Diskussion

Werten wir alle im Projektverlauf betrachteten Ergebnisse und Ziele, so war das Projekt in jeder Hinsicht erfolgreich. Für AP1 wurden die ökonomischen, ökologischen sowie prozessbezogenen Daten und Kennzahlen des absatzweisen Herstellungsverfahrens ermittelt und später (AP9) in die Bewertung einbezogen. Im ICTV liegen umfangreiche Erfahrungen mit der Materialflusskostenrechnung vor. Diese Methode wurde angewandt zur Ermittlung möglicher Einsparpotentiale. Bereits während der Bearbeitung von AP1 konnte mit der Entwicklung des kontinuierlichen Prozesses begonnen werden (AP2). Die Konzentration auf die kontinuierliche Dosierung der Feststoffe war wesentlicher Bestandteil des Arbeitspaketes und konnte nach einigen Herausforderungen erfolgreich abgeschlossen werden zur Weiterbearbeitung des Projektes.

Die Beschaffung, der Aufbau und die Inbetriebnahme der Laboranlage (AP3) basierten schließlich auf den Ergebnissen der vorherigen Arbeitspakete und wurden ebenfalls plangerecht abgeschlossen.

Wesentlich für den Gesamterfolg des Projektes war die Ausarbeitung einer qualitätssichernden, kontinuierlichen Prozessführung. Die aus dem derzeitigen Batchprozess bekannten Produkt- und Prozessparameter mussten unbedingt zur Erzielung einer gleichbleibenden Produktqualität eingehalten bzw. erfüllt werden. Dabei stellte sich heraus, dass viele Parameter nicht oder nur schwer online während des Prozesses gemessen werden können. Daher musste ein Konzept zur Reduzierung der Messungen auf ein Minimum entwickelt werden, ohne die finale Produktqualität zu beeinträchtigen. Im AP5 wurde eine experimentelle Ausarbeitung und Untersuchung des Neuverfahrens vorgenommen mit dem Ziel, einen konstanten Produktstrom von 15 kg / h zu gewährleisten. Dieses Ziel konnte erreicht werden und mit der Ausarbeitung von Produktwechsel- und Reinigungsstrategien in AP6 ergänzt werden. Bedingt durch den modularen Aufbau der neuen Anlage können verschiedene Rezepturen gefahren werden, der Umstellungsaufwand ist sehr gering. Die gesamte Anlage ist mit Leitungswasser zur einigen, wobei der Anfall von Abwasser im Vergleich zum bestehenden Batchprozess sehr gering ist.

Während der Arbeiten im Rahmen von AP3 stellte sich heraus, dass der Bau einer Pilotanlage mit einer Produktionskapazität von 20 kg/h nicht erforderlich ist. Somit konnte AP6 schnell als bearbeitet angesehen werden. Auf der Basis der Ergebnisse der Laboranlage sollte im Rahmen von AP8 eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 100 kg/h für den Dauerbetrieb entwickelt werden. Das Konzept basiert auf umfangreichen Messungen und Versuchen mit den Anlagenkomponenten sowie zahlreichen Hochskalierungen (Scale-Ups) hinsichtlich der Dosier- und Mischbehälter und deren Abmessungen. Ebenso mussten die Dosier- und Mischgeräte an das größere Volumen angepasst werden. Die Fließbilder der Labor- und Produktionsanlage verdeutlichen die Ähnlichkeit und Übertragbarkeit beider Anla-gen.

Abschließend erfolgte in AP9 die vergleichende ökonomische, ökologische und soziale Bewertung der Produktionsverfahren. Während aus ökonomischer Sicht die Einsparpotenziale eher gering sind, kann aus ökologischer Sicht der primäre Energieeinsatz deutlich verringert werden und so zu einer Entlastung der Umwelt beitragen. Die Verringerung des Anlagenvolumens bedeutet auch eine Reduktion von Reinigungsaufwendungen. In sozialer Hinsicht stellt das kontinuierliche Verfahren eine deutliche Verbesserung mit Blick auf die altersgerechte Gestaltung von Arbeitsplätzen sowie die zwingend erforderliche Höherqualifikation an die Mitarbeiter zur Bedienung des komplexen Systems.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Zeitraum des Projektes gab es keinerlei Öffentlichkeitsarbeit bzw. Präsentationen.


Fazit

Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte gezeigt werden, dass die kontinuierliche Fertigung einer hoch feststoffhalten Dispersionsfarbe grundsätzlich möglich ist. Während die ökonomischen Vorteile eher gering sind, können erheblich bessere ökologische und soziale Vorteile erzielt werden, insbesondere mit Blick auf die zunehmende Verlängerung der Lebensarbeitszeit. Weiterhin haben die Forschungsergebnisse gezeigt, dass bei einer Umstellung der Verfahrenstechnik auch die Logistik innerhalb des Betriebes einem Anpassungsprozess unterzogen werden muss.