Genaue CO2-Messungen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Für viele Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind hochwertige CO₂-Messungen erforderlich. Dabei stellt sich für viele Unternehmen immer noch die Frage, wie sie am besten vorgehen sollen. In diesem Beitrag gehe ich darauf ein, wie Sie CO₂ genau und zuverlässig messen können. Außerdem gebe ich einen Überblick über verschiedene Anforderungen und Umgebungen.

Warum sind hochwertige CO₂-Messungen erforderlich?

Unabhängig vom Endprodukt, Prozess oder Bedarf sind die Ziele für fast allen Anwendungen ähnlich: Eine CO₂-Messung, die die Umgebung genau widerspiegelt und die Anwendungsanforderungen erfüllt. Kohlendioxid entsteht durch den Stoffwechsel eines lebenden Organismus und ist auch ein wichtiger Teil der Photosynthese. Deshalb können wir die Bedeutung von Kohlendioxid in Sachen Prozesssicherheit oder bei den Themen Produktivität und Produktqualität nicht außer Acht lassen. Indem wir die Eigenschaften von CO₂ in bestimmten Prozessen verstehen, können wir von seinen Vorteilen profitieren und unsere Ergebnisse verbessern.

Mehr Arbeitssicherheit

Beginnen wir mit dem wichtigsten Punkt: Sicherheit. Sehr hohe Kohlendioxidkonzentrationen sind gefährlich, weil CO₂ Sauerstoff ersetzt. Zu viel CO₂ wirkt sich zudem negativ auf das Wohlbefinden von Menschen aus, weshalb in den meisten Ländern Grenzwerte für den Arbeitsplatz gelten. In den USA zum Beispiel liegt der allgemeine Grenzwert für CO₂ bei einer Arbeitszeit von acht Stunden bei 5 000 ppm.

In der Getränkeindustrie ist es besonders wichtig, den Kohlendioxidgehalt hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen zu messen: Fermentationstanks setzen bei Überdruck CO₂ aus den Druckbegrenzungsventilen frei. Es besteht auch die Gefahr des Gasaustritts aus Tanks oder Rohrleitungen von Abfüllanlagen für Softdrinks. Da CO₂ schwerer ist als Luft, kann sich das Gas in nicht belüfteten Bereichen ansammeln und ein ernstes Gesundheitsrisiko für die Mitarbeitenden darstellen. Deshalb müssen CO₂-Messsensoren so nahe wie möglich beim Boden montiert werden.

Eine weitere Anwendung, bei der Messungen hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen durchgeführt werden, ist die Kältetechnik. CO₂ wird auch als Kältemittel R744 verwendet. Dieses ist viel umweltfreundlicher als viele andere Gase, die bisher in der Kältetechnik eingesetzt wurden.  Es ist weit verbreitet in Kühlschränken, Kälteräumen, Tiefkühlräumen und industriellen Kühlhäusern von Supermärkten und Lebensmittelgeschäften.  Aber wie bei allen Kühlanlagen können im Laufe der Zeit Undichtigkeiten auftreten, zum Beispiel aufgrund schlechter Wartungsverfahren, mechanischer Abnutzung, versehentlicher Beschädigung, falscher Installation oder einfach deshalb, weil CO₂-Kühlanlagen normalerweise bei Hochdruck laufen.

Ohne ordnungsgemäß gewartete CO₂-Überwachungsgeräte können Leckagen unentdeckt bleiben, weil CO₂ ein geruchs- und farbloses Gas ist. Obwohl Vaisala CARBOCAP® Produkte nicht sicherheitsgeprüft sind, haben viele Kund*innen festgestellt, dass sie für Frühwarnungen und allgemeine Überwachungszwecke gut geeignet sind. Um CO₂ so schnell wie möglich zu erfassen, sollten Messwertgeber in der Nähe potenzieller Leckagen wie Flanschen, Ventile, Druckminderer oder Pumpen montiert werden.

Steigerung der Produktivität

In der modernen Fertigung ist hohe Produktivität unerlässlich. Unternehmen in der Lebensmittelindustrie produzieren in der Regel große Mengen mit geringen Margen. Produktivität und Effektivität tragen daher wesentlich zum Geschäftserfolg bei. Gewächshäuser sind gute Beispiele dafür, wie der Ertrag durch CO₂ kontrolliert werden kann. Es gibt einen idealen Punkt in der CO₂-Konzentration, bei dem Gurken und Salatpflanzen am besten wachsen. In diesem Fall wird CO₂ als Düngemittel für die Pflanzen verwendet, was bedeutet, dass die richtige Konzentration wichtig ist: Zu viel oder zu wenig wirkt sich auf die Qualität der Produkte aus.

Optimierung der Produktqualität

Eine neuere Anwendung von CO₂ ist die Fermentation und Enzymherstellung, zum Beispiel in der Textil-, Papier-, Lebensmittel- und Backwarenindustrie. Die Fermentation findet normalerweise in einem Bioreaktor statt, was eine sorgfältige Überwachung erfordert. CO₂ ist ein Nebenprodukt des Prozesses.  Seine Konzentration muss überwacht werden, um zu erkennen, wie sich der Prozess entwickelt.

CO₂ kann auch dazu genutzt werden, die Produktqualität zu steigern und zu bewahren. Die Hinzugabe von CO₂ zu Lebensmittelverpackungen kann die Lagerung und Haltbarkeit von Fleisch, Käse, Obst und Gemüse erheblich verlängern. Beispielsweise hemmt eine hohe CO₂-Konzentration in Fleischverpackungen das Bakterienwachstum und bewahrt die natürliche Farbe des Fleisches. In ähnlicher Weise verlangsamt oder stoppt eine hohe CO₂-Konzentration den Fruchtreifeprozess bei längerer Lagerung oder während des Transports.

Sensorplatzierung

Sensoren müssen häufig in einem Kanal, einer Kammer oder einer Maschine montiert werden. Der Messpunkt befindet sich manchmal nahe bei der Decke, was bedeutet, dass er hoch und schwer erreichbar ist. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, Messsensoren mit Langzeitstabilität einzusetzen, um den Bedarf an zusätzlichen Sensorüberprüfungen zu minimieren. Je nach Anwendung ist es möglicherweise besser, eine separate Probenahmepumpe und ein separates Probenahmerohr zu verwenden, um eine Gasprobe in ein CO₂-Kabelmessgerät zu leiten, anstatt zu versuchen, den Sensor direkt in den Prozess zu installieren. Es ist zum Beispiel nicht möglich, Sensoren in einem heißen Ofen zu platzieren, aber Gasproben können leicht aus dem Prozess entnommen werden. Es könnte wirtschaftlich auch gerechtfertigt sein, einen Probenehmer zu bauen, der Gasproben aus verschiedenen Punkten entnimmt. Mithilfe eines Multiplexers kann dann jede Probe mit einem einzigen Sensor sequenziell gemessen werden. Wenn keine kontinuierliche Echtzeitmessung erforderlich ist, ist diese Anordnung möglich. Ist jedoch eine ununterbrochene Messung notwendig, muss jedem Standort ein eigener Sensor fest zugeordnet werden.

Reinigung der Sensoren

Hygiene hat in der Lebensmittelindustrie oberste Priorität. Sensoren müssen daher gängigen Reinigungsmitteln auf Alkoholbasis oder Wasserstoffperoxid (H₂O₂) standhalten. Außerdem müssen die Sensoroberflächen so gestaltet sein, dass sie durch einfaches Abwischen gereinigt werden können, d. h. keine Löcher oder Nähte aufweisen. Der Sensor darf nicht aus einem Material hergestellt sein, das schädliche Chemikalien freisetzt oder Teile enthält, die sich leicht lösen und in den Prozess fallen könnten. Umgebungen wie staubige Geflügelställe mit vielen Überwachungspunkten stellen zusätzliche Anforderungen an die Messung. In Pilzfarmen, in denen der gesamte Raum regelmäßig mit einem Hochdruckreiniger gereinigt wird, müssen alle Geräte einschließlich CO₂-Sensoren direkten Wasserstrahlen standhalten.

Wartung der CO₂-Sensoren

Selbst wenn die Sensoren Messgenauigkeit und Langzeitstabilität aufweisen, besteht auf Dauer ein gewisser Bedarf an Sensorwartung. Es gibt auch einige Einwegsensoren, bei denen die gesamte Einheit ausgetauscht werden kann. Sensoren mit chemischem Zelltyp sind beispielsweise nur für den einmaligen Gebrauch gedacht. Abhängig vom Alter des Sensors können auch Probleme mit der Erkennungsempfindlichkeit dieses Sensortyps auftreten. Einwegsensoren sind auf lange Sicht kostspielig, da sich die Ausgaben für den Austausch summieren.

Eine kostengünstigere Option ist die Verwendung von CO₂-Sensoren, die durch austauschbare Filter geschützt werden. Mit Schmutz, Öl oder Staub verunreinigte Filter verhindern den Gasaustausch mit dem Sensor und sollten ausgetauscht werden.

Ältere CO₂-Messgeräte sollten anhand einer bekannten Referenz kalibriert oder zur Wartung an den Hersteller gesendet werden. Ein separates, kürzlich kalibriertes portables Messgerät kann als Referenzmessgerät eingesetzt werden. Der Vergleich zwischen dem portablen Messgerät und dem CO₂-Messgerät gibt einen einfachen Hinweis darauf, ob der Sensor gewartet werden muss.

Nehmen Sie an unserem (englischsprachigen) Webinar zur CO2-Überwachung für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion, -lagerung und -logistik teil, um mehr über die Vorteile genauer und zuverlässiger CO2-Messungen zu erfahren.

Weitere Informationen über unsere intelligenten CO₂-Produkte finden Sie auf unserer Website:  GMP251 und GMP252.  Sie können uns auch direkt kontaktieren.