Use Case Wie Henkels Waschmittelproduktion mit weniger Energie auskommt – ohne Umstellung des Verfahrens

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Ohne das Herstellungsverfahren an sich zu verändern, gelang es Henkel mittels digitaler Unterstützung, die Produktion energieeffizienter aufzustellen. Wie eine spezielle Software die energieintensive Sprühtrocknung optimieren konnte, lesen Sie hier.

Es gibt ein chinesisches Wort für Krise, das besteht aus zwei Schriftzeichen: Das eine steht für Gefahr oder Risiko und das andere für Zeitpunkt oder Wendepunkt. Gerade weil sicher Geglaubtes oder unhinterfragt Hingenommenes eine, meist schmerzhafte, Erschütterung erfährt, zwingen uns die gegenwärtigen Krisen zur Veränderung.

Für die europäische Wirtschaft stellt die Energiekrise eine solche Zeitenwende dar. Mittlerweile ist der Energieverbrauch für ein Gros der Produktionskosten verantwortlich und so manches Industrieunternehmen muss um seine Wettbewerbsfähigkeit bangen. Doch analog zum chinesischen Wort für Krise sind die Risiken nur die eine Seite der Medaille. Denn auf der anderen Seite wird durch die veränderten Umstände auch ein Wandel angestoßen, der für die Industrie eine beachtliche Chance bereithält. Technologien, deren wirtschaftliche Effekte in der Vergangenheit meist eher gering waren, werden nun zu Schlüsseltechnologien. Technologien, die es erlauben, trotz hoher Energiepreise wirtschaftlich zu produzieren und gleichzeitig dabei helfen, den ökologischen Fußabdruck eines Unternehmens zu reduzieren. Die Firma Henkel aus Düsseldorf macht im Kontext ihrer Waschmittelherstellung bereits erfolgreich vor, wie sich mit solchen Technologien eine zukunftssichere Modernisierung realisieren lässt.

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Prozessindustrie sieht sich vor speziellen Herausforderungen

Auf den mehr als 145 Jahren Firmengeschichte ruht man sich bei Henkel nicht aus. Zwar sind viele der chemischen Verfahren zur Herstellung von Reinigungsmitteln, Klebstoffen oder Pflegeprodukten über Jahrzehnte perfektioniert worden, dennoch bieten sich mit neuen, gerade digitalen, Technologielösungen immer wieder Verbesserungsmöglichkeiten. Etwa, wenn es um vorausschauende Wartung, Lieferkettenmanagement oder eben den Energieverbrauch geht.

„Es wäre geradezu fahrlässig, die Möglichkeiten, die sich im Zuge der IoT-Digitalisierung bieten, nicht zu nutzen“, sagt Martin Pätzold, der als Head of Engineering und Maintenance bei Henkel für den Bereich Laundry und Home Care Production zuständig ist. „Unser Industriebereich ist auf Kontinuität ausgelegt. Und das muss er auch sein. Viele der hier ablaufenden Verfahren können nicht einfach unterbrochen oder mal eben umgebaut werden.“ Dieser Umstand macht es Unternehmen der Prozessindustrie oft schwer, auf klimafreundlichere Alternativen umzusteigen. CO₂-Emissionen oder eine verlustreiche Energieumwandlung sind aus Sicht der Unternehmen häufig prozessimmanent. Für ein bestimmtes Endprodukt braucht es ein bestimmtes chemisches Verfahren. „Aber rund um den eigentlichen Prozess kann meist einiges optimiert werden,“ erklärt Martin Pätzold. „Schon heute konnten wir unsere CO₂-Emissionen um mehr als 50 Prozent im Vergleich zu 2010 reduzieren.“

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Partnerschaft mit Schneider Electric

Um die selbstgesteckten Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, setzt Henkel unter anderem auf Partnerschaften. So wird das deutsche Unternehmen etwa seit mehreren Jahren vom Tech-Konzern Schneider Electric beraten. Die Abteilung Sustainability Business des Konzerns unterstützt Henkel etwa bei der Beschaffung von grünem Strom im Rahmen von sogenannten Power Purchase Agreements (Stromeinkaufvereinbarungen).

Für Henkel ist Schneider Electric aber nicht nur beratend tätig. Auch Softwarelösungen der Schneider Electric-Partner Aveva und Proleit kommen in der Waschmittelproduktion zum Einsatz. In einem Sprühturm auf dem Firmengelände in Düsseldorf ist es damit gelungen, den Energieverbrauch eines bereits stark optimierten Verfahrens nochmal um einige Prozentpunkte zu senken. Möglich wurde das durch eine Kombination von Proleit Prozessleitsteuerung und Aveva Prozessoptimierung.

Pulverwaschmittel per Sprühtrocknung herstellen

Das Firmengelände des Henkel-Hauptsitzes in Düsseldorf ist riesig. Hier werden unter anderem Produkte der Marken Persil und Pritt für den deutschen Markt hergestellt. Hohe Gebäude, meist aus rotem Backstein, reihen sich aneinander und lange Rohrleitungen sind über die von großen LKW befahrenen Straßen gespannt. Aber auch vor dieser Kulisse wirken die Sprühtürme, die für die Herstellung von Pulverwaschmittel eingesetzt werden, noch imposant. Fast 55 Meter hoch ragen die silbrig schimmernden Bauten nach oben.

In ihnen findet der für die Waschmittelproduktion charakteristische Prozess der Sprühtrocknung statt. Das Ausgangsmaterial, eine Kombination aus festen und flüssigen Rohstoffen, wird in Form eines sogenannten Slurry zusammengemischt und dann einem Heißgasstrom mit Temperaturen von bis zu 300 Grad Celsius ausgesetzt. Da das Slurry für den Trocknungsprozess zerstäubt wird, vergrößert sich dessen Oberfläche und die Trocknung erfolgt sehr schnell. Auf diese Weise ist es möglich, ein äußerst leichtes Pulver mit konstantem Gewicht herzustellen. Nach der Trocknung wird das Pulver noch mit weiteren Rohstoffen gemischt, parfümiert und automatisiert verpackt.

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Auf die richtige Produktfeuchte kommt es an

Da die Energieumwandlung im Bereich der Pulverwaschmittelherstellung vergleichsweise ineffizient funktioniert und hohe Mengen etwa an Gas aufgewendet werden müssen, hat man sich bei Henkel bereits vor Beginn der Energiekrise dazu entschlossen, Optimierungsmaßnahmen zu ergreifen. „Das über viele Jahre perfektionierte Verfahren der Sprühtrocknung hätten wir natürlich nicht verändern können“, erläutert Pätzold, der auf technischer Seite für die Umsetzung des Projekts verantwortlich war. „Aber an der Prozessleittechnik, mit der wir die Trocknung steuern, konnten wir noch schrauben.“

Im betreffenden Sprühturm wurde daher zunächst das modular aufgebaute Prozessleitsystem Plant IT von Proleit auf die neuste Version aktualisiert. Dieses für die verfahrenstechnische Prozessindustrie entwickelte System verfügt über spezielle Regelsysteme, die unter anderem die Produktfeuchte messen können. „In Bezug auf die Energieeffizienz ist das natürlich äußerst relevant, da wir nun überprüfen können, ob das Pulver mit einer optimalen Feuchte hergestellt wird“, weiß Ulrich Binz, der als Projektleiter beim Softwareanbieter tätig ist. „Um auf Nummer Sicher zu gehen und das Pulver aus Vorsicht vor Anhaftungen bei Transport oder Lagerung nicht zu feucht werden zu lassen, wurde das Produkt bei manueller Fahrweise häufig zu trocken gefahren. Heißt: es wurde mehr Energie in die Trocknung gesteckt, als eigentlich nötig.“

Softwarebasierte Prozessoptimierung

Um das Waschpulver nun mit einer optimalen Feuchte, das heißt mit einem minimalen Energieaufwand, herstellen zu können, wurde das bereits installierte Prozessleitsystem um eine Software zur Prozessoptimierung ergänzt. Advanced Process Control, so der Name dieser Software von Aveva, kann sämtliche Parameter des Trocknungsvorgangs – etwa Luftdruck, Temperatur oder Feuchtigkeit – so berechnen, wie sie für einen möglichst effizienten Prozessablauf benötigt werden.

Auf diese Weise entsteht das Modell eines optimalen Prozessverlaufs, in dem exakt festgelegt ist, welche Parameter zu welchem Zeitpunkt der Trocknung welche Werte aufweisen müssen. Weicht nun, während des realen Trocknungsprozesses, ein gemessener Wert von diesem Modell ab, so erfolgt ein Befehl an die Steuerung, die mithilfe geeigneter Maßnahmen für den Angleich an den Modellwert sorgt. Das Modell gibt also der Steuerung vor, wie sich die Anlage bewegen und verhalten muss, um im optimalen Bereich zu laufen.

Mithilfe dieser Kombination aus Prozessleitsystem und Software für die Prozessoptimierung ist es nun möglich, Temperatureinstellung, Sprühdauer und Sprühverteilung so zu regulieren, dass ein optimal getrocknetes Zwischenprodukt mit bis zu 5 Prozent weniger Energieverbrauch hergestellt werden kann. Außerdem ist es dank des neuen Prozessleitsystems möglich, den Sprühturm ohne zusätzliches Risiko näher an Grenzbereiche heranzufahren. Das Ausbringungsvolumen lässt sich so noch weiter steigern, ohne den Energieeinsatz zu steigern.

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Auch kleine Schritte erzeugen Bewegung

Das Projekt von Henkel zeigt eindrucksvoll, dass sich manchmal schon mit einfachen Mitteln große Effekte erzielen lassen – auch in der Prozessindustrie. Die Technologien, mit denen sich der Energieverbrauch bei gleichbleibender Produktionsleistung reduzieren lässt, stehen bereit und sind erprobt. Es besteht die Chance, dass ihre flächendeckende Verbreitung auch den industriellen Energieverbrauch im Ganzen, und damit die CO₂-Emissionen reduziert, denn etwa 70 Prozent der in Europa erzeugten Energie stammt weiterhin aus fossilen Quellen.

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