Die Umweltvorteile der aseptischen Abfüllung

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Im letzten Jahrzehnt oder so sind die Vorteile der aseptischen Abfülltechnologie im Vergleich zu herkömmlichen Heißabfülltechniken im Lebensmittel- und Getränkesektor bekannt geworden. Die Vorteile in Bezug auf die Produktqualität wurden gut dokumentiert und diskutiert.1 Die Umweltvorteile, sowohl in Bezug auf den Energieverbrauch als auch in Bezug auf die typische Lebenszyklusanalyse dieser Verpackungsmethode, sind jedoch weniger bekannt.

Eine Reihe von Lebenszyklusanalysestudien (LCA) haben gezeigt, dass aseptische Abfülltechniken mit Ultra-Hitzebehandlungssystemen (UHT) zur Pasteurisierung oder Sterilisation, die auf Wärmetauschern basieren, im Allgemeinen geringere Auswirkungen auf die Umwelt haben.2,3 Dies ist auf zwei Hauptgründe zurückzuführen Faktoren: die in den beiden unterschiedlichen Prozessen verwendete Verpackung und der Energie-Fußabdruck des Prozesses selbst.

Die thermische Verarbeitung von Lebensmitteln und Getränken sowie die Herstellung der entsprechenden Verpackungen haben erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt.2 Dennoch gibt es nur wenige Studien, die sich mit dem Energie-Fußabdruck und anderen Umweltauswirkungen dieser Prozesse befassen.

Die aseptische Abfüllung sorgt für eine robuste Produktqualität, minimale thermische Auswirkungen auf das Getränk und eine größere Flexibilität beim Flaschendesign mit der Möglichkeit, leichtere PET-Flaschen oder -Kartons zu verwenden. Im Gegensatz dazu erfordert die Heißabfüllung einen höheren Energiebedarf, hat einen thermischen Einfluss auf das Getränk selbst und bietet weniger Flexibilität beim Flaschendesign als die aseptische Abfüllung.

Hauptunterschied zwischen Systemen In einem aseptischen System (Kaltabfüllung) wird das Produkt mit UHT-Systemen pasteurisiert oder sterilisiert und anschließend sofort abgekühlt. Anschließend wird es in die Verpackung gegeben, die entweder vorsterilisiert wurde oder manchmal beim Abfüllen sterilisiert wird. Sowohl für den Heiz- als auch für den Kühlprozess werden in der Regel Wärmetauscher eingesetzt, die eine sehr effiziente Wärmeübertragung ermöglichen und durch den Einsatz der Wärmeregeneration den Gesamtenergiebedarf minimieren. In diesen Situationen wird erhebliche Energie gespart, indem die Wärme des heißen Produkts zum Vorwärmen des kalten Produkts genutzt wird und umgekehrt.2

In einer Heißabfüllanlage wird das Produkt pasteurisiert oder sterilisiert (mittels Wärmetauscher oder anderen thermischen Technologien). Anschließend wird die Verpackung bei hoher Temperatur (typischerweise zwischen 80 °C und 92 °C) befüllt, wodurch die Verpackung sterilisiert wird. Anschließend wird die Verpackung gekippt oder geschüttelt, um einen vollständigen Kontakt mit dem heißen Produkt sicherzustellen, und die Temperatur wird für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise zwei Minuten, aufrechterhalten. Anschließend werden die Verpackung und das Produkt abgekühlt. Wie dies geschieht und wie schnell nach dem Abfüllen der Vorgang durchgeführt wird, hängt vom Produkt und der Verpackung ab. Zu den typischen Methoden gehören Strahltunnel, Fallwasserkühler oder sogar Kühllager.

Während die anfängliche Kapitalinvestition in ein aseptisches System oft höher ist als bei einem vergleichbaren Heißabfüllsystem, haben aseptische Systeme niedrigere tägliche Betriebskosten (z. B. weniger Energieverbrauch) und ermöglichen die Verwendung leichterer PET-Flaschen. Dadurch sind die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TOC) eines aseptischen Systems niedriger als bei einem Heißabfüllsystem.

Unterschied in der Verpackungs-LCAIn der Praxis werden in beiden Systemen viele verschiedene Verpackungsarten verwendet, wobei bei aseptischen Systemen im Allgemeinen Kartons auf Kartonbasis und leichte PET-Flaschen verwendet werden, während Heißabfüllmaschinen mit schwereren PET-Flaschen, Glas oder Dosen in Verbindung gebracht werden.

Um die Umweltauswirkungen beider Systeme genau zu vergleichen, verglichen einige Forscher aseptische und Heißabfüllsysteme basierend auf der Produktion von 500-ml-PET-Orangensaftflaschen.2 Da eine dickere Kunststoffflasche erforderlich ist, um den höheren Temperaturen standzuhalten Bei Heißabfüllsystemen wird mehr Kunststoff verwendet (in diesem Beispiel 24 g bei Heißabfüllung gegenüber 16 g bei aseptischer Abfüllung). Dadurch betragen die mit der Verpackung verbundenen Treibhausgasemissionen (THG) 80,4 g CO2e pro Flasche beim Heißabfüllen, verglichen mit 61,8 g CO2e pro Flasche bei der aseptischen Abfüllung – eine Einsparung von 23,1 %.

Die aseptische Abfüllung hat einen geringeren Treibhausgas-Fußabdruck als die Heißabfüllung. Bild mit freundlicher Genehmigung von HRS Heat Exchangers

Unterschied im Energieverbrauch

Der Unterschied im Energieverbrauch zwischen den beiden Systemen ist auf unterschiedliche Wärmebehandlungs-, Abfüll- und Kühlmethoden zurückzuführen und wurde von Forschern oft ignoriert. Eine typische (und ungenaue) Beobachtung ist: „Es wurde angenommen, dass die energetische Matrix für alle Systeme gleich ist.“4 Dies ist offensichtlich falsch, da andere Studien gezeigt haben, dass „die aseptische Verarbeitung und Verpackung gegenüber der herkömmlichen Pasteurisierung mehrere Vorteile bietet.“ Zu den Vorteilen gehören eine längere Haltbarkeit [und] geringere Energiekosten.“3

Beim Vergleich des Energie-Fußabdrucks der aseptischen Abfüllung mit Heißabfülltechniken2 hat sich gezeigt, dass „die Produktbehandlung bei der Heißabfüllung größere Auswirkungen zu haben scheint, was auf den höheren Energiebedarf zurückzuführen ist, der während der Erwärmungs- und Kühlphase anfällt.“ und: „Bei Heißabfüllsystemen kann die Wärme des behandelten Produkts nicht zurückgewonnen werden.“

Einige der Vorteile sind weniger eindeutig als angenommen und variieren je nach Heizmediumquelle (z. B. Dampf) sowie dem Strom- und Druckluftverbrauch verschiedener Systemkomponenten. Der Einsatz von Wärmetauschern mit Energierückgewinnung führt jedoch zu erheblichen Energieeinsparungen.

Trotz dieser Komplikationen beliefen sich die mit dem Energieverbrauch des Prozesses verbundenen Treibhausgasemissionen bei Verwendung derselben 500-ml-PET-Flaschen mit Orangensaft im obigen Beispiel auf 31,6 g CO2e pro Flasche beim Heißabfüllprozess, verglichen mit 24,4 g CO2e pro Flasche bei der aseptischen Abfüllung – a Ersparnis von 5,32 %. Auch wenn dies gering erscheinen mag, bedeutet dies bei einer theoretischen Produktion von 250 Millionen Flaschen pro Jahr eine Einsparung von mehr als 1.500 Tonnen CO2e pro Jahr.

Basierend auf unserer Erfahrung mit thermischen Verarbeitungssystemen auf der ganzen Welt sind wir bei HRS davon überzeugt, dass die Treibhausgasauswirkungen der Heißabfülltechnologie tatsächlich höher sind. Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Techniken zur Kühlung von Produkten und Verpackungen nach der Heißabfüllung, und nicht alle davon sind so energieeffizient wie die in der oben genannten Studie beschriebene Kaltwasserkühlung. Wenn beispielsweise Kühlräume genutzt werden, ist deren Gesamtkühleffizienz gering und der Bedarf an elektrischer Energie erheblich.

Der Einsatz von Wärmetauschern zur Pasteurisierung und Kühlung im Rahmen der aseptischen Abfüllung führt zu erheblichen Energieeinsparungen. Bild mit freundlicher Genehmigung von HRS Heat Exchangers

Die kombinierten Effekte Da die Energiepreise weltweit rapide steigen und die Notwendigkeit, Maßnahmen gegen den Klimawandel zu ergreifen, zunimmt, versuchen immer mehr Lebensmittel- und Getränkehersteller, die Energiekosten ihrer Produktionsprozesse zu senken. Der Wechsel von Heißabfüll- zu aseptischen Produktionslinien wird immer attraktiver, und bei neuen Linien liegen die Argumente für die Einführung aseptischer Techniken auf der Hand. Wie die oben genannten wissenschaftlichen Studien zeigen, sind Treibhausgaseinsparungen von insgesamt 24,9 g CO2e pro Flasche möglich, was bei weitem nicht der Fall ist unbedeutend. Um zu besprechen, wie das HRS-Sortiment an Wärmetauschern, Pasteurisierungs- und Sterilisationstechnologien sowie kompletten aseptischen Behandlungs- und Abfüllsystemen Ihrem Unternehmen dabei helfen kann, diese finanziellen und ökologischen Einsparungen zu erzielen, kontaktieren Sie uns bitte.

1 https://www.hrs-heatexchangers.com/news/the-advantages-of-cold-aseptic-filling/2 Manfredi, M. & Vignali, G. (2014), Vergleichende Lebenszyklusbewertung von Heißabfüllung und Aseptik Verpackungssysteme für Getränke. Unter https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S02608774140038603 Scott, DL (2008), UHT Processing and Aseptic Filling of Dairy Foods. Unter https://core.ac.uk/download/5165017.pdf4 Garcia, HL (2021), Ökobilanz von Getränkeverpackungssystemen: Eine Fallstudie für Mexiko. Unter https://tinyurl.com/23yqta8h

Matt Hale ist der internationale Vertriebs- und Marketingleiter für HRS Heat Exchangers.