trieben werden, der fluÈ ssig in Kryotanks bei ± 253 8C oder in spe-ziellen Drucktanks bei DruÈ cken bis 300 bar gasfoÈ rmig gespeichertwird. Wasserstoff wird wie Methanol bisher vorwiegend aus Erdgasproduziert, kann jedoch prinzipiell auch aus Wasser mittels Elek-trolyse gewonnen werden.

In der Brennstoffzelle wird der Wasserstoff katalytischzerlegt. Dazu ist die Polymermembran mit einer 10 lm duÈ nnen Ka-talysatorschicht bedeckt. Die an der Anode entstehenden Wasser-stoffionen (Protonen) lagern sich an dem Platinkatalysator an undwerden dann uÈ ber chemische Bindungen mit SulfonsaÈure-Ionendurch die feuchte Protone Exchange Membrane geleitet. Gleichzei-tig werden die freigesetzten Elektronen uÈ ber Graphitplatten ausder Brennstoffzelle heraus und zu dem elektrischen Verbrauchergeleitet. Auf der Kathodenseite treffen die Wasserstoffionen aufSauerstoff, mit dem sie wiederum durch Platin katalysiert zuWasser reagieren. Dabei werden auch die von dem elektrischenVerbraucher zuruÈ ckkommenden Elektronen in die entstehendenWassermolekuÈ le eingebunden.

Neben dem so gebildeten Wasser wird thermischeEnergie frei, die zur Heizung genutzt werden kann, oder uÈ bereinen KuÈ hlwasserkreislauf an die Umgebung abgegeben wird.Der in elektrische Energie umgewandelte Anteil dient zum An-trieb des Fahrzeugs durch einen Elektromotor.

Somit ist die Brennstoffzelle zentrales Element in einerReihe von mehreren chemischen und physikalischen Umwand-lungsprozessen. In ihr laÈ uft die energiereiche Reaktion von Was-serstoff mit Sauerstoff zu Wasser kontrolliert und mit einem hohenWirkungsgrad ab. Insbesondere dadurch werden Brennstoffzel-lensysteme in der Lage sein, Fahrzeugantriebe der Zukunft zu re-volutionieren.

155.3

Die Rolle der Verfahrenstechnikbei der Entwicklung von Life-Science-Prozessen

K . K A I S E R

Leverkusen.

156

EinsatzmoÈ glichkeiten von Hoch-leistungs-Ultraschallprozessoren imLabor, in der Industrie und speziellin der Lebensmittelverfahrenstechnik

D R . - I N G . H A R A L D H I E L S C H E R (Vortragender)

Dr. Hielscher GmbH, Warthestraûe 21, D-14513 Teltow;

D R . - I N G . V . H E I N Z , D I P L . - I N G . M . Z E N K E R ,

P R O F . D R . D I P L . - I N G . D I E T R I C H K N O R R

Institut fuÈ r Lebensmitteltechnologie und Prozesstechnik,KoÈ nigin-Luise-Straûe 22, D-14195 Berlin.

Hochintensiven, praÈ zisen Ultraschall, als umweltfreundlichesWerkzeug mit Zukunft, liefert die Dr. Hielscher GmbH im Bereichzwischen 20 kHz und 1,6 MHz. Die GeraÈ te sind modular aufgebautund ermoÈ glichen somit, je nach Einsatzfall, das Scale up bis hin zueinem Vielfachen an kW Ultraschall-Leistung. Weltweit neue, pa-tentierte und innovative LoÈ sungen stehen fuÈ r den Einsatz im Labor,der Industrie, der Medizin und der Forschung bereit. Eine Weltneu-heit fuÈ r die industrielle Umsetzung: 4000 Watt Ultraschall-Leistungpro Prozessor!

Im Dauerbetrieb, auch an Luft, garantieren diese Ultra-schallprozessoren hochintensiven Ultraschall mit exakt geregeltenAmplituden bis zu 250 lm. Neue Technologien beim Aufbau derProzessoren sichern eine sehr hohe ZuverlaÈ ssigkeit und Standzeitder GeraÈ te. Durch die Kopplung mit neuartigen patentierten Sono-troden stehen dem Kunden neue Werkzeuge und Materialien z. B.Glas- und Keramiksonotroden sowie Glasfasern zur VerfuÈ gung.Wie alle GeraÈ te koÈ nnen auch diese neuen UltraschallprozessorenuÈ ber einen PC-Anschluss exakt gesteuert werden. Damit ist eineProtokollierung und Reproduktion der Versuche im Sinne der Qua-litaÈ tssicherung jederzeit moÈ glich.

Im Bereich Lebensmittelverfahrenstechnik werden inZusammenarbeit mit der TU Berlin neue Verfahren in Kombina-tion mit Ultraschall entwickelt, z. B. die Inaktivierung von Enzy-men und der Aufschluss bzw. die AbtoÈ tung mikrobieller Zellen.Die dabei eingesetzten Stabsonotroden arbeiten exakt mit der ein-gestellten konstanten Amplitude unter hohen Temperaturen undDruÈ cken. Sie werden dabei so optimiert, dass jeweils dem Prozessund dem Medium entsprechend Ultraschall-Leistungsdichten biszu 80 W/cm2 und Einzel-Leistungen bis 4 kW eingetragen werden.

Ein weiteres vielversprechendes Einsatzgebiet er-schlieût sich bei der indirekten WaÈ rmeuÈ bertragung. Mit Hilfedes Ultraschalls kann eine kontinuierliche OberflaÈ chendenaturie-rung von eiweiûreichen viskosen Massen (z. B. BruÈ hwurstbraÈ t) rea-lisiert werden. Die dafuÈ r entwickelten hohlen Biegeschwinger bie-ten die MoÈ glichkeit bei extremen DT zwischen Heizmedium undProdukt zu arbeiten, ohne dass eine Belegung der HeizflaÈ chenz. B. durch Anbrennen oder Biofouling befuÈ rchtet werden muss.Auf weitere Effekte wird im Vortrag eingegangen.

Die Ultraschalltechnik der Dr. Hielscher GmbH bietetbei diesen Prozessen die GewaÈ hr, durch die Entwicklung immerkompakterer leistungsstarker Einzelmodule, die im Technikum er-zielten Ergebnisse problemlos auch in die industrielle Fertigung zuuÈ berfuÈ hren. So kann der Effekt der Ressourceneinsparung (Ener-

Abbildung.Energie aus Wasserstoff.

1043L i f e S c i e n c e sChemie Ingenieur Technik (72) 9 I 2000

gie, Wasser u. a.) voll umgesetzt werden. Der Modulcharakter derGeraÈ te gestattet ein guÈ nstiges Preis/LeistungsverhaÈ ltnis und be-guÈ nstigt die EinfuÈ hrung der Technologie insgesamt in den Markt.

157

RoÈ sten, Kandieren und KuÈ hlen vonKaffeebohnen in der Wirbelschicht

P R O F . D R . - I N G . H A B I L . D R . - I N G . H . C . L O T H A R M Ú R L ,

D O Z . D R . - I N G . G E R H A R D K R Û G E R (Vortragender),

D I P L . - I N G . S T E F A N H E I N R I C H

Institut fuÈ r Apparate- und Umwelttechnik der Otto-von-Guericke-UniversitaÈ t Magdeburg, UniversitaÈ tsplatz 2, D-39106 Magdeburg;

I N G . L O T H A R R O E B E R T , D I P L . - I N G . M A T T H I A S R Ú S L E R

RÚSTFEIN KAFFEE GMBH, Magdeburg.

FuÈ r die Herstellung bestimmter Bohnenkaffeesorten werden dieKaffeebohnen bei der RoÈ stung mit Zucker beschichtet. Dazuwird z. B. eine waÈ ssrige ZuckerloÈ sung waÈ hrend des RoÈ stvorgangesin den RoÈ stapparat gegeben. Das Wasser verdampft. Der ZuckeruÈ berzieht als klebrige Schmelze die Kaffeebohnen und karameli-siert. Nach einer geeigneten AbkuÈ hlung liegen die Kaffeebohnenschwarz glaÈnzend als kandierte Kaffeebohnen vor und werden ge-mischt mit normal geroÈ steten Kaffeebohnen als Melange-Sortenverkauft.

Diese Kandierung von Kaffeebohnen erfolgt weltweitin Trommelapparaten, deren Betrieb aus Umwelt- und QualitaÈ ts-gruÈ nden problembehaftet ist.

Nach fast 2 Jahrzehnten sehr guter Erfahrungen mit 2Wirbelschicht-KaffeeroÈ stanlagen in Magdeburg wurde in Zusam-menarbeit zwischen der RoÈstfein Kaffee GmbH, Magdeburg, undder Otto-von-Guericke-UniversitaÈ t Magdeburg im Jahr 1999 kurz-fristig ein Konzept fuÈ r eine groûtechnische Anlage (10 000 t/aRoÈ sten; 4000 t/a Kandieren) zur zweistufigen, chargenweisenRoÈ stung, Kandierung und KuÈ hlung von Kaffeebohnen in der Wir-belschicht erarbeitet und vom Kaffeewerk noch 1999 realisiert, so

dass kurz nach Beginn des Jahres 2000 der Dauerbetrieb ohnejegliche Probleme aufgenommen werden konnte.

Erstmalig koÈnnen in dieser Wirbelschicht-Anlage je-weils 150 ± 200 kg Rohkaffeebohnen bei Temperaturen zwischen230 und 360 8C in einer Heiûdampf-RoÈ stgas-KreislaufatmosphaÈ renicht nur geroÈ stet, sondern auch kandiert sowie mit Frischluft ge-kuÈ hlt werden. Damit sind die praktischen Voraussetzungen gege-ben, die unguÈ nstige Trommel-RoÈ st- und -Kandier-Technologieweltweit abzuloÈ sen.

Im Zusammenhang mit dieser Ønderung der Grund-technologie wird nicht nur eine verbesserte, gleichbleibend stabileQualitaÈ t der mit karamelisiertem Zucker kandierten und so aroma-verstaÈ rkten und -versiegelten Kaffeebohnen erreicht, sondern eswerden auch wesentliche energetische und umwelttechnischeVorteile erreicht:± geringere RoÈst-, Kandier- und KuÈ hlzeiten (6 ± 7 min statt

35 ± 40 min) ermoÈglichen hoÈ here DurchsaÈ tze,± durch WaÈ rmekopplung wird der Heizgasverbrauch verringert,± emissionsfreie Arbeit sowohl aus dem RoÈst- und Kandier-

kreislauf als auch aus dem RoÈ stabbruch- und KuÈ hlzyklus,± keine nachgeschaltete sondern prozessintegrierte Abgasbe-

handlung,± kompakter Anlagenaufbau,± laÈ ngere Anlagen-Fahrzeiten bis zur Reinigung (35 h statt 16 h),± kuÈ rzere Anlagen-Reinigungszeit mit abwasserfreier Reini-

gung ohne Handarbeit,± die anfallenden Spelzen fallen als kompaktiertes, leicht ver-

wertbares Nebenprodukt (Futtermittel) an.Die Wirbelschichtanlage in Magdeburg ist in der Lage,

den derzeitigen Bedarf ganz Deutschlands an kandierten Kaffee-bohnen zu produzieren.

158

Der Strahlschneider als Formulie-rungsverfahren im Life Sciences-Bereich

D R . U . P R Û û E (Vortragender), D R . J . D A L L U H N ,

J . B R E F O R D , P R O F . D R . K . - D . V O R L O P

Bundesforschungsanstalt fuÈ r Landwirtschaft (FAL), Institut fuÈ rTechnologie und Biosystemtechnik, Abteilung Technologie,Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig.

FuÈ r viele Anwendungen im Life Sciences-Bereich werden Formu-lierungsverfahren benoÈ tigt, die es ermoÈ glichen, monodispersesphaÈ rische Partikel (Perlen) im GroÈ ûenbereich von einigen hun-dert lm bis zu wenigen mm auch aus viskosen Ausgangsmateria-lien herzustellen. Da herkoÈ mmliche Methoden zur Perlenherstel-lung, z. B. Abtropf-, Vibrations- oder Atomizerverfahren dies nichtoder nur bedingt leisten koÈnnen, wurde das Strahlschneider-Ver-fahren entwickelt, mit dem die geforderten Bedingungen erfuÈ lltwerden koÈ nnen.

Beim Strahlschneider-Verfahren wird das Fluid, ausdem die Partikel hergestellt werden sollen, als Vollstrahl aus einerDuÈ se gedruÈ ckt und anschlieûend mittels eines rotierendenSchneidwerkzeuges mechanisch in definierte Segmente zerteilt.

Abbildung.TemperaturverlaÈ ufe der chargenweisen Kandierung undKuÈ hlung von Kaffeebohnen in der Wirbelschicht-Kaffeeboh-nen-RoÈ st-, -Kandier- und KuÈ hlanlage.

1044 L i f e S c i e n c e sChemie Ingenieur Technik (72) 9 I 2000