Anlageneffizienz ohne Gas – ist das in der Druckindustrie machbar?

Ende Juni hat Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck die Alarmstufe des Notfallplans Gas ausgerufen. Nun werden nicht nur verstärkt die Privathaushalte, sondern auch besonders die Industrie dazu aufgefordert, ihren Gasverbrauch zu überprüfen und entsprechende Energiesparmaßnahmen schnellstmöglich umzusetzen. „Wir müssen den Verbrauch von Gas so stark wie möglich reduzieren, jede Kilowattstunde zählt“, sagte Industriepräsident Siegfried Russwurm der Deutschen Presse-Agentur. Die durch die aktuelle politische Situation herbeigeführte Gasknappheit führt in der deutschen Wirtschaft zu großer Unsicherheit.

Die Stimmung ist spürbar getrübt, wie das Münchner Wirtschaftsforschungs-Institut mitteilte. Die Chemische Industrie, Metallerzeugung und -bearbeitung und die Mineralölverarbeitung, gehören zu den Branchen mit dem höchsten Energieverbrauch. Aber auch die Papierindustrie, die Druckindustrie und die Beschichtungsindustrie geraten wirtschaftlich massiv unter Druck, wenn sie idealerweise ohne Gas auskommen sollen.

Für den kommenden Winter und die teilweise ausbleibenden russischen Gaslieferungen, ist es also wichtig, dass Industriebetriebe konkrete Maßnahmen zur Gaseinsparung zeitnah anfangen durchzuführen. Neben der Verfügbarkeit spielt aus wirtschaftlicher Sicht auch der seit Monaten andauernde Gaspreisanstieg eine wichtige Rolle. Diese Entwicklung begann zwar schon Mitte letzten Jahres, wurde aber durch den Krieg in der Ukraine noch weiter verschärft. Die hohen Gaspreise haben bei einigen Unternehmen große Auswirkungen auf die Produktion und deren Wirtschaftlichkeit. Im schlimmsten Fall können die hohen Gaspreise zu einem vorübergehenden Produktionsstillstand führen.

Trocknungsprozesse und Erwärmungsprozesse sind häufig auch ohne Gas rentabel!

Gerade für Trocknungsprozesse und Erwärmungsprozesse in der Herstellung müssen alternative, kostengünstigere und kurzfristig verfügbare Lösungen gefunden werden. Es geht darum, weiterhin produktionsbereit und damit langfristig lieferfähig zu bleiben. Für Unternehmen aus der Druck- und Beschichtungsindustrie ist hierbei natürlich entscheidend, dass eine Gasreduktion die Trocknerleistung der Druckmaschine nicht reduziert oder die Produktqualität beeinträchtigt. Neben der nötigen Gaseinsparung hat die Aufrechterhaltung der Produktionsbereitschaft hier oberste Priorität.

Eine kurzfristig realisierbare Gaseinsparung bei gleichzeitig gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit ist durch den Einsatz von kurzwelligen Infrarot-Trocknern für Druckmaschinen, Beschichtungsmaschinen sowie Papiermaschinen möglich. Die Art von kontaktloser Trocknung lässt sich elektrisch betreiben, wodurch der Gasverbrauch reduziert wird, und bietet entscheidende Vorteile bei der Energieeffizienz.

Umstieg von Gas auf Strom – Welche Druckverfahren eigenen sich prinzipiell zum Umstieg auf elektrische Energie zur Trocknung und Beschichtung?

Grundsätzlich können jegliche gasbetriebene Thermalöl-, Heißluft- und direktbefeuerte Trockner durch kurzwellige Infrarot-Systeme ersetzt werden. Jegliche Wasser- und Lösemittelfarben lassen sich über MICOR *KIR Systeme auf Basis der NIR-Strahlung effizient trocknen. Durch unsere Erfahrungen der letzten 40 Jahre mit zahlreichen Installationen und Versuchen in Druckereien lohnt sich der Einsatz vor allem an folgenden Druckmaschinen:

Bei allen obenstehenden Anlagen ist meist eine platzsparende und kompakte Integration in die bestehende Maschine bei gleichzeitig hohem Energieeintrag nötig. Dies ist durch die spezielle MICOR *KIR – Reflektorgeometrie, eine kompakte Bauweise, hocheffiziente Reflektion und die damit verbundene 98 % Wirkungsweise gegeben. Auch große Arbeitsbreiten und Besonderheiten in der Ansteuerung sind durch den kundespezifischen Sonderanlagenbau durch MICOR *KIR abzudecken. Eine Konstruktion in bereits bestehende Trockneröfen / Gebläse ist ebenfalls umsetzbar, um die Integration so platzsparend wie möglich zu gestalten.

Die MICOR *KIR-Kassetten sind mit Lufttechnik ausgestattet, um den kurzwelligen Infrarot-Trockner zu kühlen. Diese Luft wird nach dem Kühlvorgang dafür genutzt, die aus dem Lack ausgetragene Feuchtigkeit vom Trägermaterial zu entfernen. Auch hier findet dem Prozess entsprechend eine energetisch wirtschaftliche Nutzung statt. Bei der Nutzung von Lösemitteln in ATEX-geschützten Bereichen besteht in Druckereien häufig das Problem, dass aus Sicherheitsgründen keine elektrisch betriebene Trocknung stattfinden kann. Mit unseren Ex geschützten MICOR *KIR-Kassetten können wir sowohl Versuche als auch Endinstallationen in ATEX-geschützten Bereichen realisieren.

MICOR bietet Ihnen ein innovatives und vielschichtiges Sortiment an kontaktlosen, kurzwelligen Infrarot-Trocknungsmodulen, die exakt auf Ihren Trocknungsbedarf zugeschnitten sind. Unsere MICOR Strahler werden von uns anwendungsbezogen dem jeweiligen Maschinenkonzept angepasst. Sie können in verschiedensten Bauformen geliefert werden und sind dank ihrer flexiblen und modularen Bauweise auch in bereits bestehenden Maschinen problemlos integrierbar.

Elektrischer Strom versus Gas – ab wann rechnet sich ein Umrüsten der Trocknungsanlagen auf Infrarot? Erfahrungswerte aus der Praxis.

Die untenstehende Beispielrechnung bietet einen Überblick über die Umrüstung einer Tiefdruckmaschine von einer gasbetriebenen Heißlufttrocknung auf eine kurzwellige Infrarottrocknung. Es werden die damit verbunden Energiekosten und Energiebedarfe – Strom versus Gas – abgewägt und eingeschätzt.

Beispielrechnung Umrüstung einer Tiefdruckmaschine – von Gas- auf Strombetrieb

Eine Tiefdruckmaschine bestehend aus fünf Druckwerken und sieben Heißlufttrocknern verursacht im Jahr 2021 bei einer Gesamtleistung von ca. 770 kW im Jahr Gaskosten in Höhe von 86.000 €. Um eine vergleichbare Geschwindigkeit von 350 m/min mit Infrarot zu erreichen, wird pro Druckwerk eine MICOR *KIR Trocknungsanlage je 58,5 kW installiert. Die Gesamtleistung an der Maschine wäre also dann 5 x 58,5 kW = 292,5 kW. Bei einer Produktionszeit von 14 Stunden am Tag und 230 Arbeitstagen im Jahr wäre also die Gesamtleistung pro Jahr: 292,5 kW x 14 h x 230 = 941.850 kWh. Bei einem Strompreis von 0,1 €/kWh wäre also mit Stromkosten in Höhe von 94.185 € im Jahr zu rechnen, was vergleichbar mit den Gaskosten wäre.

Das Beispiel kann nur als grobe Orientierung dienen. Natürlich steht und fällt die Berechnung der Kosten mit dem individuellen Strom- und Gaspreis. Hier lohnt es sich bei Umrüstung auf Infrarottrocknung und einem dementsprechend deutlich höheren Strombedarf, einen entsprechenden Preis mit dem Versorger zu verhandeln. Das Beispiel zeigt, dass Infrarottrockner die Abhängigkeit vom Gas deutlich reduzieren können, ohne dabei Abzüge hinsichtlich Produktionsgeschwindigkeit oder Produktionsqualität hinnehmen zu müssen.

Trocknungsoptimierung – warum *KIR als optimierte NIR Infrarot-Strahlung besonders energieeffizient ist

MICOR *KIR nutzt kurzwellige Infrarotstrahlung (NIR) zur Trocknungsoptimierung. Speziell das Spektrum der kurzwelligen Infrarotstrahlen im NIR Bereich (0,76 μm bis 2 μm) hat dabei einiges mehr zu bieten als landläufig bekannt ist. Bei bestimmten Produktsegmenten hat sich teilweise der Einsatz von UV-Trocknungen im Etiketten- und Flexodruck oder beispielsweise in der Beschichtungstechnik zum Vernetzen von Silikonsystemen durchgesetzt.

Es gibt allerdings auch unzählige sinnvolle und effiziente Anwendungen der NIR-Technologie mit kurzwelligem Infrarot. Dazu zählen beispielsweise:

• IR Trocknung von Druckfarben und Lacken im Verpackungsdruck
• Infrarot-Zwischentrocknung im Flexodruck zur Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit
• IR Trocknung von Silikon
• Optimierung der Haptik bei Geschenkpapier
• Trocknung von Beschichtungen
• Erwärmen von Klebern
• Feuchtigkeitsprofil Korrektur in der Papierproduktion
• IR Trocknung im Etikettendruck
• Nachtrocknung zur Geruchsreduktion von Lacken (2K, wasserlöslich, lösemittellöslich)

Die NIR-Strahlungsenergie wirkt im Produkt. Die Strahlen dringen in das Material, also beispielsweise die Druckfarbe, ein und erwärmen/trocknen von innen nach außen. Hier liegt also ein entscheidender Unterscheid zur Heißlufttrocknung, welche von oben nach unten trocknet und so oft zu einer ungewollten Hautbildung führt.

Die kurzwellige Infrarotstrahlung ist eine sehr konzentrierte Energie, die in Sekundenbruchteilen zur Verfügung steht. Ihre Einwirkung stoppt sofort nach Abschaltung, wodurch auch bei einem abrupten Produktionsstopp keine Gefahr durch extreme Wärme ausgeht. Es werden dementsprechend bei MICOR *KIR Systemen keine Vorheiz- und Abkühlzeiten benötigt. Die NIR Strahlung ist eine reine Strahlungsenergie, daher ist kein Trägermedium notwendig. Ebenfalls ist kurzwellige Strahlung leicht regelbar und ermöglicht so eine schnelle Leistungsanpassung an beispielsweise die Druckmaschinengeschwindigkeit.

Neben dem Nutzen der kurzwelligen NIR-Strahlung, haben MICOR *KIR Systeme noch einige spezielle Vorteile, die über die reine „near infrared radiation“ hinaus gehen:

• Integrierbar: Einbau in bereits bestehende Trocknungs- und Erwärmungssysteme
• Geringer Energieaufwand: Durch exakte Ausrichtung der Strahlen wird Wärme nur dort erzeugt, wo sie gebraucht wird.
• Sicherheit und Umweltfreundlichkeit: Geringe Umgebungswärme (keine Verluste)
• Explosionsschutz gewährleistet: MICOR *KIR-Systeme sind zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet
• Hocheffiziente Steuerungselektronik: Visualisierung durch Touch-Panels, Rezepturspeicher, Signalaustausch an bestehenden Anlagen.
• Geringe Investitionskosten: Kompakte Systeme, wartungsfreundliche Konstruktionen – oftmals sehr schnelle Amortisation durch Leistungssteigerung.

MICOR *KIR Systeme lassen sich sowohl als zusätzliche Trocknung für besondere Aufträge verwenden als auch um die allgemeine Produktionsgeschwindigkeit zu steigern und so die Effizienz der Anlage zu erhöhen.

Praxisbeispiele aus dem Verpackungsdruck – Trocknungsoptimierung im Flexodruck und im Tiefdruck

Die Entwicklung immer neuer, hochqualitativer Verpackungen ziehen Änderungen im Fertigungs- und Produktionsablauf und damit oftmals erhöhte Anforderungen an bestehende Druck- und Beschichtungsmaschinen nach sich. Ein immer wiederkehrendes Einzelkriterium ist die Leistungsfähigkeit der bestehenden Trocknungsanlagen. Mit diesem Aspekt verbunden ist ihre leistungslimitierende oder qualitätsmindernde Performance, wie z.B. durch erhöhte Mengen von Restlösemittel im Druck und Beschichtung oder reduzierte Maschinengeschwindigkeit.

Für den Anwender bieten sich immer dann interessante und wirtschaftliche Lösungen, wenn bereits vorhandene, aber nicht mehr ausreichende konvektive Trocknungskapazitäten, sich durch Zusatzaggregate erweitern lassen oder so modifiziert werden können, dass sie den erhöhten Trocknungsanforderungen entsprechen. In dieser Hinsicht kann die *KIR Trocknungstechnologie von MICOR auf Basis von kurzwelliger Infrarotstrahlung zur Trocknungsunterstützung oder als Zusatztrocknung eine Lösung sein.

Druck und Papier – Wie schnell ist ein Umstieg von Gas auf Strom realisierbar?

Viele Unternehmen entscheiden sich für eine Reduzierung ihres Gasverbrauchs bei der Trocknung und möchten auf eine elektrisch betriebene Alternative umsteigen. Hierbei ist es besonders in der heutigen Zeit wichtig, zeitnah realisierbare Lösungen zu finden. Die Gasverfügbarkeit kann in Zukunft für manche Industrien beeinträchtigt sein, wodurch eine elektrisch betriebene Trocknungsanlage für Unternehmen produktionsentscheidend sein kann.

Prinzipiell ist ein Umstieg mit MICOR innerhalb einiger Wochen möglich. Hierzu wird am Anfang ein Betriebsversuch direkt an der Produktion durchgeführt, um darauf aufbauend das individuell passende MICOR *KIR System entwickeln zu können. Neben einer schnellen Umsetzung ist zugleich eine sorgfältige Planung von größter Wichtigkeit. Diese Gründlichkeit in der Planung ist wichtig, um den einwandfreien Umstieg und eine optimierte Trocknung zu garantieren.

Nicht zu unterschätzen sind die weltweit anhaltenden Lieferverzögerungen für elektronische Bauteile. Diese Entwicklung ist auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen und insbesondere im Sonderanlagenbau nicht zu umgehen. Eine allgemeingültige Aussage zur Realisierbarkeit ist daher aktuell nicht möglich.

Energieeffizienz – glücklich ist, wer schon einen qualifizierten Energieberater für seine Druckerei engagiert hat und seinen Gasverbrauch genau kennt

Ein hochwertiges Energiemanagement in Druckereien bzw. der produzierenden Industrie war nie bedeutender als in der aktuellen Situation. Dabei kann ein betriebliches Energiemanagementsystem Unternehmen bei der Prozessoptimierung und dem Energiemonitoring unterstützen, wodurch sowohl die Effizienz als auch die Nachhaltigkeit gesteigert werden kann.

Die DIN ISO 50001 als internationaler Standard für ein systematisches Energiemanagement an Anlagen kann hierbei eine wichtige Rolle spielen und gewinnbringend für alle Parteien genutzt werden. Besonders Wettbewerbsvorteile durch eine verbesserte Energieeffizienz, motivieren viele Unternehmen sich mit dieser Zertifizierung zu befassen.

Zur generellen Optimierung des Energiemonitorings im ersten und der Energiereduzierung im zweiten Schritt stehen Druckereien ausgewählte Fachleute zur Verfügung, die Energieberatungen durchführen. Dabei werden Energieeinsparpotenziale identifiziert und bewertet, umso darauf aufbauend auch Hilfe bei Entscheidung für Investitionen in die Energieeffizienz zu bieten. Ein Energieberater in der Papierindustrie oder auch in Druckereien sollte mit der Anlageneffizienz und dem Energiemanagement an der Druckmaschine vertraut sein. Hier kann neben dem Kauf einer neuen energieeffizienteren Anlage auch die Optimierung bereits bestehender und eventuell veralteten Anlagen erhebliche Energieeinsparpotenziale mit sich bringen. Dabei sind häufig sogar die Investitionskosten geringer.

Der Trocknungsprozess bei Papiermaschinen und Druckmaschinen, welcher oft mit einem sehr hohen Energieverbrauch verbunden ist, bietet für viele Unternehmen die Möglichkeit zur Einsparung von Energie. Unabhängig vom genauen Weg ist eine schnelle Reaktion auf die sich täglich verändernde Situation, bei gleichzeitiger Steigerung der Energieeffizienz, sowie Erhalt der Produktionsbereitschaft in der heutigen Zeit unvermeidbar. Die seit Monaten ansteigenden steigenden Energiepreise sind für Unternehmen aller Branchen zu einem deutlich spürbaren Kostenfaktor geworden, weshalb ein durchdachtes Energiemanagement unerlässlich erscheint.

Als regenerative Energie wird Strom aus erneuerbaren Energien eine wachsende Bedeutung beim Thema Energieeffizienz zugeschrieben. Rund 74,5 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) Strom wurden laut BDEW im ersten Quartal 2022 aus Erneuerbaren Energien erzeugt und damit fast 25 Prozent mehr als im Vorjahreszeitraum. Energieeinsparungen über die Abwärmenutzung oder auch Solarstrom auf Industriehallen ist hierbei ein stetig wachsender Ansatz, um wettbewerbsfähig und unabhängig von konventionellen Energieträgern zu werden. Die Nutzung des erzeugten oder eingekauften Stroms kann über hochwertige kurzwellige Infrarot-Systeme, mit sehr geringen Energieverlusten, optimiert werden. Diese Systeme lassen sich für Trocknungs- und Erwärmungsprozesse einsetzten und tragen so zu einer positiven Energiebilanz bzw. zur Energiereduzierung bei.

Gerade an Druckmaschinen, die viel Energie zur Trocknung von Farbaufträgen oder auch zur Erwärmung des Trägermaterials benötigen, ist dies ein immenser Vorteil. Die Wirtschaftlichkeit und im zweiten Schritt die Amortisation der NIR-Trockner wird durch konstante Produktqualität, gleichbleibende Maschinengeschwindigkeiten sowie der Energieeinsparung realisiert.

Auktionsmodell Gas – was wir bisher wissen und was es für die Papier- und Druckbranche bedeuten kann

Auf Grund der stockenden Gaslieferung aus Russland und dem immer näher rückenden Winter hat Wirtschaftsminister Habeck ein Gas-Auktionsmodell vorgeschlagen. Das Programm wurde Anfang Oktober gestartet. Das Ziel ist, die Gasspeicher möglichst schnell zu füllen. Dabei soll Industriekunden, die Gas im großen Stil verbrauchen, Anreiz gegeben werden, Gas einzusparen und Deutschland so besser auf den kommenden Winter vorzubereiten.

Bei solch einem Auktionsmodell können die Unternehmen anbieten, zu welchem Preis sie gewisse Gasmengen nicht länger verbrauchen. Dieses nicht genutzte Gas steht dann wieder dem Markt zur Verfügung. Die Höhe der staatlichen Entschädigungszahlung wird durch die Auktion bestimmt, bei der das niedrigste Angebot den Zuschlag erhält. Unternehmen, die also leichter Gas einsparen können, werden einen niedrigeren Preis anbieten und dementsprechend eher den Zuschlag bekommen.

Das Gas-Auktionsmodell orientiert sich an vergleichbaren Modellen aus dem Kohle- und Strommarkt und nutzt den Mechanismus des Marktpreises. In der Industrie gibt es noch viel Gaseinsparpotenzial, welches jedoch aus Kostengründen nicht genutzt wird. An diesem Punkt setzt das Gas-Auktionsmodell an. Die Entschädigungszahlungen können Unternehmen finanziell bei der Umsetzung alternativer und kostenintensiver Energiesparmaßnahmen unterstützen. Es soll Unternehmen den Anreiz geben, ihren Gasverbrauch grundlegend zu überdenken und nur für unverzichtbare Prozesse weiterhin Gas in großen Mengen zu verbrauchen. Sollte es im Winter zu Einschränkungen in der Gasverfügbarkeit kommen, würde das knappe Gas den Unternehmen zur Verfügung stehen, die es am dringendsten brauchen.

Anlageneffizienz ohne Gas – Trocknungsoptimierung führt häufig zu Energieeffizenz auch bei kurzwelliger Infrarot-Strahlung!

Die aktuelle Lage bedeutet für viele Unternehmen große Unsicherheit und fordert auf der anderen Seite kurzfristig umsetzbare Lösungen. Sowohl die Frage der zukünftigen Gasverfügbarkeit als auch der enorme Preisanstieg der Energiekosten, setzten viele Branchen unter Druck. Um den Schaden zu minimieren ist es besonders für die energieintensiven Industrien wie Papier, Stahl oder Druck wichtig schnell zu handeln.

Jedes Unternehmen sollte sich mittlerweile Gedanken über Energiesparmaßnahmen und besonders die Reduzierung seines Gasverbrauchs machen. Für die Druck- oder Papierindustrie kann insbesondere der Trocknungsprozess Einsparmöglichkeiten bieten. Eine gasbetriebene Trocknung von Papier oder Farbe lässt sich durch eine kurzwellige Infrarottrocknung (NIR) ersetzten. Dabei muss ein hochenergetisches System gewählt werden, welches es erlaubt, die Energiekosten zu senken beziehungsweise dem enormen Anstieg entgegenzuwirken und dabei trotzdem eine konstante Trockenleistung bietet. Hier können MICOR *KIR Systeme, welche kundenindividuell gefertigt werden und leicht integrierbar sind, optimal zum Einsatz kommen.

Man profitiert hierbei von der kurzwelligen Infrarotstrahlung, der hocheffizienten Strahlungsenergie und sekundenschneller Reaktion. Gerade die einzigartige MICOR *KIR Technologie erhöht nochmals die Effizienz der IR-Trocknung. Das System kann sowohl als zusätzliche Trocknung eingesetzt werden oder auch bestehende Gastrockner komplett ersetzen.

Produktionsgeschwindigkeit erhöhen – Produktionsstillstand verhindern

Eine zusätzliche Infrarottrocknung kann in normalen Zeiten parallel zur Gastrocknung eingesetzt werden, um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Im Falle einer akuten Gas-Knappheit kann ein IR-Trockner im Idealfall den Produktionsstillstand verhindern.

MICOR bietet über 45 Jahre an Kompetenz und Erfahrung für maßgeschneiderte Lösungen mit kurzwelliger Infrarotstrahlung. MICOR *KIR Systeme werden für Erwärmungs- und Trocknungsprozesse eingesetzt, um so eine energie- und kosteneffiziente Produktion zu erreichen.

Der allererste Schritt zu mehr Energieeffizienz ist hierbei meistens ein Prozesstest mit einer Simulationseinrichtung direkt an der entsprechenden Maschine. Dabei lassen sich alle wichtigen Parameter erfassen, die zur Auslegung einer neuen MICOR Anlage benötigt werden. Der Effekt der kurzwelligen Infrarotstrahlung auf verschiedensten Materialien ist dabei „live“ zu beobachten.