Auf die Planung kommt es an

Anlagenbau-Experten ergründen Wege zur ressourceneffizienten Anlage

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06.03.2012 Der erste Schritt zum effizienten Betrieb einer Produktionsanlage beginnt auf dem Reißbrett: Bereits die Planung hat großen Einfluss darauf, wie groß der Ressourcenhunger im späteren Betrieb sein wird. Auf der 7. Tagung „Anlagenbau der Zukunft“ stellte das Fraunhofer-Institut IFF das Thema in Magdeburg in den Mittelpunkt.

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Es gibt viele Wege, Anlagen ressourceneffizient zu planen und zu betreiben“, eröffnete Institutsleiter Prof. Michael Schenk am 1. März 2012 die Veranstaltung und schlug gleich den Bogen, wie der Anlagenbau helfen kann, durch den Einsatz neuer Technologien und Anlagen sowie neuer Formen der Energiewandlung und der Schaffung geschlossener Kreisläufe den Ressourcenhunger der Anlagen zu bändigen und die neuen Marktanforderungen zu beherrschen. 

Wie wichtig das insbesondere für Spezialchemie-Anbieter ist, verdeutlichte Dr. Frank Stenger, Evonik, am Beispiel von Elektronikchemikalien, wie sie für Speicherchips zum Einsatz kommen. „Volatile neue Märkte bieten nur ein kleines Zeitfenster für den Einstieg“, erläuterte Stenger. Die Folge: Klassische Anlagenplanungskonzepte wie sie für effiziente aber unflexible World-Scale-Anlagen oder aber flexible, aber wenig effiziente Mehrproduktanlagen üblich sind, bergen für solche Produkte ein hohes wirtschaftliches Risiko.

Marktschwankungen und -risiken minimieren

Als Antwort auf die Frage, wie man eine Anlage so konzipieren kann, dass sie Marktschwankungen standhält, hat der Spezialchemiehersteller ein Containersystem entwickelt, das flexibel genutzt werden kann. Da Anlagenplanung und Produktentwicklung parallel stattfinden, sinkt die Markteinführungszeit dramatisch: Evonik konnte seine neue Silanverbindung mehr als zwei Jahre früher in den Markt bringen, als beim klassischen Planungsprozess. Und die „Containerchemie“, die wir unter anderem im Trendbericht Anlagenbau in CT 3 beschrieben hatten, zeichnet sich durch einen weiteren Effekt aus: Der knappe Bauraum zwingt die Entwickler zur Prozessintensivierung und damit zu einem effizienten Ressourceneinsatz.

Ähnliche Erfahrungen hat man auch im Projekt F3 gemacht, über das wir ebenfalls bereits mehrfach in der CT berichtet haben: Auch hier werden Chemieprozesse auf engstem Raum in transportablen „Containereinheiten“ aufgebaut. Hier streben die Entwicklungspartner aus Chemieindustrie und Forschung eine Standardisierung der eingesetzten Funktionseinheiten auf einem würfelförmigen Rastermaß an. Der erste Container soll bereits in den nächsten Monaten im Forschungszentrum Invite in Leverkusen in Betrieb gehen, berichtete Tobias Grömping, Bayer.

Individuell geplante Anlagen mit Energie- und Stoffkreisläufen optimieren

„Es gibt keinen Königsweg zur Ressourceneffizienz, sondern man muss die Standardisierung gegen eine Optimierung individuell geplanter Anlagen rechnen“, setzte Wolfgang Gstrein, Geschäftsführer beim Engineeringspezialisten VTU, einen Kontrapunkt. Gstrein verdeutlichte an Beispielen, wie sich auch heute noch Investitionen in Energie- und Stoffkreisläufe in individuell geplanten Anlagen rechnen lassen und zu Einsparungen führen.

Für die zukünftige Entwicklung und Planung von Chemieanlagen wird die Forderung nach Flexibilität und Minimierung des Investitionsrisikos eine wesentliche Herausforderung sein. „Wir planen rein funktional Anlagen, die für einen stationären Betrieb ausgelegt sind und simulieren noch zu wenig einen ressourcenoptimierten Betrieb“, verdeutlicht Schenck. Seiner Meinung nach fehlt es für die Optimierung von Anlagen unter wechselnder Last bislang noch am Engineering-Know how. Außerdem setzt dies eine noch sehr viel stärkere Digitalisierung des Entwicklungs- und Planungsprozesses voraus.

Erste Lösungsansätze sind bereits in Ansätzen erkennbar. Doch in Zukunft werden Werkzeuge, die in Konstruktion und Planung genutzt werden, nahtlos auch in die Betriebsphase überführt werden müssen. Doch gerade bei der Integration von Maschinensteuerungen und der ihnen unterlagerten Software besteht die Crux darin, dass deren Entwicklung in der Regel völlig losgelöst von der Prozesskenntnis erfolgt. „Eine nicht optimale Programmierung führt im späteren Betrieb zu Verlusten“, erläutert Schenck. Die Vision des Fraunhofer IFF „Vom digitalen ressourceneffizienten Anlagenmodell zur realen ressourceneffizienten Anlage“ scheint zumindest so lange eine Vision zu bleiben, bis die Engineering-Werkzeuge durchgängig integriert sind.

Digitalisierung als Schlüssel zur Effizienz

Welche Bedeutung solche Werkzeuge auch für die Planung von Anlagenabstellungen und -revisionen haben, verdeutlichte Dr. Ralf Sick-Sonntag, Bayer Material Science. Sick-Sonntag berichtete von einem gegenüber der klassischen Tagesinstandhaltung wachsenden Anteil von Turnaround-Projekten. Hier geht es einerseits darum, die Zeit für die Anlagenabstellung so kurz wie möglich zu halten, andererseits sollen während dieser Phase gezielt Maßnahmen zur Effizienzsteigerung umgesetzt werden. „Versteckte Ressourcen freizugeben, ist der größte Hebel der Instandhaltung“, so Sick-Sonntag. Und hier haben Betreiber und Planer in der Chemie noch Lernbedarf: „Planer müssen sehr viel früher fertig werden und ihre Arbeitsergebnisse in den Ablauf des Turnarounds einpassen. Und: Die Maßnahmen müssen akribisch geplant sein, nicht nach der Devise „Das korrigiert der Construction Manager vor Ort“.

Wie ein struktureller Wandel in der Rollenverteilung den Planungsprozess beeinflusst, zeigte auch Axel Franke von der BASF: Durch den Wechsel im betreibernahen Engineering weg vom Betriebsingenieur als Generalisten hin zu einer Rollenteilung unter Spezialisten steigt aufgrund der höheren Arbeitsteilung die Komplexität im Projekt. Dazu kommt, dass Lieferanten und Engineering-Partner heute in weitaus größerem Maße in Projekte integriert werden müssen. Aufgrund fehlender Transparenz kann es dabei zu Informationsverlusten kommen. Dem soll durch eine Digitalisierung der Anlagen mit Werkzeugen wie Laserscanning, 3D-Planung und Virtual Reality entgegengewirkt werden. Beim größten Chemieunternehmen der Welt verspricht man sich davon um bis zu 30 Prozent kürzere Durchlaufzeiten. „Doch es geht nicht nur um Technik, sondern auch um Prozesse, Mitarbeiter und Organisation“, verdeutlicht Franke vor dem Hintergrund, das auch heute noch Projekte mit einer großen Anzahl an Rohrleitungen noch ohne 3D-Planung realisiert werden. Der Weg zur vollständig digitalisierten Anlage bleibt weit und steinig.

Dass sich aber auch mit den heute verfügbaren klassischen Planungsprozessen Ressourcen sparen lassen, verdeutlichte Gerhard Berge vom Pumpenhersteller KSB: 60 Prozent der hier möglichen Einsparungen lassen sich erst durch eine Systembetrachtung heben – und diese setzt wiederum gute Planung voraus.

Fazit: Ressourcen- und Energieeffizienz einer Anlage sind ganz klar eine Frage des Anlagenbaus. Hier sind kreative Lösungen gefordert. Voraussetzung dafür ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Planern und Betreibern.

Die aktuellen Herausforderungen im Anlagenbau sind auch Thema des 2. Engineering Summit, der am 20. und 21. November in Mannheim stattfinden wird. Infos: www.engineering-summit.de

Heftausgabe: April 2012

Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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