Datum: Branche: Technologie:

Maestrani setzt auf Energieeffizienz

Maestrani hat in die Zukunft investiert und seine Energie­versorgung für seine Schokoladenproduktion durch effiziente und umweltfreundliche Kältetechnik und Wärmepumpen modernisiert. Ziel ist es, in den nächsten Jahren Schokolade CO2-neutral zu produzieren.

von Cordin Arpagaus

Die Firma Maestrani in Flawil. (Bild zvg)
Vereinfachtes Prozess-Schema der realisierten Energieversorgung mit Kälte- und Wärmemaschinen und Speicher. (Bild zvg)

Die Maestrani Schweizer Schokoladen AG ist ein Familienunternehmen in Privatbesitz. Seit 2003 ist die gesamte Produktion in Flawil zusammengelegt. Mit rund 150 Mitarbeitenden ist der Ostschweizer Schokoladehersteller ein wichtiger Arbeitgeber in der Region. Durch Produktinnovationen und eine Steigerung des Exportgeschäfts ist es Maestrani gelungen, die Schokoladenproduktion auf der Hochpreisinsel Schweiz zu halten. Jährlich produziert das Unternehmen rund 3500 Tonnen Schokolade. Rund zwei Drittel des Umsatzes von rund 50 Millionen Franken werden in der Schweiz generiert. Der Exportanteil beträgt rund 35 Prozent.

Kakaobohnen sind der wichtigste Rohstoff zur Herstellung von Schokolade. Nach der Röstung und Feinvermahlung wird die Kakaomasse mit Zucker und zusätzlicher Kakaobutter zur Grundmasse für die klassische dunkle Schokolade gemischt. Weil flüssige Milch zu wässrig ist, um sich mit der Schokoladenmasse zu verbinden, erfand der Schweizer Henri Nestlé 1867 das Milchpulver. Fügt man Milchpulver oder Kondensmilch der Schokoladenmasse hinzu, entsteht die Grundmasse für Milchschokolade.

Conchieren – der Aroma-Katalysator

In grossen Conchiermaschinen wird die Schokoladenmasse mehrere Stunden lang sanft bewegt, sehr fein gemahlen und veredelt. Durch Reibung und Wärme schmilzt der Kakao und die vielen Aromen werden freigesetzt. Ein zweiter Effekt beim Conchieren ist das Umschliessen der Kakaopartikel mit Kakaobutter. Eine neue Generation von Conchiermaschinen erleichtert die dafür notwendige präzise Steuerung der einzelnen Produktionsschritte. Damit die Schokoladenmasse cremig bleibt, wird diese nach dem Conchieren bei rund 45 °C aufbewahrt. Die Schokoladenmasse ist nun bereit zur weiteren Verarbeitung.

Das Sortiment von Maestrani umfasst rund 300 verschiedene Produkte, verteilt auf die drei Marken Minor, Munz und Maestrani. Neben den klassischen Prügeli, Tafel, Bananen oder Glückskäfer entwickelt Maestrani auch kundenspezifische Nischenprodukte, wie beispielsweise koschere Schokolade oder vegane Produkte.

Im Bereich Nachhaltigkeit nimmt Maestrani unter den Schweizer Schokoladeherstellern eine Führungsrolle ein. Seit 2016 werden die Kakaorohwaren vollständig aus fairem Handel (fair­trade) bezogen. Der Anteil von biologisch zertifizierten Kakaoprodukten wird kontinuierlich ausgebaut.

CO2-Ausstoss reduzieren, Energieeffizienz erhöhen

Die Produktion von Schokolade und die damit verbundenen Anforderungen an die Werks­klimatisierung sowie die Temperaturführung innerhalb der Produktion sind sehr energieintensiv. Um den Energieverbrauch von rund 7200 MWh im Jahre 2016 auf 5300 MWh im Jahr 2019 zu senken, hat Maestrani in eine neue moderne Energiezentrale investiert.

Zusammen mit der Energieagentur für Wirtschaft (EnAW) wurde ein umfangreiches Massnahmenpaket vereinbart, das Maestrani dazu verpflichtet, von 2013 bis 2020 am Produktions-standort in Flawil die CO2-Emissionen um mindestens 179 Tonnen zu senken, dies insbesondere durch die Reduzierung des Strom- und Gasverbrauchs für Heizen und Prozessgas. Das primäre Ziel ist es, in den nächsten Jahren CO2 neutral Schokolade zu produzieren. Eine schrittweise Umstellung auf Elektrofahrzeuge ist ebenfalls geplant.

Neue Energiezentrale

Die Carnotech AG aus Zofingen hat die neue Energieversorgung mit modularem «kältegeführten» Konzept geplant. Die zentralen Herausforderungen waren ein breites Temperaturspektrum von 5 bis 70 °C abzudecken, die Kälte- und Wärmeerzeugung sinnvoll zu koppeln, und die Temperaturführung punktuell genau und energieeffizient zu steuern. Seit 2016 tragen massgeschneiderte CTAexklusiv-Kälte- und Wärmemaschinen von der Schweizer Firma CTA AG in Münsingen dazu bei, dass die Schokolade qualitativ noch hochstehender wird. Die Firma Seiz Haus- und Industrietechnik AG aus Flawil hat die Anlagen fachgerecht installiert. Mit Energie versorgt werden Teile der Fabrik und das im April 2017 in Betrieb genommene Besucherzentrum «Maestrani’s Chocolarium» mit integriertem Laden.

Heute sind 3 identische CTAexklusiv-Kälte- und Wärmemaschinen in Betrieb, die je nach Bedarf Kälte (rund 222 kW pro Maschine) oder Wärme (rund 276 kW pro Maschine) erzeugen. Jede Wärmepumpe ist wiederum mit 4 Hubkolbenverdichtern und 2 Kältemittelkreisläufen mit je 16 kg Füllmenge ausgerüstet. Im Endausbau ist die Energiezentrale dank des modularen Aufbaus ausbaufähig auf bis zu 8 Maschinen, was einer Kältekapazität von rund 2 MW entspricht. Eine CTAexklusiv-Maschine hat sechs verschiedene Betriebspunkte. In Tabelle 1 sind zwei Betriebspunkte für die Kälte- und Wärmeproduktion dargestellt, welche die Einsatzgrenzen der Wärmepumpen aufzeigen.

Klimafreundliches HFO-Kältemittel

Genauso wichtig wie die hohe Leistung der Anlage war die Auswahl des Kältemittels. So entschied man sich für das klimafreundliche HFO R1234ze(E). HFO-Kälte­mittel (Hydrofluorolefine) sind synthe­tische Kältemittel mit sehr geringem Treibhauspotenzial, die nach der aktuellen Schweizerischen Chemikalien-Risikoreduktionsverordnung (ChemRRV) zulässig sind. Obwohl R1234ze(E) leicht brennbar ist (Sicherheitsklasse A2L), wird die Anlage dank Gassensoren, Lüftung und Alarmierung optimal überwacht und sicher betrieben.

Die neue Energieversorgung deckt ein breites Temperaturspektrum von 5 bis 70 °C ab, je nach Prozessschritt in der Schokoladenherstellung. Das vereinfachte Prozessschema zeigt die realisierte Energieversorgung mit den Wärmepumpen und Kälte- (28 m3) bzw. Wärmespeicher (30 m3). Die beiden Speicher ermöglichen den Ausgleich zeitlicher Fluktuationen je nach Energiebedarf und -nachfrage. Die Temperaturniveaus der einzelnen Produktionsprozesse mit den grössten Verbrauchern sind:

  • 5 °C/11 °C: Produktionskälte und Klimatisierung der Produktionsräume
  • 11 °C/17 °C: Kühlprozesse, Kühlung der Räume, Klimatisierung Besucherzentrum «Chocolarium»
  • 45 °C/35 °C: Rückkühlung
  • 55 °C/45 °C: Wärmerückgewinnung (WRG), Conchiermaschinen, Zwischenlagerung von Produkten, Wärmeraum, BWW Aufbereitung, Heizung «Chocolarium»
  • 70 °C/60 °C: Fett- und Kakao Schmelzwannen, diverse Dekristallisatoren, Aufwärmschränke, Luftheizapparat
  • 80 °C/70 °C: Dekristallisatoren von verschiedenen Produktionslinien, Wärmeküche, Eintafelungsanlagen, Einstreichanlage, Schokoladen-Prügeli-Linie

Die Schokoladenproduktion läuft im Zwei-Schicht-Betrieb. Kälte wird durchgehend benötigt, weshalb die Energieversorgung «kältegeführt» ist. Die Prozesse auf bis zu 80 °C übernimmt noch ein Gaskessel mit rund 640 kW Heizleistung. Wenn die Schokoladenproduktion über die Weihnachtstage stillsteht, wird der Gaskessel aus Gründen der Redundanz und als Notheizung in Betrieb genommen, um die Warmhaltung der Schokolade zu überbrücken. Schliesslich ist noch ein elektrischer Dampferzeuger mit etwa 400 kW Heizleistung und eine Druckluftanlage zur pneumatischen Steuerung der Produktionsanlagen im Einsatz. Obwohl keine Grundlast an Dampf besteht, kann je nach Bedarf kurzfristig Dampf zur Verfügung gestellt werden, insbesondere für die Puderzuckertrockner (8 bar, 175 °C), For­menwaschanlage (5 bar, 159 °C), Kochanlage (1,5 bar, 127 °C), Bananenproduktion (1,35 bar, 126 °C), oder Besprühung (1,05 bar, 120 °C).