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Kühltransport und
Kühllagerung unter Einsatz von "Kontrollierter Atmosphäre" (CA) und
"Modifizierter Atmosphäre" (MA)
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| Vortrag von Herrn Dr.-Ing. Yves Wild,
Hamburg |
1. Einleitung
Weitgehend unbemerkt von der Öffentlichkeit wird in den
Obstanbaugebieten seit Jahrzehnten für die Lagerung von Äpfeln und Birnen
"Kontrollierte Atmosphäre" (CA) eingesetzt. Nur so läßt sich erklären, daß
auch im Frühjahr noch deutsche Äpfel in guter Qualität auf dem Markt erhältlich sind.
Seit Anfang der neunziger Jahre findet CA zunehmend Einsatz im Transportbereich und in
Form von "Modifizierter Verpackung" (MA) auch im Einzelhandel.
Der vorliegende Beitrag soll einen Überblick über den
heutigen Stand des Einsatzes von CA und MA geben. Es ist davon auszugehen, daß diese
Technik in den nächsten Jahren weitere Verbreitung finden wird.
Zurück zum Anfang
2. Kühltransport über
See
Nach einem Einbruch Anfang der Achtziger wächst die Menge
der über See transportierten Kühlgüter beständig mit ca. 1,4 Mio Tonnen pro Jahr. Dies
entspricht in 1996 einer Zunahme von ca. 3,5 % (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1 |
Die Hauptkühlgüter sind Bananen, Fleisch,
Citrus-Früchte, Fisch und Saisonobst. Die Entwicklung dieser verschiedenen Kühlgüter
während der letzten 15 Jahre ist in Abbildung 2 gezeigt. Die absolut größten Zuwächse
treten dabei bei Bananen und Fleisch auf, deren Anteil am Gesamtmarkt ohnehin schon hoch
ist.
Abbildung 2 |
In Abbildung 3 sind die Anteile der verschiedenen
Kühlgüter an der Gesamtmenge im Jahr 1996 gezeigt. Die typischen Tiefkühlgüter
Fleisch, Fisch und Milchprodukte stellen damit einen Anteil von zusammen ca. 41 %,
während auf den Fruchttransport ca. 56 % entfallen.
Abbildung 3 |
Die Hauptherkunftsländer der Kühlgüter sind in Abbildung
4 gezeigt. Auch hier wird die starke Bedeutung des Fruchttransportes deutlich, da Länder,
wie Costa Rica, Südafrika, Equador, Kolumbien und Marokko, in erster Linie
Fruchtlieferanten sind.
Abbildung 4 |
Dabei werden große Mengen der Kühlgüter heute immer noch
in Kühlschiffen transportiert, wie dies insbesondere bei den Bananen der Fall ist.
Abbildung 5 zeigt die Entwicklung der Welt-Kühlschiffsflotte, wobei 1996 erstmals seit 12
Jahren ein Rückgang zu verzeichnen war. Ursache hierfür war ein starker Anstieg in den
Jahren vorher, wodurch es zu einem Verfall der Charterraten kam.
Abbildung 5 |
Zudem nimmt auch der Markt der Kühlcontainer stark zu und
stellt eine ernsthafte Konkurrenz zu den Kühlschiffen dar. Dabei wird der
Kühlcontainer-Markt heute weitgehend vom Integral-Kühlcontainer mit eigenem
Kühlaggregat beherrscht.
Abbildung 6 zeigt die Entwicklung der weltweit verfügbaren
Kühlcontainerflotte während der letzten zehn Jahre ([3] - [7]). Die Zahl der
Integral-Kühlcontainer nimmt seit Jahren beständig zu. So wurden Ende 1995 ca. 520.000
TEU gezählt bei einer jährlichen Zuwachsrate von ca. 60.000 TEU bzw. 15 %.
Abbildung 6 |
Diese Zuwachsrate liegt deutlich höher als die Zunahme der
über See transportierten Kühlgüter, was nur mit einer zunehmenden Containerisierung des
Transportes zu erklären ist.
Da ein TEU ungefähr 1000 cft entspricht, steht mit ca. 600
Mio. cft Kühlraum in Kühlcontainern mittlerweile beinahe das Doppelte des Kühlraumes
zur Verfügung, der auf Kühlschiffen vorhanden ist. Allerdings muß berücksichtigt
werden, daß der Auslastungsgrad der Kühlschiffe wahrscheinlich höher ist als der der
Kühlcontainer.
Betrachtet man gleichzeitig die Verteilung der
verschiedenen Containergrößen an der Gesamt-Flotte, so dominieren die 40ft-Container
deutlich (1 FEU = 2 TEU). Insbesondere in den letzten Jahren haben die
sogenannten High-Cube-Container mit einer Höhe von 9'6'' den Markt erobert
(siehe Abbildung 7).
Basierend auf diesen Zahlen, kann davon ausgegangen werden,
daß die absolute Anzahl der Kühlcontainer zur Zeit ca. 330.000 Stück beträgt und pro
Jahr um ca. 32.000 Stück wächst. Die Gesamtproduktion liegt dabei noch höher, da zur
Zeit ca. 12.000 TEU pro Jahr ausgemustert und ersetzt werden [8].
Abbildung 7 |
Zurück zum Anfang
3. CA / MA -
Prinzip
Durch den Einsatz von CA wird die Haltbarkeit von Früchten
und Gemüsen nicht nur durch Kühlung, sondern auch durch Änderung der
Luftzusammensetzung im Raum (Container) verlängert. Üblicherweise wird dabei der
Sauerstoffgehalt auf 1 - 3 % abgesenkt (normale Luft: 21 %) und der
Kohlendioxidgehalt auf Werte von 5 - 25 % angehoben (normale Luft:
0,03 %) [9] [10]. Die Atmosphärenzusammensetzung, die die längste Haltbarkeit
ergibt, hängt in erster Linie von der Fruchtart, der Sorte, dem Anbaugebiet sowie dem
Erntezeitpunkt ab.
Durch die geeignete Atmosphäre wird die Atmung der
Früchte (siehe Abbildung 8) reduziert und damit die längere Haltbarkeit erzielt. Die
Fruchtatmung kann dabei mittels CA um ca. 30 - 50 % gegenüber der Atmung
in Normal-Atmosphäre reduziert werden. Hierdurch lassen sich die Transitzeiten
verlängern, so daß zum Beispiel Früchte, die normalerweise nur per Luftfracht
transportiert werden können, auch im Kühlcontainer verschiffbar werden. Eine andere
Möglichkeit ist es, die Früchte später zu ernten, um damit eine bessere Fruchtqualität
zu erreichen.
Abbildung 8 |
Abbildung 9 zeigt für einige Früchte und Gemüse den
Einfluß der Temperatur auf die Atmungsaktivität. Der Einfluß einer
Atmosphärenveränderung kommt dann noch dazu.
Abbildung 9 |
In Abbildung 10 sind für eine Vielzahl von Früchten und
Gemüsen Atmungsaktivitäten bei verschiedenen Temperaturen in Normal-Atmosphäre
angegeben. Diese können als Richtwerte für die Auslegung von CA-Räumen verwendet
werden.
Abbildung 10 |
Eine falsche Zusammensetzung der Atmosphäre kann
allerdings auch Schäden hervorrufen. Ein zu geringer Sauerstoffgehalt wie auch ein zu
hoher Kohlendioxidgehalt können die Frucht dauerhaft schädigen. Zudem muß beachtet
werden, daß Ethylen, welches von den Früchten erzeugt wird und gleichzeitig den
Reifungsvorgang beschleunigt, aus der Atmosphäre entfernt wird.
Abbildung 11 stellt typische CA-Bedingungen für
verschiedene Früchte und Gemüse dar. Außerdem sind die kritischen Werte für zu
niedrigen Sauerstoffgehalt und zu hohen Kohlendioxidgehalt angegeben.
Abbildung 11 |
Die ersten CA-Anwendungen an Land nutzten einfach die
Fruchtatmung, um den Sauerstoffgehalt abzusenken und den Kohlendioxidgehalt anzuheben. Die
Früchte wurden in einen gasdichten Raum eingebracht, und die Atmosphäre veränderte sich
von selbst. In einem Apfellager dauerte es so mehrere Wochen, bis der Sauerstoffsollwert
von 2 % erreicht war. Um den CO2-Gehalt zu senken, wurde einfach
gebrannter Kalk in den Raum eingebracht. Um den Sauerstoffgehalt zu erhöhen, wurde Luft
zugegeben.
Heutzutage wird der Aufbau der Atmosphäre üblicherweise
dadurch erreicht, daß der Raum mit Stickstoff gespült wird (normale Luft: 78 %
Stickstoff). Der Stickstoff wird entweder aus der Umgebungsluft gewonnen, oder es wird
Flüssigstickstoff aus Tanks verwendet. Als Stickstofferzeuger sind Membrananlagen oder
Druckwechselanlagen (PSA) gebräuchlich. Im Fall der Membrananlagen wird Preßluft über
eine Membran geleitet, die unterschiedliche Permeabilitäten für Sauerstoff und
Stickstoff aufweist. Bei PSA-Systemen wird Aktivkohle eingesetzt, die bei hohem Druck
Sauerstoff aufnimmt und bei niedrigem Druck wieder freigibt.
Um den Kohlendioxidgehalt zu senken, werden zwei Systeme
verwendet: Spülen mit Stickstoff oder CO2-Scrubber. Das Spülverfahren wird
oftmals angewendet, wenn ein Stickstofferzeuger vorhanden ist. Da der Restsauerstoffgehalt
des erzeugten Stickstoffes in der Regel immer noch 2 - 3 % beträgt, kann
der Sauerstoffgehalt im Raum nicht nennenswert unter diesen Wert fallen. CO2-Scrubber
arbeiten entweder mit Aktivkohle (die regeniert wird), oder mit Kalk (der verbraucht
wird). Wenn CO2-Scrubber verwendet werden, muß dafür Sorge getragen werden,
daß der Ethylen-Anteil nicht ansteigt (allerdings binden die meisten CO2-Scrubber
gleichzeitig auch Ethylen). Beim Spülverfahren ist dies kein Problem, da mit dem CO2
auch Ethylen herausgespült wird. Der Nachteil des Spülverfahrens ist der hohe
Energieverbrauch der Stickstofferzeugung. Zudem muß der Stickstofferzeuger auf den CO2-Spül-Fall
ausgelegt werden, da hierbei oftmals mehr Stickstoff benötigt wird als für den
Atmosphärenaufbau.
Der CA-Raum muß so gasdicht wie möglich sein, um zu
verhindern, daß Umgebungsluft (Sauerstoff) eindringt [12]. Als Dichtheitstest wird
üblicherweise ein Druckabbauversuch vorgenommen. Der zu testende Raum wird unter einen
Anfangsdruck gesetzt, und die Zeit, die benötigt wird, um einen Restdruck zu erreichen,
wird gemessen (siehe auch Abbildung 18). Allerdings muß hierbei berücksichtigt werden,
wie groß der zu testende Raum ist, da das Verhältnis von Raumoberfläche zu Raumvolumen
eine wesentliche Rolle spielt. Die Zeitangaben für Kühlräume können also nicht einfach
auf Container angewendet werden.
Abbildung 12 |
Abbildung 13 |
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4. CA-Lagerung
Die Lagerung von Früchten und Gemüsen unter CA ist in der
Landlagerung, insbesondere bei Äpfeln, Birnen und Kiwis, sehr verbreitet. Hiermit lassen
sich Lagerzeiten erreichen, mit denen man das ganze Jahr über den Markt bedienen kann.
Bei der Obstlagerung unterscheidet man üblicherweise
Normale Atmosphäre, Kontrollierte Atmosphäre und ULO-Lagerung (siehe Abbildung 14).
Abbildung 14 |
Ist der CA-Raum hinreichend dicht, so veratmen die Früchte
den im Raum befindlichen Sauerstoff. Mit Hilfe eines CO2-Scrubbers kann der
Kohlendioxidgehalt dann begrenzt werden. Abbildung 15 zeigt einen solchen
Atmosphärenaufbau. Zu beachten ist, daß jedesmal, wenn der Scrubber CO2
entfernt, der Sauerstoffgehalt leicht ansteigt. Die Ursache hierfür ist, daß durch das
Entfernen des CO2 im Raum ein Unterdruck entsteht, der durch nachströmende
Luft ausgeglichen werden muß. Der mit dieser Luft eindringende Sauerstoff führt zu einem
kurzen Anstieg des Sauerstoffgehaltes.
Abbildung 15 |
Bei der Selbstveratmung vergehen in der Regel mehrere Tage
bis Wochen (abhängig von der Atmungsaktivität der eingelagerten Ware), bis der
Sauerstoffgehalt Werte unter 3 % erreicht.
Um diesen Vorgang zu beschleunigen, werden
Stickstofferzeuger oder Flüssig-Stickstoff eingesetzt. Abbildung 16 zeigt den
Atmosphärenaufbau bei Einsatz einer solchen Anlage. Üblich ist dabei, daß der
Sauerstoffgehalt innerhalb von 48 Stunden auf 3 % abgesenkt wird.
Abbildung 16 |
Abbildung 17 zeigt die prinzipielle Aufteilung eines
Obstlagers mit CO2-Scrubber. Wichtig ist, daß ein Druckausgleich mit der
Umgebung möglich ist, um einen Überdruck (z. B. durch Stickstoffzugabe) und einen
Unterdruck (z. B. durch Abkühlen, CO2-Scrubben) zu vermeiden. Außerdem
müssen auch Umgebungsdruckänderungen durch meteorologische Schwankungen kompensiert
werden. Hierzu werden oftmals sogenannte "Lungen-Säcke", große gasdichte
Säcke, als Ausdehnungsgefäße mit dem Raum verbunden. Diese sind oftmals in der
Zwischendecke zwischen der Decke des CA-Raumes und dem Dach angeordnet.
Abbildung 17 |
Eine wesentliche Bedingung für eine erfolgreiche
CA-Lgerung ist die Gas-Dichtheit des Raumes, damit kein Sauerstoff aus der Umgebung
eindringen kann. Die Räume werden daher üblicherweise von innen mit einer
Kunststoff-Folie tapeziert, die die Gassperre bildet. Durch die Anbringung innen im Raum
ist es möglich, diese Folie zu reparieren, falls bei einem Dichtheitstest festgestellt
wird, daß eine Leckage vorliegen muß.
Typische Dichtheitsanforderungen für einen CA-Lagerraum
für ca. 200 to Äpfel sind in Abbildung 18 gezeigt.
Abbildung 18 |
Zurück zum Anfang
5. CA-Transport
Seit einigen Jahren nimmt der Transport von Früchten und
Gemüse unter "Kontrollierter Atmosphäre" (CA) an Bedeutung zu. Während CA
früher weitgehend unbekannt war, ist diese Technik heute bei einigen Fruchtarten bereits
sehr verbreitet (wenn auch mit starken regionalen Unterschieden). Bei den Kühlschiffen
ist die Hauptanwendung heute der Bananen-Transport von Mittelamerika nach Europa (z.B.
Chiquita, Equadorian Line, ab 1997 auch Dole). Außerdem werden ganze Schiffsladungen von
Äpfeln von Neuseeland nach Europa sowie Steinobst von Chile nach USA unter CA verschifft
[15]. Bei den Kühlcontainern sind die Hauptgüter bisher Avocados, Mangos, Steinobst
sowie Mixed-Cargos.
5.1 CA-Container
Auf dem Kühlcontainer-Markt bieten verschiedene Hersteller
CA-Systeme an, die in Integral-Kühlcontainer eingebaut werden können. Außerdem gibt es
auch Anbieter für CA in Porthole-Containern. Dabei ist festzustellen, daß in den letzten
Jahren zunehmmend die großen Kühlaggregat-Hersteller den Markt für
Stand-Alone-CA-Container übernommen haben.
5.1.1 Anbieter
TransFRESH
Die kalifornische Firma TransFRESH Corp. ist seit einigen
Jahren der größte CA-Anbieter für Kühlcontainer. Das Tectrol CA-System kam Ende 1990
auf den Markt. 1996 waren mehr als 25.000 Kühlcontainer damit ausgerüstet, und es wurden
in diesem Jahr mehr als 5.000 CA-Transporte hiermit durchgeführt. Die Hauptgüter sind
Avocados und Steinfrüchte, aber auch Spargel, Melonen, Mangos und gemischte
Gemüseladungen.
Abbildung 19 |
Das TransFRESH-System ist nicht dazu in der Lage, die
Atmosphäre selber aufzubauen. Vielmehr wird eine Anfangsatmosphäre nach dem Beladen des
Container durch zwei Öffnungen in der Seitenwand des Containers eingefüllt. Das System
ist dann dazu in der Lage, diese Atmosphäre zu halten, indem Frischluft in den Container
gegeben wird und ein CO2-Scrubber mit gebranntem Kalk an- und ausgeschaltet
wird. Voraussetzung für einen erfolgreichen Transport sind dabei sehr gasdichte
Container.
Der Hauptvorteil dieses Systems sind seine geringen
Investitionskosten. Die Grundausstattung für einen Container kostet etwa US$ 700.
Diese Grundausstattung umfaßt:
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Zwei verschließbare Öffnungen in den Seitenwänden an
gegenüberliegenden Enden des Containers, um die Anfangsatmosphäre einfüllen zu können.
Die Befüllung erfolgt aus einem Tanklastwagen. |
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Ein Aluminium-Rahmen, der in der Türöffnung angebracht
wird. Hier kann im Falle eines CA-Transportes eine Plastikfolie eingeklemmt werden, um die
Dichtheit des Containers zu erhöhen. |
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Ein Gehäuse für die Aufnahme des CA-Controllers in der
Stirnseite des Kühlaggregats sowie die notwendige Verkabelung. Der eigentliche Controller
wird erst bei einem CA-Transport eingesetzt und hinterher wieder entfernt |
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Anschlußmöglichkeit für den CO2-Scrubber. |
Im Fall eines CA-Transportes berechnet TransFRESH
US$ 1.450 für die Durchführung des Transportes. Von dieser Summe erhält die
jeweilige Reederei ca. US$ 300, um ihre Anfangsinvestitionen zu amortisieren. Der
Service von TransFRESH umfaßt folgende Leistungen bei jedem Transport:
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Vor der Auslieferung des Containers an den Kunden wird der
leere Container einem Dichtheitstest unterzogen. Hierzu wird die Plastikfolie in der Tür
eingesetzt und der Container unter Druck gesetzt. Undichtigkeiten werden gesucht und
behoben (sofern möglich). Erst nach dem Bestehen des Dichtheitstests wird der Container
zur Beladung durch den Kunden freigegeben. |
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Nachdem der beladene Container zurück auf dem Terminal ist,
wird der CO2-Scrubber installiert und eine neue Plastikfolie im Türbereich
angebracht. Der CA-Controller wird in das dafür vorgesehene Gehäuse eingesetzt und
entsprechend programmiert. Anschließend wird der Container durch die seitlichen
Öffnungen mit der Anfangsatmosphäre aus Stickstoff und Kohlendioxid befüllt. Dabei sind
auch CO2-Konzentrationen von 20 - 30 % möglich. Nach dem
Befüllen werden die seitlichen Öffnungen verschlossen, und der Container ist
reisefertig. |
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Nach Ankunft am Bestimmungsort wird der Controller (sowie
einige Teile des CO2-Scrubbers) per UPS o.ä. an TransFRESH zurückgesandt.
Hier werden die Daten ausgelesen. Anschließend wird der Controller gewartet (Kalibrierung
der Gas-Sensoren; Batterietest) und zu seinem nächsten Einsatzort gesandt. |
Dieses System mag auf den ersten Blick sehr kompliziert
erscheinen, jedoch sollte man bedenken, daß alle CA-Systeme letztendlich darauf
angewiesen sind, daß die Container genügend dicht sind und die Gas-Sensoren korrekt
arbeiten. Eine ständige Überprüfung der Container und Sensoren ist daher unumgänglich.
Die Hauptnachteile des TransFRESH-Systems liegen darin,
daß
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der Kalk-Scrubber nach einer bestimmten Zeit erschöpft ist.
Verlängert sich die Reisezeit aufgrund von Verspätungen, so steigt der CO2-Gehalt
unzulässig an. In diesem Fall öffnet der Controller das Frischluftventil komplett und
stellt damit Normal-Atmosphäre ein, |
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das System auf eine große Dichtheit des Containers und
genügend Fruchtatmung angewiesen ist. Bei Früchten mit geringer Atmungsaktivität kann
dann unter Umständen der Sauerstoffgehalt nicht gehalten werden, |
|
die Verschiffungshäfen auf die Häfen begrenzt sind, in
denen TransFRESH Servicestationen unterhält, |
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die Kosten für einen Transport als sehr hoch eingeschätzt
werden. |
Allerdings ist das TransFRESH-System im Gegensatz zu den
meisten anderen Systemen dazu in der Lage, auch sehr hohe CO2-Konzentrationen
einzustellen, wie sie etwa für Spargel, Beeren und Kirschen vorteilhaft sind.
Abbildung 20 |
Abbildung 21 |
Abbildung 22 |
Abbildung 23 |
Abbildung 24 |
Sabroe / Freshtainer
Die östereichische Firma Freshtainer hat mit ihren INTAC
IV den sicherlich anspruchsvollsten CA-Container im Programm. Dieses System umfaßt einen
PSA-basierten Stickstofferzeuger, einen regenerierbaren CO2- und
Ethylen-Scrubber sowie Einrichtungen zur Be- und Entfeuchtung. 100 Container dieser Art
wurden insgesamt gebaut. Seit dem Sommer 1994 betreibt Freshtainer diese Container nicht
mehr selbst, sondern verleast sie an große Kunden. Vor der Einführung des INTAC IV hatte
Freshtainer ebenfalls 100 Container mit dem INTAC III System ausgestattet, welches noch
mit Stickstoff- und CO2-Flaschen arbeitete.
Anfang 1995 gingen Freshtainer und Sabroe Reefer Cool eine
Kooperation miteinander ein. Das INTAC IV System wurde überarbeitet und in Sabroes TNE
508 Kühlaggregat eingepaßt. Diese Zusammenarbeit ist mittlerweile aufgekündigt, so daß
beide Firmen ihre sehr ähnlichen Systeme heute getrennt vermarkten. Sabroe hat als neuen
Partner BOC gewonnen, welche das Know-How für die PSA-Technik liefern und vorher auch mit
Freshtainer zusammengearbeitet haben. Seit der Übernahme von Sabroe Reefer Cool durch
Thermoking im Herbst 1996 ist es denkbar, daß Thermoking in Zukunft ebenfalls auf diese
Technik zurückgreift. Zwar hatte Thermoking zuvor angekündigt, ein membran-basiertes
System auf den Markt zu bringen, jedoch ist es über diese Ankündigung bisher nicht
hinausgekommen.
Das INTAC IV System ist schematisch in Abbildung 25
gezeigt.
Abbildung 25 |
Abbildung 26 zeigt die Sabroe Adaption. Es sind drei
Ausbaustufen verfügbar: Die Basis-Ausstattung besteht nur aus einem
PSA-Stickstofferzeuger, mit dem der Sauerstoffgehalt wie auch der CO2-Gehalt
geregelt wird. Option 2 bietet außerdem die Zugabe von CO2 aus Flaschen, wobei
allerdings die maximale CO2-Menge auf 52 kg (= 26 m3)
begrenzt ist (ein beladener 40ft Highcube-Container hat ca. 45 m3
Gasvolumen). Alternativ hierzu bietet Option 3 einen separaten CO2- und
Ethylen-Scrubber.
Abbildung 26 |
Bei den Original-Freshtainer INTAC IV wurde zur Erhöhung
der Dichtheit des Containers eine einflügelige Tür verwendet. Bei der Sabroe-Variante
wird dagegen ein Plastikvorhang verwendet.
Sind alle Optionen realisiert, so bietet der Freshtainer /
Sabroe-Container laut Hersteller einen Atmosphären-Bereich von bis zu 1 %
Sauerstoff, 0 - 80 % CO2 und eine Regelung der Luftfeuchtigkeit
zwischen 60 % und 98 %. Die Antriebsleistung des Sabroe-Aggregates beträgt
1,2 kW, das Gewicht etwa 340 kg.
Neben den bisher gebauten 100 Freshtainer-Containern hat
Sabroe 1996 350 Exemplare an Hyundai Merchant Marine geliefert.
Abbildung 27 |
Carrier Transicold
Seit Herbst 1994 bietet auch Carrier Transicold, der
Marktführer bei den Kühlaggregaten, ein eigenes CA-System namens EVERFRESH an. Dieses
System verwendet einen Stickstoff-Separator, der mit einer Gastrenn-Membran von Medal
ausgestattet ist. Es handelt sich hierbei um ein klassisches Spülsystem.
Abbildung 28 zeigt den prinzipiellen Aufbau dieses Systems.
Umgebungsluft wird verdichtet, gereinigt und vorgewärmt durch die Membran gedrückt. Um
verschiedene Stickstoffmengen mit unterschiedlicher Reinheit zu erhalten, sind hinter der
Membran Magnetventile angeordnet, die es ermöglichen, mit drei unterschiedlichen
Mengen/Reinheits-Verhältnissen zu fahren.
Die Regelung des CO2-Gehaltes erfolgt durch
Spülen mit Stickstoff. Außerdem ist es möglich, CO2 aus Gasflaschen
zuzugeben.
Abbildung 28 |
Eine Besonderheit des EVERFRESH-Systems ist, daß der
Controller für den CA-Teil baugleich mit dem normalen Kälte-Controller ist. Lediglich
die Software sowie die angeschlossenen Sensoren sind andere. Daher kann der CA-Controller
auch durch einen Kälte-Controller ausgetauscht werden, sofern das Eprom gewechselt wird.
Dies erleichert natürlich die Ersatzteilhaltung.
Da Carrier die Problematik der Gasmessung über lange
Zeiträume erkannt hat, ist außerdem vorgesehen, daß eine Flasche mit Referenzgas
mitgeführt wird, so daß der Controller die Sensoren automatisch kalibrieren kann.
Als weitere Besonderheit ist eine automatische
Türblockierung vorgesehen, so daß die Container-Tür nicht geöffnet werden kann,
solange die Atmosphäre im Container für Menschen gefährlich sein kann.
Die elektrische Antriebsleistung beträgt ca. 1,5 kW,
das zusätzliche Gewicht ca. 70 kg. Bisher sollen ca. 150 Everfresh-Container gebaut
worden sein.
Abbildung 29 |
Mitsubishi
Der japanische Kühlaggregat-Hersteller Mitsubishi hat sein
CA-Modell für den Sommer 1997 angekündigt. Das System soll ca. 200 kg wiegen und
eine Antriebsleistung von 1,5 kW benötigen. Die Anbringung erfolgt ähnlich wie bei
Freshtainer/Sabroe in einem Rahmen hinter dem Kühlaggregat, so daß 295 mm des
Ladungsraumes verlohren gehen.
Abbildung 30 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Systems. Es
verfügt für die Stickstoffgewinnung über einen PSA-Stickstofferzeuger mit einer Säule,
wobei der erzeugte Stickstoff in einem Speicher gesammelt wird. Außerdem ist ein CO2-und
Ethylen-Scrubber vorgesehen, der die selben Kompressoren verwendet wie der
Stickstofferzeuger, so daß entweder CO2 gescrubbt (bzw. der Scrubber
regeneriert wird) oder Stickstoff erzeugt werden kann.
Abbildung 30 |
Zum Anheben des CO2-Gehaltes ist die
Möglichkeit vorgesehen, 7,5 kg CO2 in Flaschen mitzuführen (was
allerdings sehr wenig ist, so daß die Herstellerangaben von bis zu 15 % CO2-Gehalt
eher bezweifelt werden müssen).
Isolcell
Die italienische Firma Isolcell bietet seit 1992 ebenfalls
einen CA-Container an. Isolcell ist auf dem Bau von Land-CA-Lagern stark vertreten. Das
System besteht aus einem Stickstofferzeuger, der mit einer Membran von Permea arbeitet.
Außerdem ist ein CO2-Scrubber installiert sowie ein katalytisch arbeitender
Ethylenkonverter. Die Gesamt-Leistungsaufnahme wird mit 7,5 kW (!) angegeben [21].
Die Dichtheit des Containers wird durch eine einfache
Plastikplane verbessert, die mit Magnethaltern fixiert wird (siehe Abbildung 32).
Abbildung 31 |
Abbildung 32 |
CONAIR plus
Der Ausstatter für Porthole-Kühlcontainerschiffe mit
Kühlstäben G+H Montage bietet für seine Kühlstäbe ein CA-System an, daß in
Verbindung mit Isolcell entwickelt wurde.
Das Gesamtsystem besteht aus einem Stickstoffseperator mit
einer Leistungsaufnahme von 15 kW, der ca. 30 m3/h N2 bei
einem Restsauerstoffgehalt von 3 % erzeugt. Außerdem sind ein CO2-Scrubber
auf Aktivkohle-Basis sowie ein katalytischer Ethylen-Konverter installiert.
Die Hauptschwierigkeiit bei diesem System ist in der
Dichtheit der Container zu sehen. Anders als bei den Integral-Containern sind hier die
Container nicht fest einem CA-System zugeordnet. Daher sind die Container auch nicht
speziell abgedichtet, was zu hohen Luftleckagen führt. In der Praxis hat sich gezeigt,
daß mit einer solchen Anlage zwar niedrige Sauerstoffgehalte erreicht werden können, es
aber kaum möglich, ist den CO2-Gehalt nennenswert anzuheben.
Bisher wurden drei CONAIR plus Anlagen mit insgesamt 25
Porthole-Stellplätzen gebaut: Auf der Cap Finisterre der Hamburg-Süd und auf den beiden
Alianca-Schiffen Alianca Brasil und Alianca Europa.
Abbildung 33 |
Abbildung 34 |
5.1.2 Preise
In Abbildung 35 sind die augenblicklichen Preise für
CA-Container dargestellt. Während die Stand-Alone-CA-Container von ca. US$ 7.000
aufwärts kosten (jeweils zusätzlich zu dem Standard-Kühlcontainer), liegt das
TransFRESH-System mit Anfangskosten von ca. US$ 700 deutlich niedriger, wobei hier aber
die Transportkosten für den Einzel-Transport mit US$ 1.450 sehr hoch sind. Ein
Stand-Alone-Container macht sich also gegenüber dem TransFRESH-System nach ca. 5 bis 9
CA-Reisen bezahlt.
Abbildung 35 |
Allerdings muß bedacht werden, daß ein Kühlcontainer,
der in einem großen Pool betrieben wird, zunächst immer vorrangig ein Kühlcontainer
bleibt. Mehr als 40 % aller Transporte sind Tiefkühltransporte von Fisch und
Fleisch. Selbst bei den Fruchttransporten erfordern nicht alle den Einsatz von CA. So ist
etwa bei Citrusfrüchten der Einsatz von CA zweifelhaft, und Bananen werden überwiegend
in Kühlschiffen transportiert. Die Anzahl der zu erwartenden CA-Transporte am gesamten
Kühlcontainermarkt ist also eher gering und wird auf höchstens ca. 10 % geschätzt.
Aus dieser Betrachtung läßt sich der Trend für die
weitere Entwicklung von CA in Kühlcontainern für die Zukunft ableiten. Geht man davon
aus, daß ein Kühlcontainer je nach Fahrtgebiet im Jahr für 6 - 12 Transporte
eingesetzt wird, und davon 10 % CA-Transporte sind, so ergibt sich ein CA-Einsatz
alle ein bis zwei Jahre. Selbst wenn die Reederei für diese Transporte den
TransFRESH-Preis erzielt, ist eine Armortisation der Anschaffungskosten über die
Lebenszeit des Containers zweifelhaft. Die relativ geringen Investitionskosten des
TransFRESH-Systems machen sich dagegen bereits nach etwa drei Transporten bezahlt, da die
Reederei pro Transport ca. US$ 300 erhält.
Diese Betrachtungsweise gilt natürlich nur für den
Kühlcontainer-Massenmarkt, in dem die großen Kühlcontainer-Reedereien, wie Maersk,
Sealand u.a., tätig sind. Für kleinere Linien, die ihre Container weitgehend nur für
Fruchttransporte einsetzen können (etwa Fruchtgesellschaften, wie Chiquita, Dole u.a.),
lohnt sich dagegen die Anschaffung eines Stand-Alone-CA-Containers.
Daher ist davon davon auszugehen, daß die
Stand-Alone-Container ihre Anwendung in diesen Nischen finden werden, während das
TransFRESH-System im großen Restmarkt dominant bleiben wird. Diese Entwicklung läßt
sich auch heute bereits an den Zahlen der mit CA-ausgerüsteten Container ablesen:
Während TransFRESH ca. 25.000 Container ausgerüstet hat, sind von den
Stand-Alone-Geräten bisher keine 800 im Einsatz.
5.2 CA-Kühlschiffe
Ungefähr 1990 sind die ersten Versuche mit dem Einsatz von
CA an Bord von Kühlschiffen durchgeführt worden. Vorreiter waren hier das "New
Zealand Apple and Pear Marketing Board" und "Chiquita". Interessanterweise
handelt es sich bei den transportierten Früchten um Äpfel und Bananen, also eher um
Massenprodukte. Zudem sind diese zwei Anwendungsfälle aber auch gute Beispiele dafür,
welche Möglichkeiten der Einsatz von CA bietet und welche unterschiedlichen Ziele damit
erreicht werden können:
Bei der Vermarktung von Äpfeln geht es dem "New
Zeeland Apple and Pear Marketing Board" in erster Linie darum, die Saison für
neuseeländische Äpfel in Europa um ein bis zwei Monate zu verlängern. Dies kann dadurch
erreicht werden, daß die Äpfel unter CA transportiert werden, so daß ihre Haltbarkeit
nach der Ankunft in Europa verlängert wird. In einem weiteren Schritt kann durch eine
landseitige CA-Lagerung im Erzeugerland und im Vermarktungsland die Saison fast auf das
ganze Jahr ausgedehnt werden (so wie es die hiesigen Apfelbauern auch praktizieren). Dies
hat u.a. als Vorteil, daß man bei der Charterung von Kühlschiffstonnage nicht auf die
sehr hohen Saisoncharterraten angewiesen ist, sondern Schiffe eher langfristig und
billiger beschäftigen kann.
Bei einer Bananen-Gesellschaft wie Chiquita sind andere
Gründe ausschlaggebend für den Einsatz von CA, denn die Banane ist ohnehin ganzjährig
in relativ konstanten Mengen erhältlich. Hier könnte eher eine Rolle spielen, daß durch
den Einsatz von CA versucht wird, die Qualität der Frucht zu erhöhen und die
Verlustraten zu reduzieren. Ein weiterer logistischer Vorteil könnte sein, daß die
Bananenplantagen bisher Bananen für den nord-amerikanischen und den europäischen Markt
wegen der verschiedenen Transportzeiten in unterschiedlichen Schnittgraden geschlagen
haben. Durch den Einsatz von CA für die europäischen Bananen läßt sich erreichen, daß
alle Bananen nur noch in einem Reifegrad geschlagen werden. Dies kann zudem zu höheren
Hektarerträgen führen. Weitere Vorteile können sich dadurch ergeben, daß weniger
Giftstoffe für die Nacherntebehandlung eingesetzt werden müssen.
Moderne Kühlschiffe, die nach 1992 gebaut wurden, sind
zumeist "CA-friendly" ausgestattet. Dies heißt, daß beim Bau der Schiffe die
Laderäume und Lukendeckel extra gasdicht ausgeführt wurden und daß an Bord die Rohre
für die Zugabe von Stickstoff sowie die Gasprobenröhrchen verlegt wurden. Im Fall eines
CA-Einsatzes wird ein mobiles CA-Aggregat (in der Regel eine Membran-Anlage, die auch zur
CO2-Regelung nach dem Spülprinzip arbeitet) an Bord installiert. Die
CA-Aggregate sind meist in 20ft-Containern untergebracht, die an Deck gestellt werden und
werden mittels Schläuchen mit den einzelnen Laderäumen verbunden (siehe Abbildung 36 und
37). Die Stromzufuhr erfolgt von Bord, sofern die E-Kapazität des Schiffes genügend
Reserven für den Betrieb einer CA-Anlage bereithält. Speziell für die Bedürfnisse der
Neuseeländer wurde ein CA-Aggregat entwickelt, das sich an Bord einer Boeing 747 nach
einem erfolgreichen Einsatz wieder zurückfliegen läßt, um auf einem anderen Schiff
möglichst schnell erneut Verwendung zu finden (siehe Abbildung 38).
Abbildung 36 |
Abbildung 37 |
Abbildung 38 |
Schiffe, auf denen bereits CA-Transporte durchgeführt
wurden, lassen sich in der Regel gut an den an Bord befindlichen Warnhinweisen erkennen
(z. B. Abbildung 39). Immerhin stellt CA für den Menschen eine tödliche Umgebung
dar, und es muß verhindert werden, daß Hafenarbeiter oder Blinde Passagiere in einem
CA-Laderaum ersticken. Reedereien, die CA-Anlagen einsetzen, haben deshalb üblicherweise
spezielle Sicherheitsausbildungen für die Crew eingeführt.
Abbildung 39 |
Die heute gebräuchlichen mobilen CA-Anlagen sind in der
Regel dafür ausgelegt, den Sauerstoffgehalt innerhalb von 48 Stunden auf ca. 3 %
abzusenken. Der Atmosphärenverlauf auf einem CA-Bananen-Schiff der Island-Klasse ist in
Abbildung 40 gezeigt.
Abbildung 40 |
Bei Gütern mit mittlerer bis hoher Atmungsaktivität
(hierzu zählen bereits Bananen) muß der Stickstofferzeuger jedoch für den CO2-Spülbetrieb
ausgelegt werden, da hierfür mehr Stickstoff benötigt wird als für den anfänglichen
Atmosphärenaufbau.
In solchen Fällen sind CA-Anlagen mit CO2-Scrubbern
auf Aktivkohle-Basis vorzuziehen, da diese wesentlich weniger Energie benötigen und zudem
in der Anschaffung weit billiger sind. Allerdings sind solche Anlagen dann wohl nur fest
an Bord installierbar und nicht mobil ausführbar. Bisher wurde noch kein Schiff in Dienst
gestellt, das bereits eine CA-Anlage fest installiert hatte.
Durch den Einsatz von CA lassen sich neben den bereits
aufgeführten Verbesserungen am Produkt bzw. dessen Vermarktung auch Vorteile beim Betrieb
der Kühlanlage erzielen. So wird beispielsweise die benötigte Kühlleistung reduziert,
da die Früchte weniger Atmungswärme erzeugen. Daher kann in der Regel bei CA-Betrieb die
Umwälzrate der Laderaumluft nach dem Herunterkühlen abgesenkt werden, was eine deutliche
Energieeinsparung mit sich bringt. Der Stickstofferzeuger wird zunächst nur für den
Atmosphärenaufbau am Anfang benötigt. Erst nach ca. 5 Tagen, wenn die Atmungsaktivität
der Früchte aufgrund der Abkühlung nicht mehr ausreicht, um die Leckage zu decken, muß
der Stickstofferzeuger kurz anspringen, um den Sauerstoffgehalt erneut abzusenken.
5.3 CA-LKW
In jüngster Zeit gibt es Versuche, "Kontrollierte
Atmosphäre" auch im LKW-Transport einzusetzen. Normalerweise ist dies auf Grund der
relativ kurzen Transitzeiten innerhalb West-Europas nicht erforderlich. Seit der Öffnung
der ost-europäischen Märkte nimmt jedoch der Transport von Früchten und Gemüsen in
diese Länder stark zu, wobei die Transitzeiten aufgrund der Wartezeiten an den Grenzen
vergleichsweise lang und schwer kalkulierbar sind. Die auf Kühltransporte nach Ost-Europa
spezialisierte Hansefrigo Speditionsgesellschaft mbH hat im März 1997 erste Versuche mit
dem Einsatz von CA in LKW durchgeführt [23]. Dabei wurde ein CA-Aggregat eingesetzt, das
von der Kieler Lindenau-Werft entwickelt wurde.
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6. MA-Verpackungen
Seit vielen Jahren werden für die Verpackung von
nicht-atmenden Lebensmitteln sogenannte Schutzgasverpackungen verwendet. Dabei wird die
Verpackung vor dem Verschließen mit einem inerten Gas, wie Stickstoff oder Kohlendioxid,
gespült. Hierdurch soll in erster Linie der Sauerstoff entzogen werden. Bekannte
Beispiele hierfür sind Frischfleisch, Kartoffelchips u.a. Bei dieser Art der Verpackung
ändert sich die Atmosphäre in der Verpackung im Laufe der Zeit nur geringfügig in
Abhängigkeit von der Gasdichtheit der verwendeten Verpackung.
Anders sieht es bei der Verpackung von atmenden Waren aus.
Hierbei verbraucht die Ware Sauerstoff und erzeugt CO2. Daher muß hierbei
durch die Verpackung ein Gasaustausch mit der Umgebungsluft stattfinden, da sonst der
Sauerstoffgehalt zu niedrig würde bzw. der CO2-Gehalt zu stark anstiege. Heute
im Supermarkt zu findende MA-Waren sind z. B. Fertigsalat (siehe Abbildung 41),
Broccoli u. a.
Abbildung 41 |
Die Atmosphäre, die sich in der Verpackung einstellt, ist
hierbei nicht kontrolliert, sondern modifiziert (Modifizierte Atmosphäre; MA). Die
Zusammensetzung der Atmosphäre hängt alleine von den Eigenschaften der Ware, der
verwendeten Verpackung und der Temperatur ab. Dies sind im einzelnen:
|
Atmungsaktivität der Ware, wobei die Atmungsaktivität von
der Temperatur und der Gasatmosphäre abhängt |
|
Masse der verpackten Ware |
|
Oberfläche der Verpackung (Gasaustauschfläche) |
|
Gaspermeabilität des Verpackungsmaterials (abhängig vom
verwendeten Kunststoff und von der Temperatur. |
Abbildung 42 |
Da die Atmungsaktivität wie auch die Permeabilität von
Kunststoffen stark temperaturabhängig sind, stellen sich also bei verschiedenen
Temperaturen verschiedene Atmosphären in der Verpackung ein. Dabei kann es bei
Nichteinhaltung der Soll-Temperatur leicht zu Schäden kommen, die durch zu niedrigen
Sauerstoffgehalt oder zu hohen CO2-Gehalt verursacht werden. Daher ist beim
Einsatz von MA-Verpackungen die Einhaltung der geschlossenen Kühlkette mit der richtigen
Temperatur besonders wichtig.
Die Abbildungen 43 bis 45 zeigen den Einfluß der
verwendeten Kunststofffolie auf die Atmosphäre in der Verpackung bei unterschiedlichen
Atmungsaktivitäten. Hieran wird deutlich, daß für einen erfolgreichen Einsatz einer
solchen Verpackung die Auswahl der Folie sowie deren Stärke in Abstimmung mit den
Eigenschaften der verpackten Ware und ihrer Atmungsaktivät entscheidend sind. Bei heute
üblichen Kunstofffolien sind die Verhältnisse noch komplizierter, da diese Folien
zumeist aus mehreren Schichten unterschiedlicher Kunststoffe zusammengesetzt sind.
Abbildung 43 |
Abbildung 44 |
Abbildung 45 |
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7. Zusammenfassung
Während an Land CA für die Lagerung von Obst und Gemüse,
insbesondere von Äpfeln, Birnen und Kiwis, bereits weit verbreitet ist, wird CA im
Transportwesen erst seit ca. 1990 eingesetzt.
Auf dem Markt der CA-Container haben sich dabei in den
letzten Jahren zwei Trends gezeigt:
|
Das relativ einfache und in den Anfangsinvestitionen billige
TransFRESH-System hat im Bereich der großen Kühlcontainer-Linien (Maersk, Sealand, u.a.)
mit mittlerweile mehr als 25.000 Containern eine starke Position eingenommen. |
|
Der Markt der Stand-Alone-CA-Container, der vor einigen
Jahren noch von relativ kleinen innovativen Firmen getragen wurde, ist zunehmend von den
drei großen Kühlaggregat-Herstellern Carrier, Thermoking (über Sabroe Reefer Cool) und
Mitsubishi übernommen worden. Die Stand-Alone-CA-Container sind eher in Nischenmärkten
mit einem sehr hohen Anteil an Fruchttransporten zu finden. |
Diese Entwicklung wird sich wohl auch in den kommenden
Jahren fortsetzen, da einerseits CA immer mehr Verbreitung im Fruchttransport findend,
dieser Markt aber andererseits zu klein ist, um jeden Kühlcontainer mit aktiven
CA-Anlagen auszustatten. Daher wird das TransFRESH-System dort Verbreitung finden, wo nur
gelegentlich mit einem CA-Transport zu rechnen ist, während für reine Fruchtlinien die
Stand-Alone-Systeme Vorteile bieten.
Auf Kühlschiffen werden heutzutage in erster Linie
Massengüter, wie Bananen, Äpfel, Kiwis und sonstiges Steinobst (Pfirsiche, Plaumen,
Nektarinen), unter CA transportiert. Es ist davon auszugehen, daß nahezu alle künftigen
Kühlschiffsneubauten "CA-friendly" ausgestattet werden, d.h. für CA-Transporte
vorbereitet sind, ohne über eine schiffsfeste CA-Anlage zu verfügen. In einem nächsten
Schritt werden auch Kühlschiffe mit fest installierter CA-Anlage zu erwarten sein.
Weitere Einsatzgebiete von CA sind im LKW-Transport zu
sehen, wobei hier erste Versuche mit Transporten nach Ost-Europa durchgeführt wurden.
Modifizierte Atmosphäre wird in erster Linie in
Verpackungen im Einzelhandel angewendet.
Insgesamt ist zu erwarten, daß der Einsatz von CA und MA
in den nächsten Jahren weiter zunehmen wird.
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Danyard; Hansa 3/97; S. 34 ff. |
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N.N.: CA-Transport per LKW kann gesamten Markt
verändern; Deutsche Verkehrszeitung vom 13.3.97 |
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