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Kühltransport und Kühllagerung unter Einsatz von "Kontrollierter Atmosphäre" (CA) und "Modifizierter Atmosphäre" (MA)

Vortrag von Herrn Dr.-Ing. Yves Wild, Hamburg

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
2. Kühltransport über See
3. CA/MA-Prinzip
4. CA-Lagerung
5. CA-Transport
6. MA-Verpackungen
7. Zusammenfassung
8. Literatur





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.


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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).

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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 %.

Zeichnung Wild

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].
Zeichnung Wild

Abbildung 7



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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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

Abbildung 12
Zeichnung Wild

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).

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

Abbildung 18



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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.

Zeichnung Wild

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:

Zwei verschließbare Öffnungen in den Seitenwänden an gegenüberliegenden Enden des Containers, um die Anfangsatmosphäre einfüllen zu können. Die Befüllung erfolgt aus einem Tanklastwagen.
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.
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
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:

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.
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.
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

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,
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,
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.

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Abbildung 20
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Abbildung 21
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Abbildung 22
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Abbildung 23
Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

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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.

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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.

Zeichnung Wild

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.

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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).

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Abbildung 31
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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.

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Abbildung 33
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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.

Zeichnung Wild

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).

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Abbildung 36
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Abbildung 37
Foto Wild

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.

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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.

Zeichnung Wild

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.

Foto Wild

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.

Zeichnung Wild

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.

Zeichnung Wild

Abbildung 43
Zeichnung Wild

Abbildung 44
Zeichnung Wild

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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8. Literatur

[1] Reefer Trading Propects to 2000; Ocean Shipping Consultants Ltd.; 1994
[2] Weichert, André: Vorteile und Probleme des Kühltransportes von Früchten mit Kühlschiffen aus der Sicht des Importeurs; STG-Sprechtag "Transport gekühlter Güter"; 25. Feb. 1997; Bremerhaven
[3] N.N.: World Container Census, Containerisation International Sept. 1986
[4] N.N.: World Container Census, Cargoware International Dec. 1990
[5] N.N.: World Container Census, Cargoware International Dec. 1992
[6] N.N.: World Container Census, Containerisation International Feb. 1995
[7] N.N.: World Container Census, Containerisation International Jan. 1996
[8] Foxcroft, Andrew: A fine balancing act; Reefer Systems (Cargo Systems); March 1995; S. 15 ff.
[9] N.N.: Proceedings of the Fifth International Controlled Atmosphere Research Conference; June 14-16; 1989; Wenatchee, Washington, USA
[10] N.N.: Proceedings of the Sixth International Controlled Atmosphere Research Conference; June 15-17; 1993; Ithaca, New York, USA
[11] Hardenburg, Watada, Wang: The commercial Storage of Fruits, Vegetables, and Florist and Nursery Stocks; US Department of Agriculture; Handbook 66
[12] Wild, Y.: Leakage Rate Measurements for CA Cargo Holds and Containers; I.I.F. - I.I.R. Commisions B1, B2, D1, D2/3 - Palmerston North (New Zealand) - 1993; Cold Chain Refrigeration Equipment by Design S. 453 ff.
[13] Hansen, H.; Henze, J.: Lagerräume für Obst und Gemüse; KTLB-Schrift 327; 1988
[14] N.N.: Prospekt der Fa. Isolcell, Italien
[15] Hochhaus; K.-H., Wild, Y.: Kühlschiffe mit Kontrollierter Atmosphäre; Hansa 1992; S. 1194 ff.
[16] N.N.: Prospekt der TransFRESH Corporation, Salinas, CA
[17] N.N.: Prospekt Freshtainer, Salzburg
[18] N.N.: Prospekt Sabroe Reefer Cool, TNE 508 CA
[19] N.N.: Operation and Service Manual CA Option; Carrier Transicold; Syracuse, NY; 1994
[20] N.N.: Specification for Mitsubishi CA Unit for Refrigerated Container Model CPE-CA; November 1996
[21] Hochhaus, K.-H.; Idler, L.; Wild, Y.: Kühlcontainer und kontrollierte Atmosphäre im Schiffstransport; Handbuch der Werften, Band XXI, Hansa Verlag, Hamburg 1992
[22] Mau, :Günter: Container/Paletten-Kühlschiffe von Danyard; Hansa 3/97; S. 34 ff.
[23] N.N.: CA-Transport per LKW kann gesamten Markt verändern; Deutsche Verkehrszeitung vom 13.3.97



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