Wasserstofftechnologie soll Treibhausgase in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eindämmen
Ingenieure und Wissenschaftler der West Virginia University entwickeln einen fortschrittlichen flexiblen Wasserstoffkessel, der dazu beitragen soll, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie zu dekarbonisieren und letztendlich Treibhausgasemissionen zu vermeiden.
Ein Forschungsteam der West Virginia University unter der Leitung von Hailin Li entwickelt eine Technologie zur Dekarbonisierung der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, mit der Treibhausgasemissionen vermieden werden können.
WVU Illustration/Savanna Leech
Die von Hailin Li, Professorin in der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik am Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources der WVU, vorgeschlagene Technologie wird Wärmeenergie durch die Verbrennung sauberer Brennstoffe anstelle herkömmlicher fossiler Brennstoffe liefern. Um diese Ziele zu erreichen, werden die Forscher auch mit Unternehmen in Morgantown zusammenarbeiten.
Das Projekt wird durch einen Zuschuss des US-Energieministeriums in Höhe von 3 Millionen Dollar finanziert und ist eines von 40 Projekten dieser Art, die sich auf das Ziel der Regierung Biden konzentrieren, bis zum Jahr 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.
"Die Lebensmittelindustrie steht vor der Herausforderung, die CO2-Emissionen zu verringern und schließlich zu eliminieren", sagte Li. "Wenn die Branchenführer dieses Ziel wirklich bis 2050 erreichen wollen, müssen sie entweder kohlenstofffreie, saubere Brennstoffe verbrennen oder sauberen Strom verbrauchen."
Bisher hat die Lebensmittel- und Getränkeindustrie Strom und Wärme aus fossilen Brennstoffen - einschließlich Erdgas - verbraucht, die Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan freisetzen. Als Antwort darauf hat das Team von Li einen flexiblen Brennstoffofen entwickelt, der reinen Wasserstoff, eine sauberere Alternative, verbrennen kann, um Heißwasser und Dampf für die Produktverarbeitung zu erzeugen.
Da Wasserstoff jedoch noch nicht überall verfügbar ist, kann der Ofen auch mit Erdgas oder einer Mischung mit Wasserstoff in jedem beliebigen Verhältnis betrieben werden. Laut Li wird diese Flexibilität dazu beitragen, den Übergang der Industrie von fossilen Brennstoffen zu Wasserstoff zu überbrücken, sobald dieser allgemein verfügbar und wirtschaftlich erschwinglich wird.
"Das Ziel ist ein flexibler Betrieb mit einer Energienutzungseffizienz von bis zu 98 % und Stickoxidemissionen von weniger als drei Teilen pro Million", so Li. "Wenn wir also den Wasserstoff in der Lebensmittelindustrie verbrennen, werden wir null Kohlenstoffemissionen haben, wenn der Wasserstoff durch den Verbrauch von grüner Energie erzeugt wird.
Darüber hinaus hat das WVU-Forschungsteam dem Ofen eine Komponente hinzugefügt, die sie "Economizer" nennen.
"Der Economizer ist ein Gerät, das die Abwärme aus dem Abgas zurückgewinnen kann", sagte Li. "Dadurch wird das System wesentlich effizienter."
Für eine enge Zusammenarbeit mit der lokalen Lebensmittelindustrie hat sich das Team mit dem in Morgantown ansässigen Unternehmen Mountaintop Beverage zusammengetan, einer aseptischen Getränkeherstellungsanlage, die die Haltbarkeit von Milchprodukten und Milchalternativen mithilfe einer thermischen Verarbeitungstechnologie verlängert. Die Getränke werden auf eine hohe Temperatur erhitzt und einer schnellen Erhitzung und Abkühlung unterzogen, wodurch das Produkt sterilisiert und die Haltbarkeit auf bis zu ein Jahr verlängert wird. Die Anlage verpackt und bereitet die Produkte für den Versand an Schulen und Einzelhändler vor.
"Wir wollen unserer lokalen Industrie helfen, indem wir die Technologie entwickeln, um ihre Probleme zu lindern", sagte Li.
Mountaintop Beverage wird der WVU Zugang zu ihrer Anlage gewähren, um Daten über den Betrieb der Öfen zu sammeln. Das Unternehmen wird auch Qualitätsanalysen durchführen und der Industrie Anregungen für die Entwicklung und Erprobung der Wasserstoffkesseltechnologie geben.
Kristen Matak, Professorin für Tier- und Ernährungswissenschaften am Davis College of Agriculture, Natural Resources and Design, unterstützt Li bei diesem Projekt. Als Lebensmittelwissenschaftlerin mit Schwerpunkt auf Lebensmitteln mit hohem Mehrwert, Lebensmittelsicherheit und Qualitätskontrolle interessiert sie sich für die Sicherheit und die sensorischen Auswirkungen alternativer Verarbeitungsmethoden auf Milch.
"Wann immer es Änderungen in den Lebensmittelverarbeitungssystemen gibt, müssen wir sicherstellen, dass die Auswirkungen dieser Änderungen auf das Endprodukt weiterhin den einschlägigen gesetzlichen Anforderungen und der guten Herstellungspraxis entsprechen", sagte sie. "Meine Aufgabe in diesem Projekt ist es, die Sicherheit und Qualität des Endprodukts durch mikrobielle Tests und sensorische Analysen zu überprüfen.
Matak wird eng mit Li zusammenarbeiten, um den Sterilisationsprozess zu optimieren und den Energieverbrauch zu minimieren und gleichzeitig die Lebensmittelqualität zu erhalten und zu verbessern.
Die Produkte, die die Anlagen von Mountaintop verlassen, sind haltbar, steril und müssen nicht gekühlt werden, daher muss die Verarbeitung effizient sein.
"All diese Temperaturen und Durchflussraten sind sehr wichtig, um dies zu erreichen, da sonst eine Menge Produkte verschwendet werden", so Matak.
Die WVU wird ebenfalls eine Partnerschaft mit der Neighborhood Kombuchery in Morgantown eingehen. Die Forscher werden dort ebenfalls den Prozess der Getränkeherstellung untersuchen und Ansätze zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen ermitteln.
Weitere WVU-Forscher, die an dem Projekt beteiligt sind, sind Slava Akkerman, Songgang Qiu, Kostas Sierros und Xi Yu.
Laut Xingbo Liu, stellvertretender Dekan für Forschung am Statler College, ist dies ein großartiges Beispiel für multidisziplinäre und institutionenübergreifende Zusammenarbeit. Das Team umfasst Fakultätsmitglieder des Statler und des Davis College der WVU, das Oak Ridge National Laboratory, GTI Energy und Convergent Science Inc. sowie deren Industriepartner. Die WVU hat sich vor kurzem zur Zusammenarbeit mit Oak Ridge in den Bereichen der Dekarbonisierung verpflichtet, und dies ist das erste gemeinsame Projekt."
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