Zukunftstrend Modularer Anlagenbau

Zukunftstrend Modularer Anlagenbau

Achema 2018 - Fokusthema Flexible Produktion

Üblicherweise erstrecken sich die Areale großer Chemiekonzerne über viele Quadratkilometer. Einen vollkommen anderen Weg geht der modulare Anlagenbau. Hier werden einzelne Module einem Baukasten ähnlich zusammen geführt, je nachdem welche Elemente benötigt werden. Es gibt mittlerweile vollständige Chemieanlagen, die in einem einzelnen Standard-Container untergebracht sind. Diese enthalten Reaktoren, Sensoren und Automatisierung, aber auch Elemente für den konstruktiven Brandschutz oder Auffangwannen nach dem Wasserhaushaltsgesetz.

TEXT: Sabine Mühlenkamp

 

Die Idee dazu entstand vor rund zehn Jahren, als die chemische Industrie einen Weg finden wollte, die Hälfte der Zeit von der Produktentwicklung bis zum Start und Markteinführung einzusparen. Gleichzeitig wollte insbesondere die Spezialchemie flexibler werden und ein geringeres Investitionsrisiko eingehen. Zu einem der ersten Projekte gehörte die Entwicklung einer Anlage im Miniformat für Elektronikchemikalien – der sogenannte EcoTrainer von Evonik. In dieser Branche ist die Auftragsvergabe an ein Musterprodukt gekoppelt. Dabei wird nicht nur das Produkt abgenommen, sondern auch der dazugehörige Prozess. Mit anderen Worten Produkt- und Verfahrens-Entwicklung müssen eigentlich gleichzeitig erfolgen, was bis dahin schwer zu bewerkstelligen war. Dank des EcoTrainers konnte nun fast drei Jahre an Entwicklungszeit eingespart werden und Evonik konnte zwei Jahre früher mit seinem Produkt in den Markt.

Mittlerweile sind eine ganze Reihe an Projekten und Konzepten auf den Weg gebracht worden, die erfolgreich sind. Dennoch gibt es immer noch jede Menge Herausforderungen, wie auf der diesjährigen Achema Mitte Juni in Frankfurt sichtbar wurde. Dies gilt sowohl für die apparatetechnischer Seite, vom Blickwinkel der Automatisierung und nicht zuletzt aus menschlicher Sicht. „Allein der Wechsel eines Verfahrens von der Batch- zur Kontifahrweise birgt besondere Herausforderungen“, berichtete Patrick Graf vom niederländischen Unternehmen Zeton, das auf Pilotanlagen spezialisiert ist und viele seiner Anlagen bereits in Skid-Bauweise ausliefert. „Die eingesetzten Komponenten sind viel kleiner, jede Einheit hat seine eigene Automatisierung und es ist ein anderes Engineering gefordert. Zum Beispiel werden Modelle benötigt, die viel detailliertere Informationen liefern als bisher.“ Seiner Meinung nach lohnt es sich diesen Weg zu gehen, da diese Anlagen leichter zu skalieren sind und der Anwender sehr viel flexibler bleibt.

Wandel in der Automatisierungstechnik

Besonders herausfordernd ist der Part der Automatisierung. „Neben den mechanischen Schnittstellen wird von den Verbänden derzeit die Standardisierung in der Automatisierung voran getrieben, da es bei diesen Anwendungen kein übergeordnetes Leitsystem mehr gibt, sondern jedes Modul über eine eigene Intelligenz verfügt“, erklärte Dr. Frank Stenger, Evonik. Zwar werden in den Gebieten der Fein-/Spezialchemie sowie im Bereich Pharma bereits Produktionsanlagen durch die Verkettung von sogenannten Package Units erstellt. Diese werden jedoch meist über proprietäre Schnittstellen in die derzeitigen Automatisierungssysteme integriert. Dies ist nicht nur zeit- sondern auch kostenintensiv.

Eine der derzeit wichtigsten Lösungen, die von der Namur, dem ZVEI und ProcessNet voran getrieben wird, liegt in einer neuen digitalen Beschreibungsform – das Module Type Package (MTP). Über dieses MTP kann jedes Modul – unabhängig von der eingesetzten Steuerung, in eine übergeordneten Orchestrierungsebene eingebunden werden. Das hört sich kompliziert an, wird in Zukunft aber den Aspekt der Implementierung automatisierungstechnischer Komponenten erleichtern. Schon jetzt zeigt sich, dass der Programmieraufwand für die Integration solcher Module drastisch sinkt. Darüber hinaus gibt es auch bei der Verfahrenstechnik noch einige Hürden zu überwinden. So nannte Dr. Stenger beispielhaft das Fouling, die Analytik oder das Scale-Up. Neben diesen technischen Herausforderungen ist für Dr. Stenger auch der Mensch nicht zu unterschätzen: „Disruptive Technologien erfordern einen Bewusstseinswandel sowohl im Management als auch beim Personal im Feld.“ Dennoch sieht er die modulare Technologie auch als Chance, neue Geschäftsmodelle im Sinne von Industrie 4.0 zu etablieren.

Zum einen kann schneller produziert werden, wenn kundenspezifische Produkte gefordert werden. In den Modulen können kleinere Mengen bereit gestellt werden. Dennoch lässt sich die Produktion nach Bedarf schneller hochfahren, indem die Module vervielfältigt werden. Außerdem ist ein Container unabhängig vom Produktionsstandort.  Zum anderen wird es auch möglich sein, ein Modul für eine gewisse Zeit zu leasen oder sich mit einer Technologie zu beschäftigen, die eigentlich nichts mit dem angestammten Geschäft zu tun hatte. So entwickelte Invite, ein Joint Venture der Bayer AG, der Technischen Universität Dortmund und der Heinrich-Heine- Universität Düsseldorf, zusammen mit Lanxess ein Verfahren zum Recycling von Lederfalzspänen. Die Anlage wurde im Container an den Gerber Heller-Leder geliefert und arbeitet seitdem direkt an Ort und Stelle. Bislang hatte das Unternehmen aus Hehlen diese Leder-Reststoffe aufwändig entsorgen müssen. Nun macht es das Verfahren in Container-Bauweise für Leder-Heller leicht, auch ein chemisches und damit fachfremdes Verfahren zu bewältigen. Und der Chemiekonzern Lanxess liefert nicht mehr nur die Chemikalie, sondern eine Dienstleistung.

Ausblick: Sicher wird nicht jede chemische Produktion in Zukunft auf modulare Technologien umgestellt oder im Container stattfinden. Allerdings zeigt sich bereits jetzt, dass die Idee der modularen Anlagentechnik durch die fortschreitende Digitalisierung und den Industrie 4.0-Gedanken forciert wird. „Bislang werden Nachfrage, Verhandlungen und Bestellungen von Personen mit IT-Unterstützung bestimmt. In Zukunft wird diese Aufgabe allein von IT-Systemen übernommen und Just-in-Time zum Alltag werden“, malte Dr. Stenger in Frankfurt das zukünftige Bild der Prozessindustrie. Ohne eine flexible Produktion und die entsprechende Anlagentechnik wird diese Aufgabe nicht zu bewältigen sein.

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