Frysekoncentrering - et energieffektivt og skånsomt alternativ til inddampning

Peter  Schneider

Jeg er din kontaktperson

Skriv til mig

Indtast venligst et validt navn
Eller dit telefonnummer
Sender besked
Tak for din besked
Vi beklager

På grund af en teknisk fejl kan din henvendelse desværre ikke modtages i øjeblikket. Du er velkommen til at skrive en mail til Send e-mail eller ringe til +45 72 20 13 91.

Sammenlignet med traditionel inddampning har frysekoncentrering vist sig at være en god og skånsom metode til opkoncentrering af proteiner. På billedet tester Teknologisk Institut opkoncentrering af protein fra slagterier.

Frysekoncentrering - et energieffektivt og skånsomt alternativ til inddampning

Inddampning er en af de mest energikrævende processer i industrien. Et oplagt alternativ til denne teknologi er frysekoncentrering, som er ca. seks gange mere energieffektiv. Frysekoncentrering forventes derfor at komme til at spille en væsentlig rolle i bestræbelserne på at konvertere separationsprocesser fra termisk til elektrisk drift i en mere bæredygtig fødevareproduktion.

Formålet med inddampning er at opkoncentrere et produkt, der stadig er på væskeform – enten med henblik på videre forarbejdning eller for at minimere transportomkostninger. I processen bortkoger man vand fra et produkt under tilførsel af varme. Men inddampning er en energisluger. Eksempelvis udgør energiforbruget til inddampning ca. 10 % af det totale energiforbrug på mejerier.

Frysekoncentrering anvendes også til at opkoncentrere flydende produkter, og teknologien kan energimæssigt konkurrere med selv de mest energioptimerede inddampningsprocesser.

Ved frysekoncentrering sænkes andelen af vand i en opløsning ved at fryse en del af vandet og efterfølgende fjerne de dannede iskrystaller. Opkoncentreringen sker endvidere ved en betydeligt lavere temperatur end ved inddampning, hvilket som oftest betyder, at produktkvaliteten bibeholdes, og at der er et mindre tab af smag og aroma end ved traditionel inddampning.

Spar energi og bevar produktkvaliteten
Sammenlignet med de traditionelle inddampningsprocesser er frysekoncentrering forbundet med store fordele.

Frysekoncentrering er ca. seks gange mere energieffektiv end inddampning. Frysning af 1 kg is kræver 334 kJ/kg, og en 1-trins inddamper bruger ca. 2200 kJ/kg for at fordampe 1 kilo vand.

I en simpel 1-trins inddamper skal der tilføres 1 kg varm damp fra en dampkedel for at koge 1 kilo vand fra produktet. Ved at anvende flertrinsinddampere kan dampforbruget reduceres med et antal trin.

Virksomheder kan anvende frysekoncentrering som et alternativ til inddampning inden for bl.a. fødevarer og spildevand. Men i særdeleshed inden for varmefølsomme produkter, hvor inddampning forringer produktkvaliteten, har metoden vist sig meget effektiv. Ved frysekoncentrering vil produktet være stort set upåvirket bagefter.

FAKTA

  • Ved frysekoncentrering indfryses vandet i et produkt til iskrystaller.
  • Iskrystallerne udskilles fra det opkoncentrerede produkt, hvorefter isen kan tøs op og omdannes til rent vand.
  • Frysekoncentrering kræver omtrent seks gange mindre energi end inddampning.
  • Frysekoncentrering sker ved en betydeligt lavere temperatur end inddampning, hvilket betyder, at kvaliteten af det opkoncentrerede produkt vil være stort set upåvirket efterfølgende.

Store potentialer i fødevareindustrien
I fødevareindustrien er frysekoncentrering meget relevant til fødevarer, der på den ene eller anden måde skal koncentreres og viderefremstilles – eller lagres kolde. I denne industri er mange produkter følsomme over for varme, som kan reducere kvaliteten. Derfor er den skånsomme frysekoncentrering ved lav temperatur særlig godt egnet.

I fødevarekoncentrering handler det generelt om at øge andelen af tørstoffet i produktet således, at produktet kommer til at indeholde mindre vand og mere af råvaren. Når man fjerner vandet fra råvaren, er det f.eks. muligt at ændre produktets tekstur, styre alkoholindholdet, øge værdien og naturligvis mindske vægt og rumfang, hvilket minimerer transportomkostningerne.

Eksempler på produkter, der er velegnede til frysekoncentrering, er juice, bær, valle, mælk og limvand fra slagterier.

Bærkoncentrering er et område, hvor det er vigtigt med skånsom koncentrering for at bibeholde smagsstofferne og produktets struktur. På området er der mange producenter, som laver specialprodukter, som bygger på økologi og bæredygtighed, og en energieffektiv frysekoncentrering kan her blive en vigtig del af produktets image.

- Fødevareindustrien står over for store udfordringer, når vores målsætninger om en 70 %-reduktion i CO2-udslippet skal nås. Og her kommer en teknologi som frysekoncentrering, hvor vi både kan reducere energiforbruget og øge kvaliteten af fødevarerne, som sendt fra himlen, fortæller Peter Schneider, der er forretningsleder i Køle- og Varmepumpeteknik på Teknologisk Institut. Peter er civilingeniør og har 25 års erfaring inden for procesteknologi.

Fordele for mejeribranchen
I mælkeproduktion anvendes stigende mængder af mælk til enten mælkepulver/mælkebaserede ingredienser eller til ost, og langt størstedelen eksporteres. Ved produktion af både mælkepulver og ost opkoncentreres mælken.

I stedet for at foretage opkoncentreringen på mejeriet kan denne del af processen flyttes ud i producentleddet, og her kan der således udskilles store mængder af vand, der kan genbruges til fodring og rengøring. Dette vil mindske mængden af mælk, der skal transporteres til mejeriet – og som følge heraf reduceres transportudgifter og udledningen af CO2. Endelig vil den mindre volumen af mælk, der modtages på mejeriet, mindske procesomkostningerne. Kort sagt, så bliver produktionen mere konkurrence- og bæredygtig.

Også fordele mht. limvand
Limvand er et biprodukt fra mange fødevareproduktioner. Det indeholder meget protein og kan bruges til eksempelvis dyrefoder. Limvand er meget vanskeligt at behandle, fordi proteinerne brænder fast på inddamperoverfladen og tilstopper filtrene i membransystemerne. Her kan frysekoncentrering bruges som en skånsom metode over for proteinerne.

Frysekoncentrering – skal, skal ikke?
For mange virksomheder kan det være svært at afgøre, om det kan betale sig at skifte fra traditionel termisk inddampning til frysekoncentrering – og herefter at tage skridtet i praksis. Men her kan Teknologisk Institut hjælpe.

Bl.a. kan Instituttet hjælpe virksomheden med at afdække, om frysekoncentrering overhovedet vil være mulig og er fordelagtig – både i forhold til energiforbrug og produktkvalitet – samt hvor stort et produkttab, der vil ske i forbindelse med frysekoncentreringsprocessen.

Og når virksomheden har taget beslutningen om skifte fra inddampning til frysekoncentrering, så kan Teknologisk Institut være behjælpelig med at udføre pilottest på produktet og designe det færdige anlæg.

Frysekoncentrering – teknikken bag

Frysekoncentrering kan foretages med enten indirekte varmeveksling eller med direkte varmeveksling. Ved indirekte varmeveksling foregår isdannelsen i en skrabevarmeveksler, som er kølet af et køleanlæg.

Frysekoncentrering ved hjælp af direkte varmeveksling i vakuum virker på den måde, at en del af vandet i produktet fordampes, og energien til fordampningen bruges til at indfryse iskrystaller i isgeneratoren ved vandets trippelpunkt (ved tryk på 611 Pa absolut tryk). Trippelpunktet er der, hvor alle tre faser af materialet (vand, vanddamp og is) kan være i ligevægt på samme tid ved en specifik temperatur og et specifikt tryk. Vakuumfrysekoncentrering bruger trippelpunktskonceptet til at generere vanddamp og iskrystaller i vakuumtanken og derved koncentrere produktet. Direkte varmeveksling giver det laveste energiforbrug.

Med fremkomsten af energieffektive kompressorer for vanddamp og direkte kontaktvarmevekslere, hvor isgenereringen sker ved fordampningstemperaturer meget nær ved opløsningens frysepunkt, forventes teknologien derfor at komme til at spille en betydelig rolle fremover.

Vil du vide mere? Så kontakt forretningsleder Peter Schneider, Teknologisk Institut, på tlf.: 72 20 13 91 eller via e-mail psc@teknologisk.dk

Teknologisk Instituts arbejde med frysekoncentrering er støttet af Styrelsen for Institutioner og Uddannelsesstøtte.