Getränke! Technologie & Marketing 2/2021

BRANCHEN REPORT | In situ-Elektrolyse
ELEKTROCHEMISCHE AKTIVIERUNG (ECA) IN DER BRAUEREI
Desinfektionsmittel durch
Elektrolyse vor Ort erzeugen
Das Verfahren der elektrochemische Aktivierung (ECA) gibt es bereits seit mehreren Jahr zehnten. Viel
wurde geforscht und optimiert. In der Bachelorarbeit „Applikations bereiche eines mittels In situ-Elektrolyse
hergestellten Desinfektionsmittels (NADES 2.0) in einer Brauerei“ ist dies zusammengefasst und ausgearbeitet
worden. Von geplanten Praxis-Tests musste aufgrund der Corona-Situation abgesehen werden. In dieser
Ausgabe der Getränke! Technologie & Marketing wird auf die Technik sowie das Produkt NADES 2.0 eingegangen.
In der nächsten Ausgabe werden Applikationsbereiche vorgestellt.
Von JONATHAN LEHNER, B. Eng. in Brau- und Getränketechnologie, Technischer Vertrieb, aquagroup AG
B
ei der ECA-Technik handelt
es sich um Elektrolyse,
die aus Wasser,
Salz und Strom aktives Chlor
(Na triumhypochlorit, Hypochlorige
Säure) erzeugt. Sie stammt
aus dem Jahr 1975 von Professor
Vitold M. Bakhir, dem Pionier
der Elektrolyse. Michael
Farraday formulierte 1883 die
Grundsätze, die den Durchgang
elektrischen Stroms durch eine
wässrige Salz lösung beschreiben
(Farradaysche Gesetze), und
prägte für dieses Phänomen den
Begriff „Elektrolyse“.
Verfahren der Elektrolyse
Seitdem werden im Bereich der
Elektrolyse verschiedene Verfahren
angewendet. Die Membranzellenelektrolyse
sowie die Einkammerelektrolyse
sind gängige
Methoden. In den Anfangszeiten
der aquagroup AG wurde
die Membranzellenelektrolyse
verwendet. Hier entstand NA-
DES, eine Natriumhypochloritlösung
mit ca. 200 ppm FAC
(free available chlorine). Nachteil
dieses Verfahren sind die geringe
Ausbeute an FAC sowie die
Abb. 1 | Ungeteilte Zelle
(einfache schematische Darstellung)
H 2
O Wasser
NaCl (Salz)
NaOCl (Bleiche)
H 2
(Wasserstoff)
hohe Salzfracht von 0,015 mg/
ppm FAC und dadurch erhöhtes
Korrosions risiko. (siehe Abb. 1)
Bei beiden Techniken ist ein
Vorteil, dass kein Gefahrstoff generiert
wird, da die Konzentration
unter 5 % Wirkstoff liegen.
Bei der Herstellung wird hier auch
kein Gefahrstoff benötigt.
Natriumhypochlorit (NaOCl)
Die Wirkungsweise von Natriumhypochlorit
wurde unter anderem
an der menschlichen Immunabwehr
erforscht. Dort wird
auf die infek tionsbekämpfende
Funktion der Leukophilen Granulozyten
(eine bestimmte Art
der weißen Blutkörperchen) eingegangen.
Diese verwenden das
Enzym Myeloperoxidase (MPO),
das gespeichertes H 2
O 2
mit Cl 2
zu
Natriumhypochlorit umwandelt.
Abb. 2 | Elektrolyse-Anlage
Bei der Desinfektion wird genau
auf diese Wirkungsweise und Erkenntnisse
zurückgegriffen. Die
Effekte von Natriumhypo chlorit
auf Mikroorganismen lassen sich
(je nach Konzen tration) in folgende
Phasen einteilen:
▶▶Selektive Hemmung des
Bak te rienwachstums und der
Zell teilung (0,05 ppm)
▶▶Verminderung/Stoppen der
DNA- und Proteinsynthese
(> 0,1 ppm)
▶▶Kollabieren der Membran
(> 5 ppm)
Elektrolyseanlagen
Die Anlagen sind in zwei grundlegende
Teile unterteilt: einem
Wasserkabinett und einer Steuerung
für den automatisierten Betrieb
der Anlage. (siehe Abb. 2)
Im Wasserkabinett findet die
Erzeugung von NADES 2.0 statt.
Das Herzstück einer solchen Anlage
ist die Elektrolysezelle. Sie ist
speziell beschichtet, um eine optimale
Reaktion zu gewährleisten.
In die Zelle wird eine inline ausgemischte
Solelösung eingeleitet,
welche dann zu Natriumhypochlorit
und Wasserstoff reagiert.
Nach der Zelle fließt NADES 2.0 in
einen Puffertank und der Wasserstoff
entweicht über einen Wasserstoff-Abscheider
an die Abluft.
Werte für Natriumhypochlorid
Vom Puffertank wird je nach Applikation,
das Mittel mengenproportional
oder über eine Mess-
Regel-Einheit dosiert.
Mess-Regel-Dosier-Einheit
Ein Grundsatz bei der Verwendung
mit Desinfektionsmitteln
und Bio ziden ist: „Biozide sicher
verwenden“. Bei diesem Grundsatz
gilt das Minimierungsgebot.
Deswegen sollte immer die richtige
Art der Dosierung gewählt
werden. Hierzu gibt es die mengen-
beziehungsweise die volumengesteuerte
Dosierung. In
manchen Applikationen wie zum
Beispiel bei der Rinserwasserbeaufschlagung
und der Füllerbedüsung
ist eine solche Dosierung
der einzig effiziente Weg.
Der Vorteil bei Natriumhypochlorit
ist, dass es einfach messbar
ist. Eine Messung kann über
spezielle Chlorsonden oder
über das Redoxpotential vollzogen
werden. Diese Messungen
sind für viele Brauereien ein
wich tiger Faktor, da damit Prozesskontrolle
und -sicherheit
gegeben ist. Eine über Sonden
geregelte Dosie rung gewährleistet,
dass stets der korrekte Wert
an Biozid im System vorhanden
sowie eine Über- bzw. Unterdosierung
ausgeschlossen ist.
Stoffname: Maximale Zugabe: Konzentrationsbereich
nach Abschluss der Aufbereitung:
H 2
O Wasser
NaCl (Salz)
Foto und Grafik: aquagroup AG
Natriumhypochlorit 1,2 mg/l freies Cl 2
min. 0,1 mg/l freies Cl 2
max. 0,3 mg/l freies Cl 2
18 | Getränke! 02 | 2021