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In der heutigen Industrie gewinnen Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung zunehmend an Bedeutung, insbesondere in der pharmazeutischen Branche. Steigende Kosten für Strom und Wärme erhöhen die Betriebsausgaben, was Unternehmen dazu zwingt, ihre Versorgungsstrategien zu überdenken. In der Schweiz spielt die Effizienz bei der Energienutzung eine zentrale Rolle in der Energiestrategie 2050 des Bundes. Im Jahr 2018 lag der Anteil der Chemie- und Pharmabranche am Gesamtverbrauch im Industriesektor bei etwa 27 %. Reinräume und andere GMP-Anlagen haben einen deutlich höheren Bedarf als typische Bürogebäude, da sie grosse Mengen konditionierter Luft benötigen. Laut der Norm DIN EN ISO 14644-16:2020 ist der Verbrauch in diesen Bereichen etwa zehnmal höher als der von Büroräumen. Angesichts dieses hohen Bedarfs sind regelmässige Betriebsoptimierungen sowohl für neue als auch für bestehende Anlagen dringend zu empfehlen.
Bei neu errichteten Systemen herrscht häufig die Annahme, dass keine Anpassungen notwendig sind. Dennoch ist es ratsam, auch bei diesen Einrichtungen eine Effizienzsteigerung in Betracht zu ziehen. Mögliche Gründe dafür sind unentdeckte Mängel, die so aufgedeckt werden können, sowie Anlagen, die möglicherweise nicht auf ihre endgültige Prozessart eingestellt oder abgeglichen wurden. Zudem gibt es Einrichtungen, die zunächst nur im Teilbetrieb laufen, oder solche, die nicht im Teillast- oder Volllastmodus abgeglichen wurden.
Zur Verbesserung der Energieeffizienz und Dekarbonisierung wird häufig ein Mix dreier Strategien verfolgt: Suffizienz (Reduktion), Effizienz (Optimierung) und Konsistenz (anders produzieren). Das Bundesamt für Energie (Schweiz) betont jedoch die Priorität der Suffizienz: "Die billigste und umweltfreundlichste Energie ist die, die wir nicht verbrauchen und deshalb gar nicht erst produzieren müssen." Daher sollten Massnahmen in folgender Reihenfolge umgesetzt werden: zuerst Suffizienz, dann Effizienz und schliesslich Konsistenz.
Eine methodische Vorgehensweise ist entscheidend für den Erfolg einer Betriebsoptimierung. Zunächst wird der IST-Zustand erhoben und analysiert, um eine Grundlage für die Ableitung von Verbesserungen zu schaffen. Diese Ansätze sind entsprechend den Anforderungen und Vorgaben zu bewerten. Der Erfolg gilt erst dann als gesichert, wenn die Ergebnisse durch eine abschliessende Kontrolle überprüft wurden.
Die Betriebsoptimierung im GMP-Umfeld bringt spezielle Herausforderungen mit sich. Dazu gehören unter anderem firmeninterne Vorgaben, bestehende Nutzungsanforderungen, Sicherheitsaspekte, Produktschutz, Betriebssicherheit sowie diverse GMP-Richtlinien (wie Annex, Pharmakopöe, ISO 14644). Auch die unterschiedlichen Bedürfnisse verschiedener Akteure müssen berücksichtigt werden. Häufig wird jedoch eine holistische Planung vernachlässigt. Für eine erfolgreiche Anpassung ist daher eine interdisziplinäre Herangehensweise unerlässlich, bei der alle Beteiligten frühzeitig einbezogen werden, um ihre jeweiligen Bedürfnisse einzubringen. Diese Faktoren beeinflussen massgeblich den Bedarf und sollten gründlich geprüft werden, da sie das Potenzial zur Verbrauchsminderung (Suffizienz) stark beeinflussen.
Für die Analyse sollten vorhandene Energie- und Leistungsdaten genutzt werden. Wenn diese nicht ausreichen, können provisorische Messungen oder Berechnungen auf Basis von Annahmen durchgeführt werden. Ein Energiemanagement oder Energiemonitoring wird bei komplexen Anlagen grundsätzlich empfohlen. Ein nachgerüstetes Managementsystem erleichtert nicht nur die Identifikation von Einspar- und Effizienzpotenzialen, sondern stärkt durch seine Kontrollfunktion die Versorgungssicherheit und ermöglicht eine schnellere Erkennung potenzieller Fehler.
Aus der Evaluation der ermittelten Kennzahlen und dem Verständnis der Systemfunktionen können Optimierungsmassnahmen abgeleitet werden. Diese sind nach Kriterien zu beurteilen, die in Absprache mit den Auftraggebenden definiert werden. Dabei müssen neben den Anforderungen und Vorgaben auch institutionelle Risiken identifiziert und bewertet werden. Neben der Verbrauchsreduktion, der Sicherheit und anderen wichtigen Kriterien sind auch die Investitionskosten, mögliche Stillstandszeiten und die Betriebskosteneinsparung der Interventionen zu ermitteln und zu bewerten.
Die Umsetzung erfordert eine sorgfältige Planung. So muss nach erfolgter Freigabe jede Initiative ausführlich dokumentiert werden, beginnend mit einer Änderungsanforderung, und, falls notwendig, zusätzlich durch eine Risikoanalyse überprüft werden. Ein Ausfall der Anlagen und Systeme kostet Zeit und somit Geld. Produktionsunterbrechungen sollten daher auf ein Minimum reduziert werden, idealerweise durch Durchführung während regulärer Wartungsperioden. Mit eingeplant werden sollte ausserdem ein ausreichend grosses und realistisches Zeitfenster, und für kritische Aktivitäten ist ein Plan B vorzusehen.
Eine Erfolgskontrolle nach Umsetzung der Interventionen ist unerlässlich, um die Effizienzverbesserung erfolgreich abzuschliessen. Messinstrumente und Aufzeichnungen sind notwendig für die Auswertung und Prüfung. Da die Betriebsoptimierung ein kontinuierlicher Prozess ist, sollten umgesetzte Schritte regelmässig geprüft und gesichert werden. Oft sind noch Nachjustierungen erforderlich, um den maximalen Nutzen zu erzielen.
Wenn Sie vor ähnlichen Herausforderungen in Ihrer GMP-Produktion stehen, lassen Sie uns ins Gespräch kommen. Wir bei pixon engineering AG freuen uns darauf, Sie bei der Effizienzsteigerung Ihrer Prozesse zu unterstützen!
Insights von Thomas Heinzmann, Senior Projektingenieur Mechanik und Teamleiter bei pixon.
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