Effizienzsteigerung durch Automatisierung

Die Corona-Krise und der damit angestiegene Bedarf an Desinfektionsmittel wie Isopropanol oder Ethanol führten in einigen Regionen bereits zu Engpässen und zu einer Verteuerung der Lösungsmittel auf dem Weltmarkt. Lösungsmittel-Recycling zu betreiben ist daher nicht nur nachhaltig, sondern auch ein nicht zu verachtender Weg, um die Betriebskosten im eigenen Labor zu reduzieren und gleichzeitig die Effizienz zu steigern.

Die Rückgewinnung von Lösungsmitteln durch einen Verdampfungsprozess ist ein gängiger Arbeitsschritt im Labor und wird häufig unter Zuhilfenahme eines Rotationsverdampfers bewerkstelligt. Auch wenn ein solcher ein geeignetes und probenschonendes Laborgerät für diesen Prozess ist, so ist der manuelle Betrieb (der sogenannte Batch-Betrieb) alles andere als effizient, um vor allem größere Mengen an Lösungsmittel aufzureinigen.

Verdampferkolben fassen nur ein begrenztes Volumen und müssen nachgefüllt oder ausgetauscht werden, was zu langen Aufheizzeiten des kalten Mediums führt, bevor der Prozess wieder in Gang kommt. Auch die Kapazität von Auffangkolben ist limitiert und erfordert ein regelmäßiges Entleeren im Betrieb. Dazu muss das komplette System belüftet und ein laufender Prozess gestoppt werden. Beim Verdampfen im Batch-Betrieb handelt es sich um einen dynamischen Prozess, bei dem die Gegebenheiten im Gesamtsystem sich ständig verändern. So muss vor allem das Vakuum im Verlauf immer wieder händisch nachgeregelt werden, um eine durchweg performante Leistung zu erzielen. Eine Laborarbeitskraft ist also oft mehrere Minuten damit beschäftigt die Prozessparameter anzupassen, die Kolben zu befüllen und zu entleeren oder ggf. zu wechseln. Dies ist ein Kostenfaktor, der die mögliche Einsparung verringert.

Bereits hunderte Kunden weltweit konnten die Effizienz beim Lösungsmittel-Recycling durch den Einsatz eines Automatikmoduls, das die Befüllung und Entleerung der Verdampfer- und Auffangkolben selbstständig regelt, wesentlich steigern. Ein konkretes Beispiel für diese Effizienzsteigerung ist die Universität Bayreuth. Im Arbeitsbereich der Makromolekularen Chemie wurden, wie in Chemielaboren üblich, sehr häufig, sehr kleine Mengen mit ähnlichem Inhalt verdampft. Die dort beschäftigten Doktoranden und Laboranten verbrachten einen nicht unerheblichen Teil ihrer Zeit damit, die typischen Arbeitsschritte am Rotationsverdampfer durchzuführen, um kleine Mengen von wenigen hundert Millilitern an Lösungsmitteln aufzureinigen.

Herr Lothar Benker, verantwortlich für den Gerätepool in diesem Arbeitskreis, hat das Potential einer Automatisierung erkannt und die Doktoranden im zuständigen Arbeitskreis instruiert, die kleinen Mengen in 5 bis 20 Liter große Behältnisse zu sammeln und sich nicht weiter mit der manuellen Aufbereitung aufzuhalten. Der neue Arbeitsablauf sieht nun so aus, dass zum Ende des Arbeitstages das Heidolph System aus dem Automatikmodul Distimatic und Rotationsverdampfer (Abb. 1) eingeschaltet wird und über Nacht unbeaufsichtigt eines der tagsüber befüllten Behältnisse automatisch verarbeitet wird. Am nächsten Morgen finden die Doktoranden die separierten Flüssigkeiten einsatzbereit vor, die dann direkt zur weiteren Verwendung im Labor zur Verfügung stehen. Herr Benker schätzt die gewonnene Zeit, die seine Doktoranden am Tag nun zusätzlich für die Forschung zur Verfügung haben, auf über eine Stunde pro Arbeitskraft ein.