Verringerung der Verderblichkeit von Milch ländlicher Milchviehbetriebe in Indien

"Unser innovatives Milchkühlsystem, das die Verderblichkeit von Milch im ländlichen Indien reduziert, wäre ohne das Programm Planet NI nicht möglich gewesen. In dem Programm sah NI die Gelegenheit, bei einem Projekt zu helfen, das erhebliche soziale Auswirkungen hat und Einflüsse auf die Umwelt einschränkt. NI arbeitete auch mit uns daran, seine Produkte zugänglich zu machen."

- Sorin Grama, Promethean Power Systems, USA

Die Aufgabe:

Jeden Tag stehen milchverarbeitende Betriebe vor der Herausforderung, Milch von unzähligen einzelnen Bauern in den Dörfern Indiens zu den zentralen Verarbeitungseinrichtungen in entfernten Städten transportieren zu müssen. Sie setzen auf eine zweimal täglich erfolgende Abholung der ungekühlten Milch, was hohe Transportkosten und häufiges Verderben der Milch zur Folge hat.

Die Lösung:

Mit Unterstützung des Programms „Planet NI“ erstellte Promethean Power Systems eine mittels Thermobatterie betriebene Kühlanlage für die Kühlung und Lagerung von Rohmilch in den Dörfern, in denen die Milch erzeugt wird, wodurch sowohl Transport- als auch Kühlkosten für Milchbauern eingespart werden.

In Indien verderben jährlich Lebensmittel im Wert von etwa 10 Milliarden US-Dollar, weil die Kühlkette schlecht ausgebaut ist und Energiequellen in ländlichen Gebieten unzuverlässig sind. Die Milchindustrie ist besonders gefährdet, denn etwa 80 Prozent der Tiere werden auf kleinen Höfen gehalten, die über das ländliche Indien verteilt sind. Dadurch wird das Abholen hochwertiger Milch zeit- und kostenaufwendig. In der heißen Jahreszeit verderben bis zu 30 Prozent der Milch.

 

Gegenwärtig können Bauern spezielle Kühlanlagen an Milchsammelstationen nutzen, um einem Verderben der Milch vorzubeugen, bevor sie die Molkerei erreicht. Allerdings müssen aufgrund der unzuverlässigen Netzstromversorgung im ländlichen Indien Kälteanlagen mittels Dieselgeneratoren betrieben werden. Diese Lösung ist wenig wünschenswert, da sie die Kapital- und Betriebskosten erhöht. Sorin Grama und Sam White, die Gründer von Promethean Power Systems, erkannten diese Herausforderungen und machten sich daran, ein Milchkühlsystem zu entwickeln, das sich besser für entfernt gelegene ländliche Gebiete eignet.

 

Entwickeln einer Milchschnellkühlanlage

Grama entwarf eine Milchschnellkühlanlage für Sammelstellen in Dörfern, die Milch gleichmäßig kühl halten kann, bis diese abgeholt und zu einer Molkerei bzw. einer zentralen Sammelstelle transportiert wird. Ein Milchkühlsystem ist jedoch eine kritische Anwendung, die rund um die Uhr an 365 Tagen des Jahres laufen muss. Daher wurde die mangelhafte Netzinfrastruktur um eine Thermobatterie ergänzt, sodass ein besseres System verfügbar ist, das selbst während eines längeren Stromausfalls (Abbildung 1) laufen kann.

 

Eine wichtige Komponente des Aufbaus der Anlage ist das Steuersystem, das den Betrieb der gesamten Anlage verwaltet. Es steuert einen Kälteverdichter, der die elektrische Leistung in Kühlleistung umwandelt und die Energie als thermische Energie speichert, also ein spezieller Eisbehälter. Dieses Eis wird später genutzt, um die Milch im Verlauf der morgendlichen und abendlichen Abholungszeiten zu kühlen, wenn eventuell kein Netzstrom zur Verfügung steht. Das Steuersystem überwacht und steuert alle Temperaturen, zeichnet Daten für die Validierung der Lebensmittelsicherheit auf und teilt einer zentralen Einrichtung über SMS mit, ob Notfälle vorliegen. Grama war bewusst, dass er ein Embedded-Steuersystem würde entwerfen müssen, um diese Aufgaben auszuführen. Die Benutzeroberfläche für die Bauern allerdings müsste sehr einfach sein. Daher wurden die Plattform NI Single-Board RIO und das LabVIEW Real-Time Module als Herzstück des Systems eingesetzt.

 

Vorteile der Milchschnellkühlanlage

Die Milchschnellkühlanlage kann bis zu 500 Liter pro Abholung fassen. Sie speichert Kälteenergie in Form einer Thermobatterie, sodass Bauern die Möglichkeit haben, Milch auch zu kühlen und zu lagern, wenn die Stromversorgung ausgefallen ist. Mithilfe der gespeicherten Energie kann die Milchschnellkühlanlage Rohmilch in nur wenigen Sekunden auf 4 °C kühlen. So wird der Bakterienvermehrung Einhalt geboten und die Milchqualität erheblich verbessert. Das System schafft zudem mehr Flexibilität innerhalb der Lieferkette, da die Notwendigkeit entfällt, Milch über kostspielige zentrale Kühlzentren zu schleusen. Dadurch können Transportkosten um bis zu 40 Prozent reduziert werden. Des Weiteren müssen keine Dieselgeneratoren mehr eingesetzt werden, sodass Betriebskosten um 50 Prozent gesenkt werden können. Da die Möglichkeit besteht, über die nächsten drei bis fünf Jahre bis zu 1000 Kühlsysteme für Milch zu installieren, kann jede neue Anlage von bis zu 30 bis 40 bäuerlichen Kleinbetrieben genutzt werden. Das wird direkte Auswirkungen auf etwa 30.000 Milchbauern und eine Million Milchverbraucher in Indien haben. Ein erheblicher Anteil der Milch würde nicht mehr verderben und somit Milch höherer Qualität zur Verfügung stellen.

 

Vorteile der Zusammenarbeit innerhalb des Programms Planet NI

Die Gründer von Promethean Power Systems wollten im Rahmen des Programms „Planet NI“ arbeiten, weil ihnen bekannt war, dass die Ziele des Programms darin bestehen, Innovationen zu fördern und Unternehmen bei der Entwicklung von Technologien zu unterstützen, die Auswirkungen im sozialen Bereich haben werden. Planet NI stellte Promethean Power Systems die Hard- und Software bereit, mit der das Unternehmen seine Milchschnellkühlanlage entwerfen, als Prototyp erstellen und dann einsetzen konnte. Infolge des Projekts können Sammelzentren in indischen Dörfern jetzt Hunderte Liter Milch konservieren, die jeden Tag gesammelt werden. Bevor es die Milchschnellkühlanlage gab, mussten Molkereien die Milch zu zentralen Kühlzentren transportieren. Oft verdarb die Milch, weil diese Zentren nicht rechtzeitig erreicht wurden. Wird jedoch die Milch am Erzeugungsort gekühlt, steht gesündere Milch erstklassiger Qualität zur Verfügung, die für höherwertige Produkte wie Käse und Babybrei eingesetzt werden kann. Das wiederum wirkt sich auf die Wirtschaft kleinerer Bauerndörfer aus, da Milchbauern so von höheren Einnahmen profitieren.

 

Das Unternehmen

Promethean Power Systems entwirft und fertigt Kühlanlagen für den ländlichen Bereich für kommerzielle Kühlanwendungen in Gebieten von Entwicklungsländern ohne bzw. mit eingeschränkter Netzstromversorgung. Die Technologie des Unternehmens unterstützt Lebensmittellieferanten dabei, verderbliche Lebensmittel – wie Milch, Obst und Gemüse – zu lagern und zu konservieren, ohne dazu teuere Dieselgeneratoren zu benötigen.

 

Kontakt:

Anita Shekhar
National Instruments
Email: planetni@ni.com

 

Informationen zum Autor:

Sorin Grama
Promethean Power Systems, USA

Abb. 1: Grama setzte die Plattform NI Single-Board RIO und das LabVIEW Real-Time Module als Herzstück des Systems ein.
Abb. 2: Die Fotovoltaikanlage versorgt das Kühlsystem im Gebäude mit dem blauen Dach mit Strom.
Abb. 4: Da die Möglichkeit besteht, über die nächsten drei bis fünf Jahre bis zu 1000 Kühlsysteme für Milch zu installieren, könnte diese Erfindung direkte Auswirkungen auf etwa 30.000 Milchbauern in Indien haben.
Abb. 3: Ein Bauer in Indien gießt im Sammelzentrum Milch in einen Behälter, um seinen Tageslohn zu erhalten.