Kaffee ist nach Wasser das weltweit am zweithäufigsten konsumierte Getränk. Würde jeder Mensch auf der Erde Kaffee trinken, würde der weltweite Verbrauch bei durchschnittlich 63 Tassen pro Person und Jahr liegen. Die regionalen Unterschiede sind frappierend: Im Jahr 2020 beispielsweise konsumierte der durchschnittliche Italiener umgerechnet über 5 kg Kaffeebohnen (Cibelli et al.).

Während Espresso und Filterkaffee nach wie vor dominieren, entwickelt sich der Kaffeemarkt rasant weiter. Segmente wie Fairtrade-Kaffee und insbesondere Instantkaffee verzeichnen ein starkes Wachstum.

Einer der energieintensivsten Schritte in der Kaffeeproduktion ist das Rösten. Nach dem Anbau und der Verpackung trägt es am meisten zum CO2-Fußabdruck einer Tasse Kaffee bei. Dies wurde auch von Gosalvitr et al. hervorgehoben, die die Lebenszykluskosten der Kaffeeproduktion in Großbritannien untersuchten.

Weitere Studien, beispielsweise von Viana et al. in Kanada, zeigen, dass Verpackungsmethoden – z. B. Filter vs. Kapseln – einen überraschend großen Einfluss haben, wobei Kapseln manchmal umweltfreundlicher sind. Allerdings benötigt Instantkaffee bei der Herstellung immer noch deutlich mehr Energie als gemahlener Kaffee.

Da der größte Teil dieser Energie zur Erzeugung von Wärme verwendet wird, lautet die entscheidende Frage: Wie kann diese Wärme dekarbonisiert werden?

Spoiler: In vielen Fällen ist das überraschend einfach. Für industrielle Röstereien, Sprühtrockner oder dampfbasierte Verfahren bietet das thermische Energiespeichersystem von Kraftblock eine hochwirksame Möglichkeit, erneuerbaren Strom in der Kaffeeproduktion zu nutzen.

Dieses Potenzial wird im Volt-Projekt von Kraftblock mit Eneco und PepsiCo demonstriert, das sich auf die Elektrifizierung und Dekarbonisierung von Hochtemperaturprozessen in der Lebensmittelindustrie konzentriert. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Renewable Energy Solutions Programms der Exportinitiative Energie gefördert.

Prozesswärme in der Kaffeeproduktion

Bei der Herstellung von gemahlenem Kaffee ist das Rösten der wärmeintensivste Schritt. Dies geschieht in der Regel durch direkte Gasflamme oder durch indirekte Erhitzung der Luft. In allen Röstsystemen wird heißes Gas oder Luft um die grünen Kaffeebohnen zirkuliert, wodurch diese zu geröstetem Kaffee werden.

Es gibt verschiedene Röstsysteme, darunter Trommelröster, Fließbettröster und Zentrifugalröster. Unabhängig vom Typ liegen die Temperaturen zwischen 150 °C und 250 °C, und die Röstung dauert in der Regel 7 bis 20 Minuten, je nach gewünschtem Röstgrad.

Hier kommt Kraftblock ins Spiel: Anstelle von fossilen Brennstoffen wird Wärme aus erneuerbarem Strom erzeugt, gespeichert und bei Bedarf bereitgestellt. Insbesondere für Röster, die bereits mit Heißluft arbeiten, ist die Elektrifizierung unkompliziert. Das Speichersystem von Kraftblock ermöglicht außerdem:

• Lastverschiebung: Strom wird zu Zeiten mit niedrigen Preisen gespeichert.
• ‍Flexibilität im Betrieb: Die gespeicherte Energie kann entsprechend den Produktionsplänen abgegeben werden.

Sehen Sie sich das Trommelrösten des deutschen Herstellers Bühler in Aktion an.

Entkoffeinierung und Herstellung von Instantkaffee

Vor dem Rösten können Bohnen entkoffeiniert werden – in der Regel mit Dampf und milden Lösungsmitteln (Britannica). Auch hier kann das System von Kraftblock Dampf aus erneuerbaren Quellen liefern und so Emissionen reduzieren.

Die Herstellung von Instantkaffee verursacht einen zusätzlichen Energiebedarf. Nach dem Rösten und Mahlen wird der Kaffeeextrakt sprühgetrocknet – ein Verfahren, bei dem die Flüssigkeit in Tröpfchen zerstäubt und mit Heißluft bei 160–185 °C getrocknet wird. Auch hier kann die Heißluftleistung von Kraftblock genutzt werden, indem einfach die Austrittstemperatur angepasst wird.

Der Weg in die Zukunft

Die Kaffeeproduktion ist energieintensiv, aber Elektrifizierungslösungen sind bereits verfügbar. In Regionen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien sind Systeme wie Kraftblock nicht nur klimafreundlich, sondern auch kosteneffizient – insbesondere, wenn Energiespeicher zur Optimierung des Strombezugs eingesetzt werden.

Kraftblock bietet skalierbare Lösungen für die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung – wie die Zusammenarbeit mit PepsiCo und Eneco im Rahmen des RES-Programms zeigt.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Renewable Energy Solutions Programms der Exportinitiative Energie gefördert.

Quellen

Piya Gosalvitr, Rosa M. Cuéllar-Franca, Robin Smith, Adisa Azapagic (2023): An environmental and economic sustainability assessment of coffee production in the UK. Chemical Engineering Journal, Volume 465 https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142793. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723015243)

Luciano Rodrigues Viana, Charles Marty, Jean-François Boucher, Pierre-Luc Dessureault (2023): Here’s how your cup of coffee contributes to climate change. Online: https://theconversation.com/heres-how-your-cup-of-coffee-contributes-to-climate-change-196648 

Matteo Cibelli, Alessio Cimini, Mauro Moresi (2021): Carbon Footprint of Different Coffee Brewing Methods. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS VOL. 76, 2020. Online: https://www.aidic.it/eff2021/programma/54cibelli.pdf 

Britannica: How Is Coffee Decaffeinated? Online: https://www.britannica.com/story/how-is-coffee-decaffeinated#:~:text=The%20most%2Dcommon%20methods%20of,to%20flush%20away%20the%20caffeine.

VNT: Masteringthe Spray Drying Method for Instant Coffee: A Business Owner's Guide. Online: https://vinanhatrang.com/mastering-spray-dyring-method-for-instant-coffee/