Design of a decentralised camel milk processing plant with integration of renewable energy supply

Der Milchsektor trägt zu ca. 4% zum Bruttoinlandsprodukt (BIP) in Kenia bei und ist der größte Teil des Agrarsektors. Kenias Kamelmilch spielt eine wichtige Rolle bei der Deckung des Ernährungs- und Wirtschaftsbedarfs in den ariden und semiariden Ländern (ASALs). Trotz dieser Bedeutung gibt es nur wenige Informationen über die Konservierungstechnologien und langlebige Milchprodukte wie Kamelmilchpulver. Außerdem zeichnen sich ASALs durch eine hohe Sonneneinstrahlung aus, die für die Konservierung von Kamelmilch genutzt werden kann. Das Gesamtziel dieser Studie besteht darin, eine dezentralisierte Kamelmilchverarbeitungsanlage mit Integration erneuerbarer Energien (RES) zu konzipieren. Schwerpunkte sind: i) die Verbesserung des Verständnisses der Kamelmilchversorgungskette, ii) die Herstellung von Milchpulver durch Sprühtrocknung, iii) der Entwurf einer dezentralisierten Kamelmilchpulver- und Butterverarbeitungsanlage mit Integration erneuerbarer Energieversorgung und iv) die wirtschaftliche Analyse der entworfenen Anlage. Es wurden verschiedene methodische Ansätze verwendet. Um die Lieferkette zu bewerten und die Konservierungstechnologien zu verstehen, wurde eine Mischung aus quantitativen und qualitativen Methoden verwendet, um Daten von 196 Teilnehmern im Bezirk Isiolo, Kenia, zu sammeln. Bei der Bewertung des Einflusses von Sprühtrocknungsparametern auf die physikalischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Kamelmilchpulver wurde ein faktorielles Versuchsdesign von zwei (Milchflussrate) mal drei (Einlasstemperatur der Trocknungsluft) angewendet. Weiterhin wurde eine Pinch-Analyse durchgeführt, um den Prozess zu optimieren, bevor die Software SAM für Photovoltaik (PV) und Wärmeintegration eingesetzt wurde. Die technisch-ökonomische Machbarkeit der Anlage wurde mit Hilfe der modularen faktoriellen Methode zur Kapitalschätzung untersucht, während die Rentabilität der Anlage auf der Grundlage des Cashflows nach Steuern, des Nettokapitalwerts (NPV), der Amortisationszeit und des internen Zinsfuß (DCFROR) bewertet wurde. Die bei der Konservierung von Kamelmilch eingesetzten Technologien umfassen das Ausräuchern von Milchbehältern, Verdampfungskühlung, Abkochen, Abkühlen und Kühlen. Energieträger für diese Technologien sind Elektrizität (64,7%), Brennholz (27,5%) und Holzkohle (7,8%). Die Labor-Sprühtrocknung von Kamelmilch zeigte, dass die Einlasstemperatur der Trocknungsluft, die Feuchtigkeit und die optischen Eigenschaften des Milchpulvers beeinflusst, während die Schütt- und Rekonstitutionseigenschaften signifikant von der Milchflussrate beeinflusst wurden. Die Glasübergangstemperatur des getrockneten Pulvers stieg mit Erhöhung der Einlasstemperatur der Trocknungsluft und sank mit einer Erhöhung der Milchflussrate. Die entworfene Anlage verarbeitet 3135 Liter Milch pro Tag und würde 200 Tage im Jahr betrieben, mit einem jährlichen Heiz- und Strombedarf von 1.244 GWh bzw. 0.262 GWh. Die Pinch-Analyse zeigt ein Wärmeeinsparpotential von 41,3%. Durch die Integration von Solarwärme und PV könnte der Bedarf an Brennstoffen um weitere 30,5% gesenkt werden. Diese Einsparungen an fossilen Brennstoffen würden zu Einsparungen in Höhe von 332,4 Tonnen CO2eq und Kosteneinsparungen in Höhe von 98.479 € führen. Bei der Rentabilität würden eine Amortisationszeit von 5,2 Jahren, eine Kapitalrendite von 13,4%, ein DCFROR von 58,0% und ein NPV15 von 19,4 Millionen € erzielt. Diese Studie kommt zu dem Schluss, dass trotz der großen Rolle, die Kamelmilch als Lebensgrundlage in den ASALs spielt, die bisher verfügbaren Konservierungstechnologien die Haltbarkeit nur um einige Tage verlängern. Die Herstellung von Kamelmilchpulver auf Laborniveau mit gewünschten physikalischen, optischen und thermischen Eigenschaften konnte realisiert werden. Durch Prozessoptimierung, Wärmerückgewinnung und Solarintegration kann der Bedarf an Brennstoffen in der Anlage um ca. 72 % gesenkt werden. Da die Anlage kapitalintensiv ist, ist die finanzielle Unterstützung durch den Landkreis, die nationale Regierung, NGOs oder Entwicklungsagenturen entscheidend für die Umsetzung.