FAU-Wissenschaftler entwickeln neuartiges Backprinzip für den energieeffizienteren Backofen

Neu im Angebot: Die Stromsparsemmel

Beim herzhaften Biss ins Frühstücksbrötchen hat man nicht unbedingt Energieeffizienz und Umweltschutz im Sinn. Doch Backwaren oder eher der Backprozess haben es in sich: Bei herkömmlichen Backöfen wird nur ein Drittel der erzeugten Wärme zum Backen genutzt. Der Rest heizt die Backstube. Das wollen Wissenschaftler der FAU ändern: Sie haben einen Backofenprototypen mit einem weit effizienteren Verbrennungsprinzip entwickelt und getestet.

Der neue Backofen, den Vojislav Jovičić, Leiter des Forschungsbereichs für Verbrennungstechnik am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der FAU, gemeinsam mit Forschern der FAU und der Technischen Universität München (TUM) entwickelt hat, spart nicht nur Energie: Die Backzeit verkürzt sich um 20 Prozent, der Ofen reduziert Kosten und stößt weniger CO, CO2 und Stickoxide aus. So manche Bäckerei könnte also nicht nur die Umwelt schützen, sondern auch ordentlich Geld sparen: Bis zu 12.000 Euro, abhängig von der Betriebsgröße. Insgesamt belaufen sich die Kosten für den Energiemehreinsatz in Deutschland auf 66 Millionen Euro.

Industrietechnik für die Backstube

Das Besondere an dem Projekt ist, dass die Forscher durch Technologietransfer für den neuen Backofen eine Technik aus völlig anderen Großindustriebranchen verwendet haben. Das am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der FAU entwickelte Verbrennungsprinzip mit volumetrischen keramischen Brennern (VKB), auch Porenbrenner genannt, findet bereits Anwendung in anderen Feldern wie zum Beispiel in der Papier-, Aluminium- oder Glasindustrie. Bei einem solchen volumetrischen keramischen Brenner findet die Verbrennung in einem keramischen, schwammartigen Porenkörper ohne offene Flamme statt. Dieses Konzept bietet im Vergleich zu herkömmlichen Brennerarten hervorragende Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten, ein kompaktes Design, ein homogenes Temperaturfeld und niedrigere Schadstoffemissionen. Die Verbrennung innerhalb poröser Keramik ist, unabhängig von der Qualität des Brennstoffes, stabil. Durch erhöhte Wärmestrahlung von der heißen porösen Keramikschicht lässt sich die Wärme besser und schneller direkt an zu beheizende Objekte übertragen. Nun haben Wissenschaftler das Verbrennungskonzept erstmals für die Lebensmittelherstellung aufbereitet und angewendet.

Für die Untersuchungen haben die Forscher einen kommerziellen Elektro-Etagenofen umgebaut und zwölf volumetrische keramische Brenner in der Ofendecke eingebaut. Mittels Quarzglasscheiben haben die Forscher die Brennerkammer von der Backkammer getrennt. Auf der einen Seite verhindern die Quarzglasscheiben den Eintritt von Abgasen in die Backkammer und andererseits erlauben sie eine direkte und sehr effiziente Wärmeübertragung mittels der besonders wirksamen Nähe-Infrarotwärmestrahlung. Zuvor haben die Forscher anhand von virtuellem Engineering und numerischen Simulationen herausgefunden, welche Verteilung dieser Brenner sich am besten auf die Temperaturverteilung und Wärmeübertragung auswirkt. Ein nicht-umgerüsteter Elektroofen lieferte Referenzdaten.

Untersuchungsobjekt: Weizenbrot

Um die Backleistung des neuen Ofens ermitteln und vergleichen zu können, brauchten die Wissenschaftler ein Vergleichsobjekt, das leicht herzustellen ist, bei dem alle Analyseparameter berücksichtigt werden können und das auch noch kostengünstig ist. Die Lösung: ein Brot.

An einem 800 Gramm schweren Weizenbrot analysierten die Wissenschaftler Volumen, Farbe, Textur, Poren, Krume und Kruste. Qualitativ wiesen die beiden Brote im Vergleich keine Unterschiede auf: Die Porenanteile sind ähnlich groß, ebenso ist die Krustenfarbe gleich. Beide Backofentypen verteilen die Hitze also gleichmäßig.

Dies haben die Forscher auch bei der thermographischen Untersuchung festgestellt. Dabei wurden mit Hilfe einer Wärmebildkamera das Ofensystem und die Backwaren überwacht. Auch hier sind beide Verfahren ähnlich homogen.

Auch für kleine Bäckereien

In Deutschland gibt es 11.500 handwerkliche Backbetriebe, die über 270.000 Mitarbeiter beschäftigen, und 200 größere Fertigungsunternehmen. Neue Techniken müssen demnach auch für die kleineren, mittelständischen Bäckereien geeignet sein. „Der Ofen spart Kosten und Zeit. Weil auch kleine Backofentypen umgerüstet werden können, kann die neue Technik die Existenz mittelständischer Betriebe sichern“, erläutert Jovičić.

Das Forschungsvorhaben (AiF 17735 N) wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (via AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI) gefördert.

Weitere Informationen:

Vojislav Jovičić
Tel.: 09131/85-29492
vojislav.jovicic@fau.de