Empa-Forschenden bildeten einen mit Orangen und Zitronen beladenen Kühltransporter digital nach. Bild: Empa

Empfindliche Lebensmittel: Optimale Temperaturen beim Transport schützen vor Verderbnis und Qualitätsminderung. Bild: Empa

Empa: Digitaler Zwilling zeigt Einfluss von Verpackungen auf Kühltransporte

Empa-Forschende haben einen digitalen Zwilling eines Kühltransporters entwickelt. Er simuliert, wie Verpackungen, Palettenanordnung und Vorkühlung die Temperatur der Früchte beeinflussen. Das Modell soll helfen, Transporte zu optimieren und Lebensmittelverluste zu reduzieren.

Verpackungen müssen Früchte nicht nur schützen, sondern auch ausreichend Kühlluft zur Ware durchlassen. Wie sich Verpackungsgestaltung und Beladung auf die Temperaturverteilung auswirken, haben Empa-Forschende mit einem digitalen Zwilling eines Kühltransporters untersucht. Das physikbasierte Modell simuliert Luftzirkulation und Wärmeübertragung im gesamten Laderaum. Es soll Wärmenester sichtbar machen und helfen, die Haltbarkeit transportierter Lebensmittel besser einzuschätzen.

Lüftungsöffnungen und Stapelung beeinflussen die Kühlung

In einem voll beladenen Kühltransporter muss kalte Luft zwischen dicht gestapelten Kartons und Paletten zirkulieren. Wie gut dies gelingt, hängt unter anderem von der Strömungsgeschwindigkeit, der Verpackung und der Palettenanordnung ab. Häufig überwacht jedoch nur ein einzelner Sensor die Temperatur an seinem Standort.

Das Empa-Modell berechnet, wie Kühlluft durch unterschiedliche Verpackungen strömt und Wärme zwischen Luft und Früchten übertragen wird. Es berücksichtigt zudem die Ausgangstemperaturen der Früchte und die Wärme, die sie durch ihre Atmung erzeugen.

«Bei einer Verpackung zählt nicht nur, wie sie aussieht oder wie stabil sie ist», sagt Empa-Forscherin Elisabeth Tobler. «Sie muss auch Kühlluft zur Ware durchlassen. Ebenso wichtig ist, dass die Paletten gleichmässig ausgerichtet sind und die Öffnungen nicht durch benachbarte Kartons blockiert werden.»

Praxistest mit 31 Paletten und 108 Sensoren

Getestet wurde das Modell anhand eines kommerziellen Transports von Nafplion in Griechenland nach Pratteln. Die Ladung bestand aus 31 Paletten mit Orangen und Zitronen. Nach rund 24 Stunden Vorkühlung wurden sie vier Tage bei einer Temperatur von vier bis sechs Grad transportiert.

Insgesamt 108 Sensoren erfassten die Bedingungen an verschiedenen Stellen der Ladung. Davon massen 97 die Fruchttemperaturen, die übrigen unter anderem Lufttemperaturen sowie Zu- und Rückluft des Kühlaggregats. Laut Empa konnte das Modell die wichtigsten Temperaturentwicklungen an den meisten Stellen gut wiedergeben.

Die Verpackungen unterschieden sich: Die Zitronenkisten hatten auf mehreren Seiten Lüftungsöffnungen, während die kurzen Seiten der Orangenkartons geschlossen waren.

Warme Paletten wirken auf benachbarte Ware

Bei Orangen in der Mitte des Lastwagens stieg die Temperatur von rund 7.7 auf bis zu 10.8 Grad – stärker als zunächst berechnet. Die Forschenden vermuteten ungenügend vorgekühlte, nicht mit Sensoren ausgestattete Paletten in der Nachbarschaft.

In einer zweiten Berechnung erhöhten sie deren angenommene Ausgangstemperatur von rund 5.4 auf 10 Grad. Danach passte die Simulation wesentlich besser zu den Messwerten. Das Modell stützte damit die Hypothese, dass Wärme zwischen Paletten übertragen und durch die Luftströmung weitertransportiert wurde.

Die Untersuchung zeigte zudem, dass ein Kühlaggregat warme Früchte im Innern dicht beladener Paletten nur begrenzt nachträglich herunterkühlen kann. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Temperatur bereits vorgekühlter Ware zu halten.

Verpackungsvarianten vorab prüfen

Logistikunternehmen und Produzenten könnten mit dem Modell untersuchen, wie neue Verpackungen, andere Palettenanordnungen oder eine veränderte Luftzirkulation die Kühlung beeinflussen. Besonders geeignet seien standardisierte Transporte mit wiederkehrenden Fahrzeugen, Verpackungen und Beladungsmustern.

Künftig soll der digitale Zwilling auch mit Sensordaten laufender Transporte verbunden werden. So könnten Importeure vor der Ankunft erkennen, welche Paletten höheren Temperaturen ausgesetzt waren. Ware mit voraussichtlich kürzerer Haltbarkeit könnte gezielt früher in den Verkauf gelangen.

Foodwaste auf der Spur mit «Einstein»

Die SRF-Sendung «Einstein» zeigt, wie sich Foodwaste mit einfachen Mitteln reduzieren lässt. Mit dabei ist auch Empa-Forscherin Elisabeth Tobler: Anhand eines digitalen Zwillings untersucht sie, wo auf dem Transportweg von Lebensmitteln Qualität verloren geht und wie sich solche Verluste vermeiden lassen. - «Einstein», 5. November, 21.05 Uhr, SRF 1

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