Trocknungskinetik, Stromverbrauch, wirtschaftliche und ökologische Analyse der Trocknung von Granatapfelschalen mit einem hybriden Solartrockner im Vergleich zum Ofentrockner

Aus Lebensmittelabfall wird nützlicher Schatz

Granatapfelsaft ist weltweit beliebt, aber fast die Hälfte jeder Frucht — hauptsächlich die Schale — landet meist als Abfall. Diese Schale ist jedoch reich an natürlichen Wirkstoffen, die in Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetika genutzt werden können. Die Herausforderung besteht darin, sie sicher und kostengünstig zu trocknen, ohne Strom zu verschwenden oder die Umwelt zu belasten. Diese Studie untersucht einen intelligenten Ansatz mit Sonnenenergie und vergleicht einen neuen hybriden Solartrockner mit einem herkömmlichen Elektroofen, um zu ermitteln, welcher die Granatapfelschalen besser, günstiger und mit geringerem CO2-Fußabdruck trocknet.

Eine klügere Nutzung des Sonnenlichts

Im Mittelpunkt der Arbeit steht ein hybrider indirekter Solartrockner, ein schrankgroßes Gerät, das Sonnenlicht als Hauptwärmequelle nutzt, aber zusätzlich eine kleine elektrische Heizung und Ventilatoren für Rückfallebene und Regelung enthält. Sonnenlicht erwärmt Luft in einem flachen Metallkollektor; Ventilatoren drücken diese warme Luft in eine isolierte Trockenkammer, in der die Granatapfelschalen in dünnen Schichten auf rotierenden Tabletts liegen, um gleichmäßige Belichtung zu gewährleisten. Eine Steuerungseinheit hält Temperatur und Luftfeuchte auf vorgegebenen Werten, sodass der Prozess auch bei wechselnden Außenbedingungen stabil bleibt. Die Forschenden testeten drei Trocknungstemperaturen — 50, 60 und 70 °C — und drei Schichtdicken — 1, 2 und 3 cm — und verglichen die Ergebnisse mit einem konventionellen Elektroofen, der unter den gleichen Temperatur- und Schichtbedingungen betrieben wurde.

Wie schnell die Schalen Wasser verlieren

Frische Granatapfelschalen haben einen sehr hohen Feuchtigkeitsgehalt, etwa drei Viertel ihres Gewichts sind Wasser. Sowohl der Solartrockner als auch der Ofen konnten dies auf einen sehr trockenen Endzustand von rund 2–3 % Wasser reduzieren, was für sichere Lagerung und spätere Verarbeitung ausreichend trocken ist. Wie zu erwarten, führten höhere Trocknungstemperaturen zu schnellerem Wasserverlust, und dickere Schichten zeigten in der Regel vorübergehend höhere Trocknungsraten, weil sie mehr zu entfernendes Wasser enthielten. In beiden Systemen erreichte die Trocknungsrate früh ein Maximum — wenn freies Wasser leicht entweicht — und fiel dann ab, da das Wasser aus tieferen Zellschichten nachrücken musste. Bei 70 °C und 3 cm Dicke erreichte der hybride Solartrockner eine Spitzen-Trocknungsrate von etwa 196 Kilogramm Wasser pro Kilogramm Trockensubstanz pro Stunde, geringfügig höher als der Ofen bei ähnlichen Bedingungen.

Reduzierter Stromverbrauch und CO2-Emissionen

Obwohl beide Systeme ähnlich trockene Schalen erzeugten, unterschieden sich ihr Energiebedarf deutlich. Der konventionelle Ofen war vollständig auf Strom angewiesen, während der hybride Solartrockner eine Mischung aus solarer Wärme und einem kleineren elektrischen Zuschuss nutzte. Dadurch verringerte das solarbasierte System den Stromverbrauch um etwa zwei Drittel bis drei Viertel im Vergleich zum Ofen, abhängig von Temperatur und Schichtdicke. Beispielsweise verbrauchte der Ofen unter der anspruchsvollsten Bedingung (50 °C und 1 cm Schicht) etwa 7.769 Watt pro Kilogramm Schalen, während der hybride Trockner nur rund 2.116 Watt pro Kilogramm benötigte. Für seine Herstellung war im Lebenszyklus des Solartrockners mit rund 1.270 Kilowattstunden „verkörperter“ Energie zu rechnen, doch durch den jährlich eingesparten fossilen Strom ergab sich eine Energieamortisationszeit von nur etwa 2,4 bis 6,3 Jahren — deutlich unter der angenommenen 30-jährigen Lebensdauer. Das entspricht geschätzten 75,5 Tonnen vermiedener Kohlendioxidemissionen und einem potenziellen Kohlenstoffguthabenwert von mehreren Hundert bis über Zweitausend US-Dollar über die Lebensdauer.

Kostenrechnung für Landwirte und Industrie

Das Team betrachtete nicht nur Energie, sondern auch Geld. Der hybride Trockner ist bewusst einfach konstruiert, mit einem Holzrahmen, einfacher Dämmung, einer Standardheizung und einem kleinen Ventilator, sodass der Anschaffungspreis bei rund 200 US-Dollar liegt — deutlich weniger als viele industrielle Trockner. Berücksichtigt man Investition, Wartung und Stromkosten, ergab sich, dass das Trocknen von Granatapfelschalen im Solartrockner nur etwa 144,5 US-Dollar pro Tonne kosten kann, besonders beim Betrieb bei 70 °C mit 1 cm Schichtdicke. Diese Konfiguration trocknet schnell, was bedeutet, dass pro Jahr mehr Tonnen Schalen verarbeitet werden können und sich die Fixkosten auf eine größere Produktionsmenge verteilen. In vielen Fällen war der hybride Trockner pro Tonne günstiger im Betrieb als der Ofen und nutzte dabei weniger Netzstrom.

Warum das im Alltag wichtig ist

Für Laien ist die Botschaft klar: Statt Granatapfelschalen wegzuwerfen, können wir sie effizient mit Sonnenenergie trocknen und zu Inhaltsstoffen für gesündere Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel und Kosmetika veredeln. Die Studie zeigt, dass ein vergleichsweise kostengünstiger hybrider Solartrockner gute Trocknungsleistung liefert, den Stromverbrauch drastisch senkt und im Vergleich zu einem regulären Ofen Treibhausgasemissionen reduziert. Mit kurzen Energie-Amortisierungszeiten und geringeren Betriebskosten könnten solche Systeme Landwirten, kleinen Verarbeitern und ländlichen Gemeinden helfen, landwirtschaftliche „Abfälle“ aufzuwerten, Einkommen zu steigern und gleichzeitig klimaschonende Lebensmittelproduktion zu fördern.

Zitation: Metwally, K.A., Khater, ES.G., Bahnasawy, A.H. et al. Drying kinetics, power consumption, economic and environmental analysis of pomegranate peels drying using a hybrid solar dryer compared with oven dryer. Sci Rep 16, 7395 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-22464-7

Schlüsselwörter: Sonnentrocknung, Granatapfelschale, Verwertung von Lebensmittelabfällen, erneuerbare Energie, hybrider Trockner