Entwicklung eines Homogenisator-Dispergierers für flüssiges Schweinefutter

Warum feineres Schweinefutter wichtig ist

Futter ist der größte Kostenfaktor auf einem Schweinebetrieb, und die Art der Futterzubereitung beeinflusst Gesundheit, Wachstum und Wirtschaftlichkeit der Tiere stark. Diese Studie stellt eine neue Maschine vor, die geschrotetes Getreide und Wasser in ein glattes, stabiles flüssiges Futter für Schweine verwandelt und dabei weniger Strom verbraucht. Durch gezielte Gestaltung der Strömungs- und Blasenbildung im Inneren des Geräts zeigen die Autorinnen und Autoren, dass sie Partikel feiner zerkleinern, ein Entmischen verhindern und gegenüber vorhandenen Geräten Energie sparen können.

Wie aus Getreide und Wasser ein gleichmäßiges Gemisch wird

Moderne Schweinebetriebe verwenden zunehmend flüssiges Futter, eine breiartige Mischung aus Wasser und geschrotetem Getreide wie Weizen, Gerste oder Sojabohnen. Damit Schweine dies gut verdauen, sind zwei Dinge entscheidend: Partikel müssen klein sein und die Zutaten dürfen nicht in Schichten absinken. Das Team entwickelte einen neuen Rotor–Stator-Homogenisator, ein kompaktes Gefäß, in dem ein schnell rotierender Innenzylinder (Rotor) gegen eine feste Außenschale (Stator) mit Öffnungen arbeitet. Wenn das Gemisch durch diese Öffnungen gezogen wird, zerteilen intensive Wirbel und die schnelle Bildung und Implosion winziger Blasen die Getreideteile und rühren die Flüssigkeit gründlich um.

Vom Computermodell zur funktionierenden Maschine

Statt sich auf Versuch und Irrtum zu verlassen, folgten die Forschenden einem schrittweisen Konstruktionsweg. Zunächst entwarfen sie ein Gesamtkonzept des Prozesses und meldeten die Maschine zum Patent an. Dann bauten sie ein detailliertes 3D-Modell von Rotor und Stator und nutzten fortschrittliche Strömungssimulationssoftware, um vorherzusagen, wie sich Flüssigkeit und Blasen im Inneren bewegen. Diese Simulationen bestimmten die genaue Größe und Anordnung der Öffnungen, sodass Kavitationsphänomene—die Bildung von Dampfblasen, die mit kleinen Druckstößen kollabieren—dort auftreten, wo sie am effektivsten wirken. Abschließend fertigten sie die Metallteile auf einer computergesteuerten Fräsmaschine und bauten einen kompletten Prüfstand mit Sensoren zur Überwachung von Temperatur, Motorleistung und Eigenschaften der Flüssigkeit über die Zeit zusammen.

Prüfung, wie Designentscheidungen das Futter formen

Auf dem Prüfstand bereitete das Team kleine Chargen flüssigen Futters aus Weizen, Gerste oder Sojabohnen, gemischt mit Wasser auf einen festgelegten Trockenstoffgehalt. Systematisch variierten sie drei zentrale Einstellungen: die Drehzahl des Rotors, die Breite der Statoröffnungen und die Verarbeitungsdauer. Für jeden Durchlauf maßen sie den Anteil sehr feiner Partikel (0–0,5 Millimeter), wie stark das Gemisch zu einer Schichtung neigt, die Endtemperatur, die Leistungsaufnahme des Motors sowie den gesamten und den spezifischen Energieverbrauch pro Kilogramm. Statistische Werkzeuge wurden eingesetzt, um aus diesen vielen Messwerten mathematische Zusammenhänge zu gewinnen, die in einfacher Form zeigen, wie jede Einstellung den Prozess zu glatterem Futter, stabilerem Mischen oder höherem Energiebedarf treibt.

Die Balance zwischen Feinheit und Energieverbrauch finden

Die Ergebnisse zeigen deutliche Zielkonflikte. Höhere Rotordrehzahlen und engere Öffnungen erzeugen mehr feine Partikel und bessere Durchmischung, erwärmen das Futter jedoch stärker und erhöhen den Stromverbrauch. Die Forschenden definierten ein praktisches Ziel für die Homogenität: einen Schichtungsindex unter 5 Prozent, das heißt die Flüssigkeit bleibt nach Stehenbleiben nahezu gleichmäßig. Bei Weizen, Gerste und Soja wird dieses Gleichmaß bei Rotordrehzahlen knapp unter 2.300–2.450 Umdrehungen pro Minute und mit mäßig engen Öffnungen erreicht. Außerdem zeigte sich, dass eine Verarbeitung länger als etwa 45–50 Minuten kaum zusätzlichen Zerkleinerungsvorteil bringt, aber den Energieeinsatz kontinuierlich erhöht. Innerhalb dieses Fensters ist der spezifische Energiebedarf für soja-basiertes Futter am geringsten, gefolgt von Weizen und dann Gerste—ein Spiegelbild der unterschiedlichen Zerbrechlichkeit der Körner.

Von Laborwerten zu Einsparungen auf dem Hof

Indem die Autorinnen und Autoren alle untersuchten Zusammenhänge in einem Satz von Formeln zusammenführten, schufen sie eine Art digitalen Zwilling des Prozesses, der eine automatische Regelung ermöglichen kann. Bei gewünschter Feinheit und Stabilität könnte ein Regler Drehzahl, Laufzeit und Statoröffnungsgröße so anpassen, dass der Energieverbrauch minimiert wird, ohne die Futterqualität zu beeinträchtigen. Das Team verglich seinen Prototyp außerdem mit zwei kommerziellen Systemen auf einem Modell-Schweinebetrieb. Obwohl die neue Einheit in der Anschaffung etwas teurer ist, gleichen die niedrigere Leistungsaufnahme und die höhere Effizienz die jährlichen Betriebskosten so weit aus, dass sich die Mehrinvestition in deutlich unter einem Jahr amortisiert. Die Arbeit zeigt, dass durch gezielte Gestaltung von Strömung und Kavitation in einem kompakten Mischer aus einfachem Getreide und Wasser ein gleichmäßiges, leicht verdauliches Flüssigfutter wird—womit Schweinehalter Energie und Geld sparen können.

Zitation: Aliiev, E., Malehin, R., Aliieva, O. et al. Development of a homogenizer-disperser of liquid fodder for pigs. Sci Rep 16, 14127 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44547-9

Schlüsselwörter: flüssiges Schweinefutter, Kavitationsmischen, Rotor–Stator-Homogenisator, energieeffiziente Futterverarbeitung, Technologie der Schweinenährstoffversorgung