Markus Nicklas ist General Manager DI PA Analytical Products and Solutions bei Siemens. Im Gespräch mit P&A erklärt er, was sich in den letzten 60 Jahren in der Prozess-Chromatographie verändert hat und welche neuen Trends es gibt.

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Interview mit Markus Nicklas von Siemens „Das Plattformkonzept ist noch lange nicht ausgereizt“

17.06.2019

Seit dem ersten Siemens-Gaschromatograph aus dem Jahr 1959 hat sich auf dem Gebiet der Prozess-Gaschromatographie einiges getan. Zeit für eine kurze Bestandsaufnahme: Im Gespräch mit P&A spricht Markus Nicklas, General Manager DI PA Analytical Products and Solutions bei Siemens, nicht nur über die Weiterentwicklung der Messmethode, sondern auch über aktuelle Trends und die modulare Baureihe Maxum Edition II.

Siemens feiert in diesem Jahr 60 Jahre Gaschromatographie (GC). Wie sahen die Anfänge dieser Technologie aus?

1952 veröffentlichten die Wissenschaftler Martin und James eine Arbeit zur schnellen qualitativen und quantitativen Analyse von Carbonsäuren. Das wird allgemein als Geburtsstunde der Gas-Flüssig-Chromatographie angesehen. Siemens gehörte in den folgenden Jahren zu den ersten Unternehmen, die auf diese neue Technologie gesetzt haben. Unter dem Namen L50 verließ 1959 unser erster Chromatograph das Werk. Aufgrund von strategischen Entscheidungen hat sich Siemens in den folgenden Jahren dann zunehmend von der Labor-Gaschromatographie auf die Prozessanalytik verlagert.

Seit wann kommt die Gaschromatographie in der industriellen Prozessindustrie zum Einsatz?

Die ersten Prozess-Gaschromatographen kamen Anfang der 60er-Jahre zum Einsatz, anfangs nur für gasförmige Stoffe. Später wurde dann mit Entwicklung eines speziellen Ventils für den Prozesseinsatz auch die Analyse von Flüssigkeiten immer wichtiger. Das war vor allem in Deutschland und Europa von Bedeutung mit seiner traditionell sehr starken Chemieindustrie. Die Technologie hat sich über die folgenden Jahren hinweg als sehr zuverlässig bewährt, um Prozessanlagen zu kontrollieren und die Qualität der Produkte sicherzustellen. Heute ist es eine der leistungsstärksten Methoden in der Prozessanalytik. Denn in den letzten Dekaden haben sich die Geräte kontinuierlich verbessert hinsichtlich ihrer analytischen Leistungsfähigkeit, aber auch in der Datenverarbeitung oder den Möglichkeiten der Vernetzung.

Inwiefern war Siemens in die Weiterentwicklung der Gaschromatographie involviert?

Die wichtigsten Meilensteine waren Mitte der 70er-Jahre unter anderem die Live-Schaltung. Hierbei handelt es sich um eine ventillose Trennsäulenschaltung, mit der es ohne Einbußen bei der analytischen Leistung möglich ist, Kapillarsäulen effizient zu koppeln. Noch heute ist das eine sehr leistungsstarke Lösung in der Prozess-GC und findet häufig Anwendung. Eine weitere wichtige Weiterentwicklung war das Doppelofenkonzept des PGC302. Damit konnten Anwendungen, die üblicherweise von mehreren Prozess-GCs umgesetzt wurden, mit einem einzigen Analysator realisiert werden. Dies war zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit sehr wichtig und ermöglichte unseren Kunden, Projekte kostengünstig durchzuführen.

Ein wichtiger Name in der Gaschromatographie ist das US-Unternehmen Applied Automation, das Siemens im Jahr 1999 übernommen hat. Welche Bedeutung hatte diese Akquisition?

Bis Ende der 90er-Jahre hatte sich Siemens zu einem etablierten Hersteller von Prozess-GCs in Europa entwickelt. Eine marktführende Stellung hatten wir aber nur in Deutschland. Die Akquisition von Applied Automation mit damaligem Sitz in Bartlesville, Oklahoma, machte Siemens zu einem führenden Hersteller weltweit – vor allem in Nordamerika, aber auch in den Wachstumsmärkten im Mittleren Osten und Asien, insbesondere China. Das eröffnete Siemens einen signifikanten Zuwachs im Marktzugang und schuf eine globale Akzeptanz und höhere Sichtbarkeit bei Kunden in Industrien wie der Chemie, Petrochemie, Raffinerie sowie Öl und Gas. Darüber hinaus war Applied Automation sehr erfolgreich bei der Weiterentwicklung der Prozesschromatographie – etwa bei der Vernetzung der GCs mit den Leitsystemen, aber auch bei der internen Automatisierung des Gerätes selbst.

Weil Sie gerade Automatisierung und Vernetzung ansprechen… Wie unterscheiden sich die Geräte von damals von modernen Prozess-GCs?

Ein sehr wichtiger Punkt ist tatsächlich, dass vor allem die Automatisierung zugenommen hat. Nur als Beispiel: In der Pionierzeit hat man die Peaks aus dem Chromatogrammpapier noch ausgeschnitten und gewogen, um quantitative Ergebnisse zu erhalten. Davon sind wir heute weit entfernt. Moderne GC-Systeme analysieren die Messdaten in Millisekunden und bereiten sie am Ende in übersichtlichen Chromatogrammen auf. Mit dem allgemeinen technischen Fortschritt wuchsen die Automatisierungsmöglichkeiten dann immens.

Zum Beispiel?

War es anfangs nur die elektronische, zeitabhängige Ansteuerung von Ereignissen wie das Schalten von Ventilen, die eine mechanische Motor Time ersetzte, eröffnete der Siegeszug der Mikroprozessoren schließlich ganz neue Möglichkeiten. Das gilt insbesondere für die Speicherfähigkeit von Daten, aber auch die immensen Vernetzungsmöglichkeiten auf der Feldebene mit anderen GCs oder Analysatortechnologien oder auch übergeordneten Systemen – sei es ein Prozessleitsystem in der Messwarte oder Wartungszugänge über Workstation-PCs in der Werkstatt. Früher waren die GCs mit proprietären Netzwerkkonzepten vernetzt wie dem Data Hiway von Applied Automation. Heute dominieren standardisierte Vernetzungskonzepte auf Ethernet-Basis.

2001 brachte Siemens schließlich den Maxum Edition II auf den Markt. Was ist das Besondere an dieser Baureihe?

Mit der Einführung des Maxum Edition II gelang es uns, die technischen Stärken der Produktlinie von Applied Automation namens Maxum Advance und der von Siemens, dem PGC302, miteinander zu vereinen. Wir konnten damit erstmals Features wie Multidetektoren, eine Vernetzung über Ethernet, aber auch Mult-Ofen-Konzepte auf Basis von Masseöfen oder ventillose Säulenschaltungen in einem System anbieten. Damit war ein starkes Plattformkonzept geboren.

Sie verkaufen diese Baureihe schon seit 18 Jahren. Ist die Prozess-Gaschromatographie technologisch schon ausgereizt?

Es gibt keinen Stillstand. Vielmehr ist das Plattformkonzept noch lange nicht ausgereizt und wir entwickeln es stetig weiter, um heute und in Zukunft die höchste Attraktivität unserer Produkte für unsere Kunden sicherzustellen. 2012 haben wir den Maxum Edition II beispielsweise mit einer Ofenvariante, dem modularen Ofen, ergänzt. Damit können Anwendungen für unsere Kunden deutlich leichter standardisiert und somit für den täglichen Betrieb vereinfacht werden. Damals wurde auch das eigensichere Ex-Konzept für den Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD) eingeführt. Mittlerweile ist die Eigensicherheit des WLD bei allen Ofenvarianten Standard. Die neuesten WLDs sind zudem äußerst empfindlich bis in den unteren ppm-Bereich.

Sie haben eben von Modularität gesprochen. Was meinen Sie damit?

Wenn wir von Modularität reden, gibt es verschiedene Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Die verschiedenen Sektoren eines Gaschromatographen sind beim Maxum modular aufgebaut. Die Elektronik ist mit den modularen Baugruppen vom Analytikraum getrennt. Wesentlich interessanter – und schwieriger umzusetzen – ist die Modularität des Analytikbereiches eines Prozess-Gas­chromatographen, also des Ofens. Auf diesem Gebiet ist Siemens seit einiger Zeit führend.

Inwiefern?

Es ist durchaus eine Herausforderung, die vielfältigen Variationen, die sich aus der Kombination von Ventilen, Trennsäulen oder Detektoren ergeben, konsequent modular umzusetzen. Basierend auf der langen Erfahrung in dieser Technologie, hat Siemens den Maxum Modularer Ofen mit einem Analytikmodul für das Maxum-Plattformkonzept entwickelt. Dieses Analytikmodul lässt sich nun mit wenigen Handgriffen komplett aus dem Ofen entfernen. Es ist vollständig standardisiert; nur die Trennsäulen sind individuell der Messaufgabe angepasst. Diese Standardisierung führt zu einer einfachen, für jeden Anwender leicht nachvollziehbaren Lösung und ist damit auch sehr praktisch im Wartungsfall.

Welche Trends beschäftigen Sie in der Entwicklung der GC derzeit noch?

Der Trend geht hin zu einer weiteren Vereinfachung. Vor allem unseren Kunden in den chemischen Betrieben steht immer weniger Personal zur Verfügung. Dieser Trend wird sich in den nächsten Jahren fortsetzen. Deshalb müssen die Messgeräte robust sein, nur geringe Wartungseingriffe erfordern und im Störungsfall sollte die Korrektur einfach und schnell erfolgen. Hier helfen Systeme, die schon im Vorfeld notwendige Informationen liefern. Vorbeugende Wartung ist daher ein wichtiges Stichwort. Darüber hinaus wird sich auch der Trend zu vermehrter Spurenanalytik fortsetzen, da Prozesse immer weiter ausgereizt werden und schon geringste Spuren von Prozessgiften oder störenden Begleitkomponenten eine Rolle spielen. Eine Antwort hierauf sind Prozess-Gaschromatographen mit empfindlichen Wärmeleitfähigkeitsdetektoren bis in den unteren ppm-Bereich. Sie unterstützen den Trend zu einfacheren Systemen, da keine Detektorhilfsgase benötigt werden. Dadurch verringern sich auch die Aufwendungen der Peripherie, insbesondere bei der Gasversorgung.

Die Anschaffung eines Gaschromatographen erfordert demnach einiges an Beratung?

Die Gaschromatographie ist im Vergleich zu anderen analytischen Lösungen tatsächlich beratungsintensiver. Ein GC ist kein Katalogprodukt, sondern wird kundenspezifisch gefertigt. Einer Bestellung gehen zunächst intensive Gespräche voraus; danach schlagen wir dem Kunden die optimale Produktkonfiguration vor, die anschließend in einem unserer Lösungszentrum individuell aus einem Basisgerät heraus gefertigt wird.

Wie beliefern Sie Ihre Kunden weltweit?

Heute ist Siemens Analytical Products and Solutions global aufgestellt mit zertifizierten Lösungszentren in Singapur für den asiatischen Raum und den Mittleren Osten, Houston für den amerikanischen und Karlsruhe für den europäischen Raum und Afrika. Mit diesem Konzept sind wir sehr nahe am Kunden und können die oft unterschiedlichen regionalen Marktanforderungen optimal beantworten. In den Lösungszentren werden die Produkte für den Kunden gefertigt – einschließlich der Methodenentwicklung im Applikationslabor. Bei Bedarf werden die Analysatoren auch in komplette Systeme integriert. Zudem werden in unseren Lösungszentren die Serviceaktivitäten ausgesteuert und im Bedarfsfall Trainings für die Kunden durchgeführt.

Mehr zum Maxum Edition II und den Siemens-Gaschromatographen lesen Sie in unserer Titelstory der P&A-Extra-Ausgabe 2.2019 .

Bildergalerie

  • Markus Nicklas steht vor dem Gaschromatographen L50 aus dem Jahr 1959. Seither hat sich bei GCs einiges getan. In der Hand hält er das Analytikmodul des Maxum Modularer Ofen.

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