Autoren: Dr. Jean-Paul Rodrigue und Dr. Theo Notteboom

Die Kühlkette umfasst den Transport temperaturempfindlicher Produkte entlang einer Lieferkette durch thermische und gekühlte Verpackungsverfahren und die logistische Planung zum Schutz der Unversehrtheit dieser Sendungen.

Während die Globalisierung die relative Entfernung zwischen den Regionen der Welt viel kleiner gemacht hat, ist die physische Trennung dieser Regionen immer noch eine sehr wichtige Realität. Je größer die räumliche Trennung ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Fracht bei einem der komplexen Transportvorgänge beschädigt wird. Einige Güter können durch Stöße beschädigt werden, während übermäßige Temperaturschwankungen andere beschädigen können. Bei einer Reihe von Gütern, die als verderblich eingestuft werden, insbesondere bei Lebensmitteln (Erzeugnissen), verschlechtert sich ihre Qualität mit der Zeit, da sie chemische Reaktionen aufrechterhalten, die durch niedrigere Temperaturen weitgehend gemildert werden können. Die effiziente Beförderung einer Sendung erfordert Zeit und Koordination, und jede Verzögerung kann negative Folgen haben, vor allem, wenn es sich um verderbliche Güter handelt. Um sicherzustellen, dass die Fracht während dieses Prozesses nicht beschädigt oder beeinträchtigt wird, verlassen sich Unternehmen in der Pharma-, Medizin- und Lebensmittelindustrie zunehmend auf die Kühlkette.

Die Kühlkette umfasst den Transport temperaturempfindlicher Produkte entlang einer Lieferkette durch thermische und gekühlte Verpackungsverfahren und die logistische Planung zum Schutz der Integrität dieser Sendungen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Produkte der Kühlkette zu transportieren, darunter Kühllastwagen und -waggons, Kühlschiffe, Kühltransporter und Luftfracht.

Die Kühlkette ist also eine Wissenschaft, eine Technologie und ein Prozess. Sie ist eine Wissenschaft, da sie ein Verständnis der chemischen und biologischen Prozesse erfordert, die mit der Verderblichkeit verbunden sind. Sie ist eine Technologie, da sie sich auf physikalische Mittel stützt, um angemessene Temperaturbedingungen entlang der Lieferkette zu gewährleisten. Sie ist ein Prozess, da eine Reihe von Aufgaben zur Vorbereitung, Lagerung, Beförderung und Überwachung temperaturempfindlicher Produkte durchgeführt werden muss. Zu den wichtigsten Elementen einer Kühlkette gehören:

• Kühlsysteme. Bringen von Waren wie Lebensmitteln auf die richtige Temperatur für die Verarbeitung, Lagerung und den Transport.
• Kühllager. Bereitstellung von Einrichtungen für die Lagerung von Waren über einen bestimmten Zeitraum, entweder bis zum Versand an einen entfernten Markt, an einem Zwischenstandort für die Verarbeitung und Verteilung oder in der Nähe des Marktes für die Verteilung.
• Kältetransport. Vorhandensein von Transportmitteln zur Beförderung von Waren unter Aufrechterhaltung stabiler Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie zum Schutz ihrer Unversehrtheit.
• Kälteverarbeitung und -verteilung. Bereitstellung von Einrichtungen für die Umformung und Verarbeitung von Waren sowie die Gewährleistung hygienischer Bedingungen. Konsolidierung und Dekonsolidierung von Ladungen (Kisten, Kartons, Paletten) für den Vertrieb.

Aus Sicht der wirtschaftlichen Entwicklung ermöglicht die Kühlkette vielen Entwicklungsländern die Teilnahme am globalen Markt für verderbliche Produkte entweder als Produzenten oder als Konsumenten. Das steigende Einkommen geht mit einer höheren Bereitschaft einher, Obst, Gemüse, Fisch und Fleischprodukte zu konsumieren. Steigende Einkommen gehen mit einer Änderung der Ernährungsgewohnheiten einher, unter anderem mit einer steigenden Nachfrage nach frischem Obst und höherwertigen Lebensmitteln wie Fleisch und Fisch. Menschen mit höherem sozioökonomischem Status konsumieren eher Gemüse und Obst, insbesondere frisches, nicht nur in größeren Mengen, sondern auch in größerer Vielfalt. Die Verbraucher mit zunehmender Kaufkraft haben sich mit gesunder Ernährung beschäftigt. Daher haben Erzeuger und Einzelhändler mit einem Angebot an exotischen frischen Früchten aus der ganzen Welt reagiert.

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Aus geografischer Sicht hat die Kühlkette die folgenden Auswirkungen:

• Global. Spezialisierung der landwirtschaftlichen Funktionen, die den Transport von temperaturempfindlichen Lebensmitteln zu weit entfernten Märkten ermöglicht. Sie ermöglicht die Verteilung von Impfstoffen und anderen pharmazeutischen oder biologischen Produkten von einer einzigen großen Einrichtung aus an jeden beliebigen Markt in der Welt.
• Regional. Sie kann die Spezialisierung der Produktion und Größenvorteile im Vertrieb unterstützen. Dazu könnten große Kühllager gehören, die regionale Lebensmittelmärkte bedienen, oder spezialisierte Laboratorien, die temperaturempfindliche Komponenten austauschen.
• Lokal. Rechtzeitige Verteilung an den Endverbraucher von verderblichen Waren, d.h. an Lebensmittelgeschäfte und Restaurants.

Einige inländische oder transnationale Versorgungsketten erfordern vielleicht nur einen Verkehrsträger, aber oft sind Landtransporte nur ein Glied in einer Kombination von Verkehrsträgern. Daher sind intermodale Transporte für die Kühlkette von entscheidender Bedeutung. Für intermodale Transporte werden in der Regel 40-Fuß-Kühlcontainer verwendet, die bis zu 26 Tonnen Lebensmittel fassen können. Der Container verkürzt die Be- und Entladezeiten und ist weniger anfällig für Schäden am Container und an der Ladung. Die Umgebungsbedingungen in diesen Containern werden elektronisch gesteuert, indem sie entweder an einen Generator oder eine Stromquelle auf dem Schiff oder LKW sowie an Terminals und Vertriebszentren angeschlossen werden. Die Effizienz der Kühlkettenlogistik ermöglichte die Konsolidierung von Kühllagern, um große Marktgebiete zu bedienen.

Die Entstehung der Kühlkettenlogistik

Seit den 1950er Jahren begannen dritte Logistikanbieter aufzutauchen und neue Methoden für den Transport globaler Kühlkettengüter einzuführen. Davor wurden die Kühlkettenprozesse meist vom Hersteller oder Händler selbst verwaltet. In den Vereinigten Staaten haben die Beschränkungen der Food and Drug Administration und die Rechenschaftspflicht über die Stabilität der Kühlkette viele dieser Unternehmen dazu veranlasst, sich auf Spezialkuriere zu verlassen, anstatt ihre Lieferketteneinrichtungen komplett zu überholen.

Die Spezialisierung hat dazu geführt, dass sich viele Unternehmen nicht nur auf die großen Versanddienstleister wie United Parcel Service (UPS) und FedEx verlassen, sondern auch auf eine stärker fokussierte Branche, die eine logistische Nischenkompetenz rund um den Versand von temperaturempfindlichen Produkten entwickelt hat. Die Fähigkeit, lokale Vorschriften, Zölle und Umweltbedingungen zu verstehen sowie die Länge und den Zeitaufwand einer Vertriebsroute abzuschätzen, macht sie zu einem wichtigen Faktor im globalen Handel. Infolgedessen erlebt die Logistikbranche eine zunehmende Spezialisierung und Segmentierung des Kühlkettenversands in mehrere potenzielle Nischenmärkte innerhalb der globalen Lieferketten. Ganz neue Segmente der Distributionsbranche haben sich die doppelte Entwicklung der räumlichen Ausdehnung der Lieferketten durch die Globalisierung und die große Vielfalt der im Umlauf befindlichen Waren zunutze gemacht.

Die Abhängigkeit von der Kühlkette gewinnt weiter an Bedeutung. In der pharmazeutischen Industrie beispielsweise sind die Prüfung, die Herstellung und der Transport von Arzneimitteln in hohem Maße von der kontrollierten und unversehrten Weitergabe von Sendungen abhängig. Ein großer Teil der pharmazeutischen Produkte, die die Kühlkette durchlaufen, befindet sich in der Versuchs- oder Entwicklungsphase. Klinische Forschung und Versuche sind ein wichtiger Teil der Industrie, der Millionen von Dollar kostet, aber auch eine Fehlerquote von etwa 80 % aufweist. Etwa 10 % der Medikamente sind temperaturempfindlich. Wenn diese Sendungen unvorhergesehenen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, besteht die Gefahr, dass sie unwirksam werden oder sogar für die Patienten schädlich sind.

In allen Lieferketten, mit denen sie zu tun hat, bevorzugt die Kühlkettenlogistik ein höheres Maß an Integration, da die Aufrechterhaltung der Temperaturintegrität ein höheres Maß an Kontrolle über alle beteiligten Prozesse erfordert. Sie kann sogar dritte Logistikanbieter dazu veranlassen, Elemente der Lieferkette zu erwerben, bei denen Zeit und andere Leistungsfaktoren am wichtigsten sind, sogar die Landwirtschaft. Dies kann den Erwerb von Erzeugerbetrieben (z. B. Orangenplantagen) beinhalten, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Die Temperaturkontrolle beim Versand von Lebensmitteln ist eine Komponente der Branche, die im Zusammenhang mit dem internationalen Handel weiter zugenommen hat. Da eine wachsende Zahl von Ländern ihre Exportwirtschaft auf die Produktion von Lebensmitteln und Erzeugnissen ausrichtet, hat die Notwendigkeit, diese Produkte über längere Zeiträume frisch zu halten, aus wirtschaftlichen und gesundheitlichen Gründen an Bedeutung gewonnen. Die Kühlkette ist auch ein Thema für die öffentliche Gesundheit, da der ordnungsgemäße Transport von Lebensmitteln die Wahrscheinlichkeit einer bakteriellen, mikrobiellen und pilzlichen Verunreinigung der Sendung verringert. Die Möglichkeit, medizinische Güter über große Entfernungen zu transportieren, ermöglicht außerdem eine wirksamere Reaktion auf Probleme im Gesundheitswesen (z. B. Verteilung von Impfstoffen).

Bereitstellung von temperaturgeregelten Umgebungen

Der Erfolg von Branchen, die auf die Kühlkette angewiesen sind, hängt davon ab, dass sie wissen, wie sie ein Produkt mit einer an die Versandbedingungen angepassten Temperaturregelung versenden können. Die Abläufe in der Kühlkette haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert, und die Industrie kann die Anforderungen einer breiten Palette von Produkten erfüllen. Verschiedene Produkte erfordern die Einhaltung unterschiedlicher Temperaturniveaus, um ihre Unversehrtheit während der gesamten Transportkette zu gewährleisten. Die Industrie hat darauf mit der Festlegung von Temperaturstandards reagiert, die für die meisten Produkte geeignet sind. Die gebräuchlichsten Temperaturnormen sind “Banane” (13 °C), “gekühlt” (2 °C), “gefroren” (-18 °C) und “tiefgefroren” (-29 °C), jeweils bezogen auf bestimmte Produktgruppen. Die Einhaltung dieses Temperaturbereichs ist für die Unversehrtheit einer Sendung in der Lieferkette von entscheidender Bedeutung und ermöglicht bei verderblichen Waren eine optimale Haltbarkeitsdauer. Jede Abweichung kann zu unwiderruflichen und kostspieligen Schäden führen; ein Produkt kann einfach jeglichen Marktwert oder Nutzen verlieren.

Dass eine Sendung über einen längeren Zeitraum innerhalb eines Temperaturbereichs bleibt, hängt weitgehend von der Art des verwendeten Behälters und der Kühlmethode ab. Etwa 20 % des gesamten Energieverbrauchs in der Kühlkettenlogistik entfallen auf die Kühlung der Fracht. Faktoren wie die Dauer des Transports, die Größe der Sendung und die Umgebungs- oder Außentemperaturen spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, welche Art von Verpackung erforderlich ist und wie hoch der Energieverbrauch ist. Die Palette reicht von kleinen Isolierboxen, die Trockeneis oder Gelpacks benötigen, über Rollcontainer bis hin zu einem 53-Fuß-Kühltransporter, der über ein eigenes Kühlaggregat verfügt. Die wichtigsten Kühlketten-Technologien zur Bereitstellung einer temperaturkontrollierten Umgebung während des Transports sind:

• Trockeneis. Festes Kohlendioxid hat eine Temperatur von etwa -80 °C und kann eine Sendung über einen längeren Zeitraum hinweg gefroren halten. Es wird insbesondere für den Versand von Arzneimitteln, Gefahrgut und Lebensmitteln sowie in gekühlten Ladeeinheiten für Luftfracht verwendet. Trockeneis schmilzt nicht. Stattdessen sublimiert es, wenn es mit Luft in Berührung kommt.
• Gelpacks. Ein großer Teil der pharmazeutischen und medizinischen Sendungen wird als gekühlte Produkte eingestuft, was bedeutet, dass sie in einem Temperaturbereich zwischen 2 und 8°C gelagert werden müssen. Die Standardmethode, um diese Temperatur zu gewährleisten, ist die Verwendung von Gelpacks oder Verpackungen, die phasenwechselnde Substanzen enthalten, die von fest zu flüssig und umgekehrt übergehen können, um eine Umgebung zu kontrollieren. Je nach den Versandanforderungen können diese Verpackungen entweder in gefrorenem oder in gekühltem Zustand verschickt werden. Während des Transports schmelzen sie zu Flüssigkeiten, während sie gleichzeitig die entweichende Energie auffangen und die Innentemperatur aufrechterhalten.
• Eutektische Platten. Sie werden auch als “Kälteplatten” bezeichnet. Das Prinzip ist ähnlich wie bei Gelpacks. Stattdessen sind die Platten mit einer Flüssigkeit gefüllt und können mehrfach wiederverwendet werden. Eutektische Platten haben ein breites Anwendungsspektrum, z. B. zur Aufrechterhaltung der Kühltemperatur in rollenden Kühlanlagen. Sie können auch in Lieferfahrzeugen eingesetzt werden, um die Temperatur für kurze Zeit konstant zu halten, ein Verfahren, das sich für Lieferungen in lärmempfindlichen Gebieten oder für Nachtlieferungen eignen kann.
• Flüssiger Stickstoff. Eine besonders kalte Substanz mit einer Temperatur von etwa -196°C, die verwendet wird, um Pakete über einen langen Zeitraum gefroren zu halten, und die hauptsächlich für den Transport von biologischen Gütern wie Gewebe und Organen verwendet wird. Er gilt als gefährlicher Stoff für den Transport.
• Steppdecken. Isolierte Teile, die über oder um die Fracht gelegt werden, um als Puffer bei Temperaturschwankungen zu wirken und die Temperatur relativ konstant zu halten. Auf diese Weise bleibt gefrorene Fracht über einen längeren Zeitraum gefroren, oft lange genug, um den Einsatz teurerer Kühlgeräte nicht zu rechtfertigen. Quilts können auch verwendet werden, um temperaturempfindliche Fracht bei Raumtemperatur zu halten, während die Außenbedingungen stark schwanken können (z. B. im Sommer oder Winter).
• Reefers. Die allgemeine Bezeichnung für eine temperaturgeregelte Transporteinheit, bei der es sich um einen Lieferwagen, einen Kleinlastwagen, einen Sattelauflieger oder einen ISO-Standardcontainer handeln kann. Diese isolierten Einheiten sind so konzipiert, dass sie eine temperaturgeregelte Luftzirkulation ermöglichen, die durch eine angeschlossene und unabhängige Kühlanlage aufrechterhalten wird. Ein Reefer ist daher in der Lage, die Temperatur der Ladung kühl und sogar warm zu halten. Der Begriff Reefer bezieht sich zunehmend auf gekühlte 40-Fuß-ISO-Container, wobei die vorherrschende Größe 40 High-Cube-Footer sind (45R1 ist der Größen- und Typencode).

Das Kühllager ist das in der Kühlkettenlogistik am häufigsten verwendete. Es kann von einem einzelnen temperaturgeregelten Raum, der einen einzigen Nutzer und eine einzige Funktion bedient, bis hin zu einem großen, speziellen Distributionszentrum reichen, das mehrere Nutzer und Funktionen bedient. Es gibt auch punktuelle Beispiele, wie die Umwandlung von Bergwerken in Kühlhäuser.

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Kühlkettenbetrieb

Die Beförderung einer Sendung über die Lieferkette hinweg, ohne dass es zu Rückschlägen oder Temperaturanomalien kommt, erfordert die Einrichtung eines umfassenden logistischen Prozesses, um die Integrität der Sendung zu gewährleisten. Dieser Prozess umfasst mehrere Phasen, die von der Vorbereitung der Sendungen bis zur abschließenden Überprüfung der Unversehrtheit der Sendung am Lieferort reichen:

• Sendungsvorbereitung. Wenn ein temperaturempfindliches Produkt transportiert werden soll, ist es zunächst wichtig, seine Eigenschaften zu beurteilen. Ein wichtiges Thema ist die Temperaturkonditionierung und die Verpackung der Sendung, die bereits die gewünschte Temperatur haben sollte. Kühlkettengeräte sind in der Regel dafür ausgelegt, die Temperatur konstant zu halten, nicht aber, eine Sendung auf diese Temperatur zu bringen. Sie können also keine angemessene Leistung erbringen, wenn eine Sendung nicht vorbereitet und konditioniert ist. Eine bemerkenswerte Ausnahme bilden Bananen, die bei einer Temperatur von etwa 13o Celsius transportiert werden und für die ein Kühlgerät verwendet werden kann, um die Sendung zu kühlen. Weitere Faktoren sind der Bestimmungsort der Sendung und die Wetterbedingungen in diesen Regionen, z. B. ob die Sendung auf dem Transportweg extremer Kälte oder Hitze ausgesetzt ist. Durch den Einsatz eines Kühlfahrzeugs mit eigenem Aggregat werden diese Bedenken in der Regel ausgeräumt. Auch die Ladeeinheit, die die temperaturempfindliche Fracht transportiert, muss vorbereitet werden. So muss beispielsweise ein Kühlcontainer mit Dampf gereinigt werden, um das Risiko einer bakteriellen Kontamination zu beseitigen, und auf die vom Versender vorgegebenen Bedingungen, d. h. Temperatur und Luftfeuchtigkeit, gebracht werden. Ein weiterer Punkt ist die atmosphärische Kontrolle, d. h. die Aufrechterhaltung eines angemessenen Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalts, der dazu beiträgt, die Reifung zu kontrollieren (zu verzögern). Diese Kontrolle kann sich auf den gesamten Transport (Kühltransporter) beziehen, beinhaltet aber in der Regel das Einwickeln der Produkte in Polyethylenbeutel, wodurch das Eindringen von Gasen während des Transports kontrolliert wird.
• Wahl des Verkehrsträgers. Mehrere Schlüsselfaktoren spielen bei der Wahl der Transportart eine Rolle. Die Entfernung zwischen Ausgangs- und Zielort (die oft eine Reihe von Zwischenstationen umfasst), die Größe und das Gewicht der Sendung, die erforderliche Außentemperatur und etwaige zeitliche Beschränkungen (Verderblichkeit) des Produkts wirken sich alle auf die verfügbaren Transportoptionen aus. Kurze Entfernungen können mit einem Lieferwagen oder einem Lkw bewältigt werden, während für eine längere Reise ein Flugzeug oder ein Containerschiff erforderlich sein kann. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen Kosten und Verderblichkeit zu einem Faktor für die Wahl des Verkehrsträgers.
• Zollverfahren. Wenn die Fracht Grenzen überschreitet, können Zollverfahren sehr wichtig werden, da Produkte der Kühlkette in der Regel zeitempfindlich sind und stärker kontrolliert werden als normale Fracht (z. B. Lebensmittel, Arzneimittel und biologische Proben). Die Schwierigkeit dieser Aufgabe ist je nach Land (oder Wirtschaftsblock) und Tor unterschiedlich, da es unterschiedliche Verfahren und Verzögerungen gibt. Ein häufiges Problem ist die Gesundheitskontrolle, die eine Begasung erfordern kann. Zollfragen werden gemeinhin als die wichtigste Voraussetzung für den Aufbau zuverlässiger internationaler Kühlketten genannt.
• Die “letzte Meile”. Die letzte Phase ist die tatsächliche Lieferung der Sendung an den Bestimmungsort, die in der Logistik oft als “letzte Meile” bezeichnet wird. Die wichtigsten Überlegungen bei der Organisation einer endgültigen Lieferung betreffen nicht nur den Bestimmungsort, sondern auch den Zeitpunkt der Lieferung, damit die erforderlichen Arbeitskräfte und Lagerflächen zur Verfügung stehen. Lkw und Transporter, die wichtigsten Transportmittel für diese Phase, müssen die für den Transport der Kühlkette erforderlichen Spezifikationen erfüllen. Da viele Lieferungen von Kühlkettenprodukten, insbesondere von Lebensmitteln, in einem städtischen Umfeld stattfinden, werden sie durch Staus und Parkprobleme behindert. Wichtig ist auch die endgültige Verbringung der Sendung in die Kühllager, da die Gefahr besteht, dass die Integrität der Sendung verletzt und zerbrechliche Waren wie Lebensmittel beschädigt werden.
• Integrität und Qualitätssicherung. Nachdem die Sendung angeliefert wurde, müssen Temperaturaufzeichnungsgeräte oder bekannte Temperaturanomalien aufgezeichnet und bekannt gemacht werden. Dies ist der Schritt des logistischen Prozesses, der Vertrauen und Verantwortlichkeit schafft, insbesondere wenn eine Haftung für eine beschädigte Sendung entsteht. Treten Probleme oder Anomalien auf, die eine Sendung gefährden, muss versucht werden, die Ursache zu ermitteln und Abhilfemaßnahmen zu finden. Dies ist besonders wichtig bei den hochwertigen Gütern der Kühlkette. Während eine Standardcontainerladung einen Wert zwischen 50.000 und 100.000 US-Dollar haben kann, kann eine Kühltransportladung bis zu 1 Million US-Dollar erreichen. Im Falle von Arzneimitteln kann der Wert der Ladung 50 Millionen Dollar erreichen.

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Daher, sind die Einrichtung und der Betrieb von Kühlketten von den betreffenden Lieferketten abhängig, da jede zu befördernde Ladungseinheit unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf Standort, Nachfrage, Konzentrationsgrad, Integrität der Ladung und Transportintegrität stellt. Aufgrund der zusätzlichen Aufgaben und des Energiebedarfs für das Kühlaggregat sind die Transportkosten für Kühlkettenprodukte wesentlich höher als für normale Waren. Der anhaltende Anstieg des Lebensstandards und die wirtschaftliche Spezialisierung werden auch in den kommenden Jahren wichtige Triebkräfte für die wachsende Nachfrage nach verderblichen Gütern und die Kühlkettenlogistik zu deren Transport sein.

Verwandte Themen

• Wertschöpfungsketten und Gütertransport
• Logistik und Güterverteilung
• Die Logistik globaler Lebensmittelsysteme
• Globalisierung und internationaler Handel
• Die Containerisierung von Gütern
• Hafenkühlketten (PEMP – Externer Link)

Bibliographie

• Coyle, W. W. Hall, and N. Ballenger (2001) “Transportation Technology and The Rising Share of U.S. Perishable Food Trade”, Economic Research Service/USDA, Changing Structure of Global Food Consumption and Trade / WRS-01-1.
• Rees, J. (2013) Refrigeration Nation: A History of Ice, Appliances, and Enterprise in America, Johns Hopkins University Press.