Turnkey-Anlage für Pharmawasser bei Novartis. Wasseraufbereitungsanlage für die Pilotproduktion mit dem Betreiber Turnkey-Konzept. Vor einigen Monaten ging im Novartis-Werk Klybeck in Basel eine neue Wasseraufbereitungsanlage der Christ Pharma & Life Science in Betrieb. Der Pharmahersteller machte damit erstmalig die Erfahrung, welche Vorteile die Lieferung einer solchen Komplett-Anlage mit allen Komponenten aus einer Hand beinhaltet: Novartis sparte viel Zeit und Aufwand – sowohl bei Planung und Installation, wie auch beim Unterhalt. Und Christ etablierte sich so einmal mehr als „Turnkey“- Lieferant.

Wasser ist in der pharmazeutischen Produktion allgegenwärtig, als Mittel zur Reinigung und Desinfektion oder als direkter Bestandteil der Präparate. Entsprechend wichtig ist bei der Fertigung von Pharmazeutika die Wasseraufbereitung für die verschiedenen Anwendungen. Das gilt auch für die neue Pilotanlage von Novartis im Werk Klybeck. Sie ist in einem Gebäude untergebracht, dessen Produktionseinrichtungen in den vergangenen Jahren nach und nach stillgelegt worden waren. Mit dem Bedarf nach mehr Kapazitäten für so genannte „Pilot Batches“ (Medikamente und Wirkstoffe in der Entwicklungsphase, von denen für die klinische Erprobung lediglich kleine Mengen nötig sind) wurde das Gebäude wieder reaktiviert. Nun ist darin eine völlig neue Experimentalfabrik – ein „Pilot Plant“ – untergebracht, in dem die Herstellung von jeweils nur wenigen Kilogramm eines Wirkstoffes für die klinische Erprobung an Versuchspersonen erfolgt.

Der „Pilot Plant“ ist deshalb innerhalb der Novartis-Struktur im Bereich Forschung angesiedelt. Die Bedingungen und Einrichtungen sowie die entsprechenden Anforderungen nach Good Laboratory Practice (GLP) und Good Manufacturing Practice (GMP) gleichen einem Produktionssystem für kommerzialisierbare Medikamente. Einziger Unterschied: Es werden wesentlich mehr Proben genommen und viele Analysen gemacht. Entsprechend ist die Anlage ausgelegt.

Während manche Konzerne für Forschung, Labor oder Herstellung auf eine einzige zentrale Wasser-/Reinstwasseraufbereitung zurückgreifen, verfolgt Novartis im Werk Klybeck eine andere Strategie. Jedes Gebäude hat sein eigenes System. Das mag in der Summe teurer sein, vermeidet aber, dass einzelne Probleme (etwa durch den Ausfall einer Versorgungsanlage oder mikrobiologische Kontamination) wie Schockwellen durch den gesamten Standort ziehen.

Ausgangspunkt Trinkwasser

Basis für alle Aufbereitungsanlagen ist Trinkwasser. Bei Novartis beträgt die Eingangsmenge 4.000 l/h. Das Wasser wird durch einen Grobfilter geleitet, vom Trinkwassernetz getrennt und danach in die Wasseraufbereitung geführt. Dann folgt die Enthärtung (Entfernung von Kalzium und Magnesium aus dem Wasser) in einer Duplex-Anlage, bestehend aus zwei kreuzgeschalteten Filtern. Davon dient der eine als Arbeitsfilter und der andere als „Polizeifilter“, der nur zur Sicherheit im Einsatz ist und dabei Funktionsstörungen am Arbeitsfilter anzeigt.

Umkehrosmose

Vereinfacht gesagt ist Umkehrosmose eine weitere Form von Filtration. Die zu filternde Flüssigkeit ist vom Filtrat durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran getrennt. Diese hat keine durchlässigen Poren. Das Medium diffundiert durch die Trennschicht hindurch. Deshalb lässt die osmotische Membran nur Solvente (Trägerflüssigkeit/ Wasser) passieren, Solute (gelöste Ionen) bleiben daran hängen. Während auf der Eingangsseite des Membran-Pakets die Ionenkonzentration im Wasser ansteigt, tritt auf der anderen Seite entsalztes Wasser, das Permeat, aus – insgesamt 3.000 l/h von den eingehenden 4.000 l. Der Rest wird als Konzentrat auf der Eingangsseite mit dem Filtrat abgeschwemmt. Dieser Rest enthält den größten Teil der Salze des Rohwassers und ist deshalb rund vier Mal höher konzentriert als Trinkwasser.

Der nächste Schritt der Wasseraufbereitung im Osmotron-System ist die Vollentsalzung. Nun kommen alle freien Ionen aus dem Wasser, um die physikalisch/ chemischen Anforderungen ganz zu erfüllen. Dies gelingt in zwei Stufen: zunächst durch die vorher beschriebene Umkehrosmose und dann durch Elektrodeionisation (EDI) mit dem von Christ selbst entwickelten und vertriebenen System Septron EDI.

Elektrodeionisation

Das Permeat nach der Umkehrosmose genügt noch nicht den Qualitätsanforderungen an Pharma-Wasser. Deshalb folgt die Elektrodeionisation (EDI) mit dem von Christ patentierten Septron-Modul. EDI ist eine Kombination von Ionenaustausch und elektrochemischem Membranverfahren. Es benötigt keine Chemikalien – im Gegensatz zum reinen Ionenaustausch. Die Regeneration erfolgt zudem kontinuierlich während des Betriebs. Gegenüber herkömmlichen EDI-Modulen in Plattenbauweise arbeitet Septron mit qualitativ hochstehenden, gewickelten Modulen.

Das führt zu einem konzentrischen elektrischen Feld, in dem das Ionen-Austauscherharz sehr hoch regeneriert wird. Zudem ergeben sich weitere Vorteile wie niedriger Energiebedarf und hohe Wasserausbeute. Auch benötigt der „Pilot Plant“ bei Novartis durch die heißwassersanitisierbare Ausführung der Anlagekomponenten keine Desinfektionschemikalien, um das System gegen die Bildung von Biofilmen zu schützen. Die Prozessüberwachung mittels Temperaturaufzeichnung während der Heißwassersanitisierung ist sehr einfach zu handhaben. Septron hat sich in der pharmazeutischen Industrie sehr bewährt, kommt aber auch bei der Wasseraufbereitung in der Halbleiterindustrie und für Kraftwerke zum Einsatz.

Drei Anwendungen für „Purified Water“

Das erzeugte „Purified Water“ wird von Novartis für drei verschiedene Arbeitsschritte gebraucht. Zum einen verdünnt man damit Natronlauge, die zur Reinigung der Produktionsanlage für einen nächsten Produktionszyklus benötigt wird. Der zweite Anwendungsbereich ist Speisewasser für die Herstellung von destilliertem Wasser, oder Water for Injection (WFI). Purified Water wird dafür zunächst in der Destillationsanlage – dem Multitron von Christ – über vier Destillationskolonnen verdampft und wieder kondensiert. Anschließend folgt die Lagerung bis zum Gebrauch bei einer Temperatur von 80 °C in einem 10.000 l fassenden Tank. Die dritte Verwendung für Purified Water ist die Erzeugung von Reinstdampf mit dem Reinstdampfgenerator Christ Vapotron. Dieser dient innerhalb des Dampfnetzes des Produktionsgebäudes dazu, die Anlagen zu sterilisieren und minimalste Verunreinigungen zu eliminieren.

Reinheit auch für das Ringleitungssystem

Mitunter kann es einige Zeit dauern, bis das Reinstwasser zum Einsatz kommt. Um bei Novartis Verunreinigungen und Keimbildung in stehendem Wasser zu vermeiden, sind nach den Lagertanks zwei Loopo-Reinstwasserverteil-Skids von Christ installiert. Diese beinhalten sämtliche Einrichtungen wie Pumpen, Messgeräte sowie Sanitisierungsmethoden, welche für die Verteilung und Überwachung des Reinstwassers notwendig sind. Das Verteilsystem besteht jeweils aus einem Ringleitungssystem mit Tank und Steuerung, in welchem das Wasser permanent in Bewegung ist. In dem einen, dem Kaltwasser-System, wird die Flüssigkeit während sie zirkuliert zusätzlich mit Ozon sanitisiert. Im anderen, einem Heißwasser-System, herrscht eine konstante Temperatur von 80 °C, um die Vermehrung von Keimen zu vermeiden. Gleichzeitig ist es möglich, so das gesamte Leitungsnetz fortwährend mikrobiologisch sauber zu halten.

Fazit von Novartis

Projektleiter Marcel Brunner von Novartis hat schon häufiger ähnliche Anlagen realisiert. Trotzdem war es für ihn das erste Mal, dass eine Anlage komplett schlüsselfertig – oder eben „Turnkey“ – von einem einzigen Anbieter geliefert wurde. So arbeitete Brunner bei seinen bisherigen Projekten immer mit zwei und mehr Lieferanten zusammen. Sein Fazit: „Für einen Betreiber ist das Turnkey-Konzept sehr angenehm. Es gibt eine Ansprechperson, alle Manuals sind gleich aufgebaut, es existieren viel weniger Schnittstellen und damit auch weniger Fehlerquellen. Die Anlagen werden geprüft, funktionsfähig angeliefert und passen zusammen.“ Zudem hat Christ laut Brunner auch die nötige Größe, um sowohl die finanziellen wie auch die technischen Risiken abzudämpfen. Die technischen Gefahren seien bei Firmen, die nur Systemelemente zusammenkaufen und dann selber konfigurieren größer, als wenn ein Unternehmen wie Christ Komponenten auch selber entwickle und baue. Dazu komme, dass Christ dank jahrzehntelanger Erfahrung in der Pharmaindustrie mit den Qualifizierungs- und Qualitätsprüfungsanforderungen der Branche bestens vertraut sei.

Entsprechend gut ist die Anlage bisher angelaufen. Purified Water wird seit Dezember 2007 produziert, alle anderen Produkte wie destilliertes Wasser (WFI) und Reinstdampf seit Januar 2008. Beim Reinstwasser gab es bisher eine einzige Abweichung von der Toleranz, bei WFI und Reinstdampf noch keine. Marcel Brunner ist deshalb hoch zufrieden.

Kontakt:
Christ Water Technology Group, Aesch/Schweiz
Christian Stark, Marketing
Tel.: 0041/61-7558-111
info@christwater.com
www.christwater.com