Aktuelle Informationen der HFU zum Thema Coronavirus: www.hs-furtwangen.de/coronavirus

Zwei Projekte für biotechnische Prozesse bewilligt

Computerbasierte Modelle für mehr Nachhaltigkeit in der Bioökonomie

Doppelte Freude bei der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Volker Hass (Fakultät Medical and Life Sciences): Gleich zwei Projekte, die sich mit der Modellierung biotechnologischer Prozesse befassen, wurden kürzlich bewilligt. Beide Projekte haben zum Ziel, biotechnische Prozesse und deren Entwicklung effizienter und ressourcenschonender zu gestalten, um auf diese Weise Nachhaltigkeit mit Wirtschaftlichkeit zu verbinden.

Das Projekt "Biogas Digital Twin" wird vom Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg (MLR) im Rahmen des Programms „Nachhaltige Bioökonomie für Baden-Württemberg“ und der „Nationalen Bioökonomiestrategie“ mit 60.000 € gefördert. Im Rahmen dieses Projekts wird die Grundlage zur Entwicklung eines realistischen Computermodells von Biogasanlagen, der namengebende digitale Zwilling, geschaffen.

Biogas, das durch anaerobe Fermentation von Biomasse gewonnen wird, ist eine vielseitig einsetzbare erneuerbare Energiequelle. Ihre Nutzung kann einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, das im Pariser Klimaschutzabkommen gesteckte Ziel einzuhalten, die Erderwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen. Daneben eignet sich Biogas aber auch als Ausgangsstoff für die Herstellung weiterer biobasierter Produkte in Bioraffinerien.

Für einen effektiven Biogasprozess müssen zahlreiche Faktoren und technische Aspekte berücksichtigt und kontrolliert werden. Der Biogas Digital Twin soll Anlagenbetreiber dabei unterstützen, das Gesamtpotenzial von Biogasprozessen auszuschöpfen, indem er die Optimierung der Betriebsbedingungen vereinfacht. Mithilfe des Biogas Digital Twins kann darüber hinaus die Entwicklung neuer Bioraffineriekonzepte unterstützt werden, indem er mit Digital Twins bzw. mathematischen Modellen anderer Prozessstufen verknüpft wird.

Das Projekt "Neuer generischer Bio-NMPC zur Entwicklung dynamischer bioökonomischer Prozesse – genBioNMPC" wird im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ im Ideenwettbewerb „Neue Produkte für die Bioökonomie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und befindet sich derzeit in der Sondierungsphase.

NMPCs (Adaptive Non-linear Model Predictive Controller) nutzen Computermodelle zur Steuerung und Optimierung von biotechnologischen Prozessen, die einen erheblichen Beitrag zur Etablierung einer biobasierten Wirtschaft leisten. Allein für den globalen Markt der biotechnologisch hergestellten Produkte wird bis 2025 ein Volumen von bis zu 600 Mrd. US-Dollar prognostiziert. Dabei wird eine schnelle Markteinführung neuer Produkte immer wichtiger. Dies bedingt erheblich reduzierte Entwicklungszeiten von neuen ressourcenschonenden und sicheren Prozessen.

Allerdings verfügen gerade junge Firmen häufig nicht über die finanziellen Mittel und Erfahrungen für eine effektive Prozessentwicklung. Sie scheitern oftmals am kostspieligen Transfer vom Labor in den industriellen Maßstab (Scale-Up). An dieser Stelle setzt das Projekt genBioNMPC an: Im Rahmen des Projekts soll ein NMPC entwickelt werden, der generisch für verschiedenste biotechnologische Prozesse einsetzbar ist und damit die Prozessentwicklung auch für kleinere Unternehmen unterstützt und erschwinglich macht. Zusätzlich kann der adaptive NMPC die Entwicklungszeit erheblich verkürzen und so finanzielle Risiken minimieren.

„Beide Projekte sind bereits angelaufen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Hass. „Wir hoffen, die ersten Förderphasen im Spätsommer 2021 erfolgreich abschließen zu können, um so zu zeigen, dass die Hochschule Furtwangen wertvolle Beiträge zur nachhaltigen Entwicklung und zur Bioökonomie liefern kann.“

Biogas Digital Twin
Bearbeitende Personen: André Moser, Christian Appl, Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass
Förderungszeitraum: Dez. 2020 – Aug. 2021.
Förderungsvolumen: ca. 60.000 €

genBioNMPC
Bearbeitende Personen: André Moser, Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass
Förderungszeitraum: Okt. 2020 – Sep. 2021.
Förderungsvolumen: ca. 60.000 €