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Der berechenbare Zwilling

Mit dem Forschungsprojekt „Biogas Digital Twins“ unterstützt die HFU Landwirte aus dem Schwarzwald dabei, Biogasanlagen wirtschaftlicher zu betreiben

Der berechenbare Zwilling (I22835)

Damit Biogasanlagen wirtschaftlicher betrieben werden können, wird an der HFU an deren „Digitalem Zwilling“ geforscht. Bild pixabay/ 1815691

Für seinen Beruf hat Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass eine wunderschöne Beschreibung: „Als ‚Biochemical Engineer‘ wandelt man Stoffe um, die man nicht zählen kann“, sagt er und hebt seine Tasse: „Eigentlich wie beim Kaffeekochen.“ Aber von vorne: es geht hier um Bioökonomie - darum, Verfahren zu finden, mit denen erneuerbare biologische Ressourcen effizienter genutzt werden können. „In der Bioökonomie versucht man, biologisch erzeugte, nachwachsende Rohstoffe einzusetzen und daraus Produkte zu entwickeln, und um neue biologische Ideen“, erklärt Hass, „das ist deshalb revolutionär, weil die Bioökonomie Produktionssysteme und –ketten völlig umstellen wird, weg von fossilen Rohstoffen!“

Bioökonomie bewirkt nachhaltige Wirtschaftsweise

Sein Fachbereich sei in der Lage, ganz neue biobasierte Ideen und Konzeptionen freizusetzen, berichtet Hass, der an der HFU-Fakultät Medical and Life Sciences im Studiengang Nachhaltige Bioprozesstechnik (NBT) unterrichtet und das Institut für Angewandte Biologie (IANB) leitet. Schmieröle aus Pflanzen, Krebsmedikamente, die mit einer Bioreaktionstechnik ähnlich der in der Hefegewinnung hergestellt werden – überall gehe es um nachhaltige und ressourcenschonende Verfahren, so Hass.

Erneuerbare biologische Ressourcen berechenbar machen

„Das Problem an der Verwendung biogener Rohstoffe ist die nicht gleichbleibende Qualität“, sagt Hass und veranschaulicht: Biogene Rohstoffe werden nicht nur an einem Ort gewonnen, „es gibt sie überall verteilt, zum Beispiel  in ganz Europa“. Die Qualität schwankt – beeinflusst unter anderem durch die Jahreszeiten. „Winterstroh hat andere Eigenschaften als Sommerstroh, wenn es in einem Kraftwerk verwendet wird“, so Hass. Also macht er biologische Ressourcen berechenbarer – im wahrsten Wortsinne, durch Berechnen. „Meine Spezialität ist: Ich kann diese Prozesse mathematisch wiedergeben“, sagt Hass.

Digitale Zwillinge für die Biogasanlage

Zum Beispiel im Forschungsprojekt „Biogas Digital Twins“, das gerade vom Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg bewilligt wurde: Hier geht es darum, den Betrieb einer real existierenden Biogasanlage zu optimieren. Prof. Hass wird die Anlage in Zahlen übersetzen. In einer Art „virtueller Biogasanlage“ ordnet er den einzelnen Schritten, die im Fermentierer, im Nachgärer oder in den Gärproduktlagern geschehen, zeilenlangen Formeln zu. Dieser digitale Zwilling zeigt nicht nur, was gerade in der Biogasanlage geschieht – er ist mit der Anlage so verbunden, dass Änderungen erst einmal am Rechner ausprobiert werden können (Wieviel mehr Gülle? Wie viel mehr Mist soll zugeführt werden? Was verändert diese neue Mischung?), um sie dann in die reale Anlage zu übertragen. „Biogasanlagen könnten auch organische Abfälle verwenden, wenn man das Betriebsverhalten besser berechnen und sie flexibilisiert betreiben könnte“, sagt Professor Hass.

Neue Biogas-Simulatoren werden auch in der Lehre eingesetzt

Der digitale Zwilling kann 500Mal schneller rechnen, als die Biogasanlage in Wirklichkeit läuft. Das macht Auswertungen auch schneller möglich, und ist doch manchmal trickreich: „Manchmal müssen wir auch zwischendurch reagieren, da muss man dann eben auch 500 Mal schneller sein!“, lacht Hass. Er schätzt an dem Projekt „Digital Twins“ besonders, dass sich darin Forschung und Lehre so nahtlos verbinden lassen. „An den Simulatoren können wir Studierende ausbilden, die später solche Anlagen bedienen können. Das ist ein sehr starker Antrieb für mich“, sagt er, „es lohnt sich, das so abzubilden, denn die Studierenden haben ganz direkt etwas davon – sie können am Digitalen Zwilling ausprobieren und aus Fehlern direkt lernen.“