Dr. Stefan Dietrich
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31.12.2023

Im Teilvorhaben zur Entwicklung und Validierung des KI-basierten Reglers wurde konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: ¿ Die im Rahmen von OptiFlex gewonnenen Daten zur Bewertung der Durchmischung im Fermenter der Universität Hohenheim mittels Prozess-Tomographie konnten unterstützend zur Auswahl von geeigneten Messstellen genutzt werden. ¿ Parallele Bewertung der Durchmischung zu den Fermentationsversuchen im Labormaßstab am DBFZ. Die Versuche haben gezeigt, dass ein intensives Einmischen von frischem Substrat ausreichend ist, um eine optimale Biogasbildung zu gewährleisten. Nach dem Einmischen kann die Rührintensität deutlich reduziert werden. ¿ Bestands- und Live-Daten der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim wurden importiert und analysiert und fehlende Datenpunkte wurden mit verschiedenen Verfahren interpoliert. ¿ Auf Basis der Daten wurden KI-Modelle trainiert, welche die zukünftige Rührerleistung vorhersagen können. Die Modelle werden zur Reglung der Rührerleistung genutzt. ¿ Aus verschiedenen Ansätzen zum Modelltraining konnte auf Zusammenhänge zwischen verschiedenen Messgrößen und der Rührerleistung geschlossen werden. ¿ Unter Einbindung der modellprädiktiven Regelung in den KI-Regler konnte ein Praxistest in den Fermentern der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim durchgeführt werden. Dabei konnte die Rührerleistung deutlich reduziert werden, ohne dass dabei Prozessstörungen auftraten. ¿ Bewertung und Vergleich der rheologischen Eigenschaften von Biogas- und Modellsubstraten und Herstellung von Modellsubstraten mit ähnlichen rheologischen Eigenschaften wie die realen Biogassubstrate.

Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multifeedstockfähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des Maschinellen Lernens entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann.