Prozessautomatisierung von Strömungen in Bio- und Medizintechnik (B3) - Verkettetes Stoff- und Energiemanagement in Wassersystemen der Brauereien mittels informationstechnologischer Hybride auf der Grundlage von Referenz-Petri-Netzen

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Verkettetes Stoff- und Energiemanagement in Wassersystemen der Brauereien mittels informationstechnologischer Hybride auf der Grundlage von Referenz-Petri-Netzen

Projektleitung:Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Prof. Dr.-Ing. habil. Norbert Räbiger
Beteiligte:Dr.-Ing. Frauke Groß, Stefan Hubert, M. Sc., Thorben Helmers, M. Sc., Dipl.-Ing. Ulrich Mießner, Dr. Holger Wessolowski
Förderer:
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI), Bonn
Mitwirkende
Institutionen:
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
Universität Bremen, Institut für Umweltverfahrenstechnik
Krones AG / Brauerei Friedrich Gutmann / Wissenschaftsförderung der Deutschen Brauwirtschaft e.V. / JUMO GmbH & Co. KG / Einbecker Brauhaus AG / Kitzmann-Bräu GmbH & Co. KG / Edelweiss GmbH & Co. KG / AWITE Bioenergie GbR / ATRES engineering biogas / Licher Privatbrauerei Jhring-Melchior GmbH / SYSTEC GmbH / Nestlé Deutschland AG
Stichwörter:Lebensmittelproduktion; Prozessoptimierung; Modellierung und Simulation; Referenznetze; Energie- und Stoffstrommanagement; Getränkeproduktion; Bier
Laufzeit:1.4.2013 - 30.6.2015
Inhalt und Ziele:Das Management der Wasser- und Abwasserströme in der sekundären Lebensmittelproduktion ist überaus anspruchsvoll. Die Festlegung von Benchmarks (Global-Reporting-Initiative (GRI), EU-Regularien, Kyoto-Protokoll, Umweltmanagementsysteme (EMS) und Audit-Schemata (EMAS)) zeigt deutlich die Notwendigkeit, weltweit umwelt- und ressourcenschonende Konzepte zu entwickeln. Dies gilt insbesondere für die Exportnation Deutschland, die zugleich zu den Ländern mit einer der höchsten Wasser- und Abwasserpreisstrukturen gehört (regional bis zu 3,50 - 4,50 €/m³ Frischwasser (FW) und Abwasser (AW)), die einen hohen Kostendruck bei der wasserintensiven Produktion von Lebensmitteln bzw. Getränken beinhalten.

Zusätzlich zu einem minimierenden FW-Einsatz einzelner Prozessschritte (z.B. durch optimierte Phasentrennung in Spülvorgängen) werden deshalb Frischwasser- und Abwasser-Aufbereitungssysteme (FW/AW) eingesetzt und weiterentwickelt. Im produzierenden Sektor setzen sich zudem zunehmend Verfahren wie eine interne Wasserrückführung durch, welche die Abwasserproduktion minimieren und damit anfallende Kosten der End-of-pipe-Systeme reduzieren.

Darüber hinaus zeichnen sich erhebliche Fortschritte hinsichtlich der Bereitstellung geeigneter Sensoren und Wasserbehandlungstechnologien ab. Auch gibt es neuartige Ansätze im FW/AW-Management hinsichtlich der Identifizierung und Trennung von Wassersystemen entsprechend der organischen Beladung (Fracht, Belastung). Die bisherigen Ansätze tragen aber überwiegend den Charakter von Insellösungen (z.B. Aufbereitung des Wasserstroms der Flaschenwaschmaschine von Brauereien). Verkettete, dynamische Wasser- und Energiemanagementkonzepte mit einer potentiellen Verankerung auf der Prozessleitebene fehlen bislang völlig.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es deshalb, ein validiertes hybrides, informationstechnologisches Tool zum dynamischen Management der Stoffströme in den FW/AW-Systemen von Brauereien zu entwickeln. Dabei betrifft das angestrebte Management nicht nur die FW/AW-Systeme, sondern auch die mit ihnen unmittelbar verbundenen Prozesse des Transports, der Transformation und der Akkumulation von Energie.

Publikationen:
  1. Hubert, Stefan ; Groß, Frauke ; Delgado, Antonio ; Helmers, Thorben ; Mießner, Ulrich ; Räbiger, Norbert:
    Verkettetes Stoff- und Energiemanagement in Wassersystemen der Brauereien mittels informationstechnologischer Hybride.
    Vortrag: ProcessNet Jahrestreffen der Fachgruppen Lebensmittelverfahrenstechnik (LVT) und Phytoextrakte (PHYTO), TU München, Freising/Weihenstephan,
    München, 2014
  2. Hubert, Stefan ; Pettigrew, Liam ; Groß, Frauke ; Delgado, Antonio ; Helmers, Thorben ; Mießner, Ulrich ; Räbiger, Norbert:
    Simulation-based optimisation of wastewater flow and composition for on-site treatment in the food and beverage industry utilising reference nets in combination with genetic algorithms.
    Vortrag: 85th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
    Erlangen, 2014