Handlungsoptionen Prozessmodell & Digitaler Zwilling für Bioprozessanlagen – Evaluation von Integrationsansätzen 

EveryCarbon ist ein Biotechnologieunternehmen, das leistungsstarke Dämmmaterialien für anspruchsvolle Anwendungen (Einfluss von Feuchtigkeit sowie mechanischer Belastung) im Bausektor entwickelt. Durch eine eigene Biomanufacturing-Technologie nutzt EveryCarbon kostengünstige biogene Rest- und Abfallströme und erzeugt daraus Dämmstoffe mit besserer Performance aus nachhaltigen Quellen.

Das gemeinsame Projekt bewertet Architekturoptionen, um die Prozessmodellierung von EveryCarbon mit Betriebsdaten der Anlagen zu verbinden. Inhalt ist eine vergleichende Kurzanalyse. Das Ergebnis ist eine Potenzial-/Aufwandsabschätzung als Entscheidungsgrundlage für den weiteren Entwicklungspfad.

Problem- und Zielbeschreibung

EveryCarbon erschließt seit 2023 neue Wege für nachhaltige chemische Produktion, indem organische Abfälle aus Landwirtschaft, Klärwerken und Lebensmittelindustrie mittels biotechnologischer Prozesse in hochwertige, leistungsfähige Polymere umgewandelt werden.

Für die Anlagen liegt ein verfahrenstechnisches Prozessmodell vor. Darauf setzt die nächste Ausbaustufe auf: Online-Prozessüberwachung und vorausschauende Optimierung im Sinne eines Digitalen Zwillings. Dafür wurden die möglichen Architekturpfade systematisch bewertet.

Das Projekt adressiert die Leitfrage: „Welche Integrationsarchitektur ist für den Digitalen Zwilling der Anlagen unter den Rahmenbedingungen von EveryCarbon am tragfähigsten?“ Im Rahmen einer Kurzanalyse werden verschiedene Integrationsoptionen erfasst, nach spezifischen Bewertungskriterien (Aufwand, Risiko, Time-to-Value, Reifegrad) eingestuft und hinsichtlich des Potenzials und Aufwands eingeordnet. Das Ergebnis ist eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die strategische Weiterentwicklung und legt die Basis für einen späteren, biointelligenten Digitalen Zwilling, der über den Stand der Technik hinausgeht und die Grundlage für nachhaltige, effiziente Prozesse bildet.

Bezug des Vorhabens zur Biointelligenten Wertschöpfung

Das langfristige Zielbild ist ein voll integrierter Digitaler Zwilling der Bioprozessanlagen, der die drei Domänen der Biointelligenz – Biologie, Produktionstechnik und IT – eng miteinander verknüpft. Biologischer Kern sind lebende Mikroorganismen im Fermenter, biobasierte Rohstoffe und Produkte sowie die mikrobielle Prozesslogik. Hardwareseitig kommen Fermenter, Prozesssensorik, Aktorik, Downstream-Apparate und Steuerung zum Einsatz; softwareseitig digital verknüpft mit einem hybriden Prozessmodell als Entscheidungshilfe. Der Digitale Zwilling wird so zum bindenden Element zwischen Biologie, Anlagentechnik und IT.

Der Quick Check adressiert die Modell- und IT-Säule und klärt, welcher Integrationspfad die tragfähige Basis für einen späteren, vollständig biointelligenten Digitalen Zwilling bildet. Damit wird der Übergang vom reinen Auslegungsmodell zu einem betriebsnahen Prozessabbild vorbereitet. Die drei Säulen der Nachhaltigkeit werden gemeinsam adressiert: ökonomisch durch schnelleres Scale-up, höhere Prozessstabilität und bessere Anlagennutzung; ökologisch durch geringeren Substrat-, Medien- und Energieverbrauch sowie reduzierte Emissionen; sozial durch Wissenstransfer in den Betrieb, Entlastung von Fachkräften und bessere Ausbildung.

Detaillierter Projektablauf und Ergebnisse

In einem gemeinsamen Workshop wurden Zielbild, Ausgangslage sowie fachliche, organisatorische und zeitliche Rahmenbedingungen definiert. Anschließend wurden verschiedene grundsätzliche Integrations- und Digitalisierungsoptionen für das bestehende Prozessmodell recherchiert, priorisiert und auf High-Level-Ebene hinsichtlich Aufwand, Risiko, Reifegrad und Anschlussfähigkeit analysiert. Die Optionen wurden anhand einer Heatmap sowie einer strukturierten Gegenüberstellung ihrer wesentlichen Vor- und Nachteile bewertet. Die Ergebnisse wurden in einer Abschlusspräsentation zusammengeführt und gemeinsam mit EveryCarbon diskutiert. Als Ergebnis wurde eine besonders vielversprechende Option für eine vertiefte Untersuchung empfohlen, da sie eine gute Grundlage für die Abbildung des Bioprozesses sowie für die zukünftige Integration von Datenanalyse, Optimierung und Digitalisierung bietet.

Projektnutzen, Verwertung und geplante Anschlussaktivitäten

Impact ist eine Entscheidungsgrundlage statt Bauchgefühl bei der strategischen Frage, welche Handlungsoptionen für die weitergehende Modellierung der biointelligenten Prozesse bei EveryCarbon bestehen. Der Quick Check liefert eine Bewertung möglicher Handlungspfade (bspw. Konnektor-Integration, Open-Source-Transfer, Neuentwicklung) nach Kriterien wie Aufwand, Risiko, Time-to-Value und Reifegrad.

Das Verwertungspotenzial ist dreifach angelegt: technisch durch Umsetzung des gewählten Pfades als Digitaler Zwilling bzw. Prozessoptimierer in eigenen Anlagen und über ein mögliches Dienstleistungsangebot gegenüber weiteren Betreibern vergleichbarer Bioprozesse.

Anschlussfähig ist das Vorhaben direkt als Exploring Project zur Umsetzung der empfohlenen Option; darauf aufbauend sind Folgeanträge zur Weiterentwicklung der Funktionalität mit Ansätzen der künstlichen Intelligenz denkbar.

Zitat

Der Quick Check hat uns eine schnelle und wissenschaftlich fundierte Einschätzung über unsere Möglichkeiten und eine Empfehlung zugeschnitten auf unsere Rahmenbedingungen geliefert. Im Ergebnis erlaubt uns das Projekt jetzt zügig und zielgerichtet die nächsten Schritte zu unternehmen.

Sebastian Schmid, Process Intelligence Engineer, EveryCarbon

Finanziert durch

Das S-TEC Zentrum für Biointelligente Wertschöpfung, genannt The Biointelligence Engine, wird gefördert durch das Baden-Württemberg Ministerium für Wirtschaft, Handwerk und Tourismus sowie das Förderprogramm EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) der Europäischen Union: