Eine große Herausforderung bei Bioreaktoren besteht darin, die Menge der Biomasse zu bestimmen. Dazu nutzen wir im Analyse-Modul eine optische Methode, die auf Mikroskopie und KI basiert, und die Quantentechnologie. Das digitale Mikroskop liefert kontinuierlich Bilder, die von der KI ausgewertet werden. Durch Trainingsbilder hat sie gelernt, die Algenzellen zu erkennen. Für den quantenbasierten Partikelsensor transportiert eine Präzisionspumpe die Algenzellen aus dem Kultivierungssystem. Mithilfe eines präzisen Ventilsystems werden sie einem Mischbehälter zugeführt, in dem sie für optimale Analysebedingungen mit Wasser verdünnt werden. Das sogenannte Pressureover-Liquid-Prinzip ermöglicht eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit und leitet die Mischung zum Quantensensor. Der Sensor – entwickelt vom Start-up Q.ANT – liefert große Datenmengen, die aus Größe und Anzahl der Algen, aber auch aus Fremdkörpern bestehen können. Durch diese Analysen ist es möglich, vorausschauend auf Prozessereignisse zu reagieren und regulierend einzugreifen. Modul 2: Analysis: Überwachung der Zellen mithilfe von Quantensensorik und KI BionicCellFactory Die Zellfabrik ist in fünf Module aufgeteilt, in denen Natur und Technik auf unterschiedliche Weise verschmelzen. Damit präsentieren wir die BionicCellFactory als Werkzeug für die biologische Transformation hin zu einer umweltgerechten Kreislaufwirtschaft. Im Gegensatz zu chemischen Prozessen kommen wir ohne hohe Temperaturen, hohe Drücke und Giftstoffe aus. Algen wachsen am besten bei einer CO2-Konzentration von rund zwei Prozent. Da unsere Umgebungsluft jedoch weit weniger als ein Prozent enthält, reichert das CO2-Collection-Modul die Algen mit einer höheren Konzentration an: Es filtert das benötigte Gas aus komprimierter Luft, indem es diese in eine Kammer mit CO2-bindendem Granulat einbläst. Das Granulat besteht aus einem Polymer, das abhängig von den herrschenden Bedingungen CO2 aufnehmen oder auch abgeben kann. Hat das Granulat ausreichend CO2 aufgenommen, wird es auf eine Temperatur von 90 Grad Celsius erhitzt, um das Gas wieder freizusetzen. Das konzentrierte CO2 wird schließlich in einem Zwischenspeicher abgekühlt und über ein Begasungselement in den Bioreaktor geblasen. Modul 1: CO2-Collection: Bindung von CO2 aus der Luft Der modulare Aufbau der BionicCellFactory spiegelt sich auch in der Steuerungsarchitektur wider: Jedes Modul wird über eine CPX-E Steuerung von Festo gesteuert. So können die fünf Prozessschritte sowohl im Verbund als auch einzeln in Betrieb genommen und bei Produktionsänderungen einfach ausgetauscht werden. Über Dashboards an den jeweiligen Bedienpanels können die Experten einzelne Parameter der Prozessschritte überwachen und verändern. Der Datenaustausch zwischen den Modulen erfolgt über OPC UA und ermöglicht eine effiziente Regelung der gesamten BionicCellFactory. Steuerungsarchitektur
RkJQdWJsaXNoZXIy NzczNDE0