Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Neue Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung der Mischregime in Bioreaktoren; Teilvorhaben 2: Qualifizierung eines autonomen Sensorsystems zur Strömungs- und Mischcharakterisierung - Akronym: NEOBIO

Anschrift
Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf e. V. - Institut für Fluiddynamik
Bautzner Landstr. 400
01328 Dresden
Projektleitung
Dr. Sebastian Reinecke
Tel: +49 351 260-2320
E-Mail schreiben
FKZ
22032618
Anfang
01.05.2019
Ende
31.10.2022
Ergebnisverwendung
folgende Punkte als Projektergebnisse herauszustellen: • Getestetes, robustes Sensorgehäuse: o Additiv gefertigtes, kugelförmiges Gehäuse mit einem Durchmesser von 90 mm für gutes Strömungsfolgeverhalten in Biogasfermentern o Dichtigkeitstest für 10 m Tauchtiefe o Integrierte elektromechanische Auftriebseinheit zur Steuerung des Auftriebs ( ±10% der Dichte) o Funktionstest der Auftriebseinheit mit einer Hubkraft von ca. 350 N (Tauchtiefe von 10 m) o Auf- bzw. Abtauchmanöver in Biogassubstrat mit ca. 20 s/m • Getestete, miniaturisierte Sensoreinheit zur Bewegungsverfolgung: o Kombination aus Beschleunigungssensor, Drehwinkelsensoren, Magnetometer und Drucksensor o Leitfähigkeitsmodul bestehend aus einer energiesparenden Messelektronik und einem Elektrodenmodul (im Gehäuse) mit einer Messgenauigkeit von unter 10 % im relevanten Bereich der elektrischen Leitfähigkeit von 0,53 mS/cm bis 100,6 mS/cm o Temperatursensor und digitale Schnittstellen für weitere Sensoren • Implementierter Sensor-Fusionsalgorithmus zur Bewegungsverfolgung von Sensorpartikeln: o Zuverlässige Lageschätzung durch Berücksichtigung der Sensor-Unsicherheiten und Selbstkalibrierung des Magnetometers o Fusion mit der Lokalisierung über die UWB-Module o Bestimmung der Bewegung in Behälterkoordinaten aus Sensor-Körperkoordinaten o Validierung des gekoppelten Systems aus UWB-Lokalisierung und Inertialsensordaten an einer Roboterplattform (Hexapod) • Implementierte Software zur Datenauswertung und Visualisierung • Validierte der Bewegungsverfolgung in einem Testfermenter: o Visualisierung von Profilen der Aufenthaltsdichte und der Beschleunigung im Fluid o Betrachtung der vertikalen und horizontalen Beschleunigung ermöglicht die Bewertung der Mischgüte
Aufgabenbeschreibung
Rührsysteme in Biogasfermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den aktuell deutschlandweit betriebenen ca. 9.000 Anlagen wird in der Regel rein empirisch ausgelegte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Gesamtziel des Projektes ist die Steigerung des Systemwirkungsgrades durch eine Optimierung des Rührprozesses insbesondere an bestehenden Anlagen. Durch eine optimal an den individuellen Substratmix angepasste Rührstrategie kann der Gasertrag bei gleichzeitig reduzierter Antriebsleistung der Rührtechnik signifikant gesteigert werden. Hierzu werden neuartige praxistaugliche Werkzeuge und Verfahren für den direkten Einsatz bei der Auslegung von Rührkonzepten in Biogasfermentern entwickelt. Die komplexen rheologischen Eigenschaften der Fermentersuspensionen werden in großem Umfang charakterisiert. Eine völlig neue, auf drahtloser Signalübertragung aufbauende Messtechnik soll erstmals eine flexible und umfassende, zeitliche und räumliche Online-Datenerhebung der Strömungs- und Durchmischungsvorgänge während des laufenden Betriebes realer Anlagen realisieren und die tatsächlichen Vorgänge in einem bisher nicht möglichen Maße quantifizierbar und systematisch optimierbar machen. Zudem sollen über neu zu entwickelnde numerische Simulationsansätze erstmals bisher an keiner Stelle abgebildete prozessrelevante Einflussfaktoren wie die für den Einmischprozess wesentlichen Turbulenzen in direkter Rührwerksnähe sowie das Verhalten der freien Oberfläche berechenbar werden. Dies ist besonders bei Paddelrührwerken von Bedeutung, die auch Schwimmschichten aufbrechen können. Bei all diesen Untersuchungen werden die komplexen Substrateigenschaften berücksichtigt. So wird die zielgerichtete systematische Optimierung der Rührwerksgeometrie, -anordnung und -steuerung möglich.

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