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Förderung


Dieses Vorhaben wird gefördert durch die Thüringer Aufbaubank und finanziert mit Mitteln der Europäischen Union.


Mikroalgen -

Mathematische Modellierung und Optimierung

der Prozessführung von Produktionsanlagen

Im Verbundvorhaben "Modellgestützte Optimierung der Mikroalgenproduktion im industriellen Maßstab" wird von BioControl das geförderte Teilvorhaben 2015 FE 9150 ("Mathematische Modellierung und Optimierung der Prozessführung zur Mikroalgenproduktion") durchgeführt.

Ziele, Durchführung und Ergebnisse


Grundsätzliche Zielstellung des Projektes ist die modellgestützte Optimierung der industriellen Produktion von Mikroalgen in einem Photobioreaktorsystem im industriellen Maßstab. Die produzierten Mikroalgen finden Anwendung als Nahrungs-ergänzungsmittel, als Futtermittel in der Aquakultur und als Lieferant funktioneller Wirkstoffe in der Kosmetik. Der Produktions-prozess des industriellen Projektpartners besitzt noch Optimierungspotential hinsichtlich der technischen, biologischen und ökonomischen Leistungsfähigkeit. Dieses Potential kann nur mit Hilfe innovativer daten- und modellgestützter Optimierungsmethoden effizient ausgeschöpft werden, der bestehende Produktionsprozess soll durch ein neues Produktionsverfahren quantitativ und qualitativ grundlegend verbessert werden. Zur Realisierung dieses Ziels bearbeiten die Verbundpartner arbeitsteilig und synergistisch folgende Teilaufgaben. Der industrielle Projektpartner stellt Photobioreaktoren, das damit verbundene biologische und technische Wissen, experimentelle Kapazitäten im industriellen Maßstab, d.h. entsprechende Daten, und schließlich die Umsetzungsmöglichkeiten zur Verfügung. Simultan wird auf der Grundlage von Laborversuchen die verfahrenstechnische Optimierung der Photobioreaktoren umgesetzt. BioControl wird eine detaillierte mathematische Modellierung des Produktionsprozesses durchführen sowie Methoden entwickeln und einsetzen, mit denen das Produktionsverfahren analysiert und optimiert werden soll. Schwerpunktmäßig sollen dabei datenbasiert wesentliche Einfluss-, Stör- und Zielgrößen ermittelt werden, das Systemverhalten modelliert und die Prozessführung optimiert werden. Der akademische Projektpartner wird vor allem Aspekte des biotechnologischen Prozessregimes untersuchen. Dafür werden auf der Basis von Laborexperimenten grundlegende Modelle entwickelt und für die Optimierung bereitgestellt. Durch diese systematische, methodische und innovative Prozessanalyse und -optimierung wird das industrielle Verfahren der Mikroalgenproduktion flexibler gestaltet und signifikant verbessert werden.

Das Teilvorhaben betrifft die mathematische Modellierung und optimale Prozessführung (v.a. bei veränderten Bedingungen) von geschlossenen Mikroalgen-Produktionsanlagen. Das Teilvorhaben steht dabei in Austausch mit den experimentellen Partnern der Anlagen im realen und Labormaßstab. Zuerst erfolgt eine Datenanalyse des bestehenden Systems zur Bestimmung signifikanter Einflussgrößen auf die Zielgröße (v.a. Ausbeute). Danach folgt eine Modellierung mithilfe parametrierter Differentialgleichungen. Diese werden für Vorhersagen und modellbasierte Optimierung eingesetzt. Schließlich wird entschieden, wie die Optimierung umgesetzt wird (Bereich der Varianten umfasst Entscheidungshilfesysteme bis modellprädiktive Regelungen).