Smart Process Systems for a Green Carbon-based Chemical Production in a Sustainable Society | Teilprojekt „Dynamic Closed Loop Management for Sustainable Chemicals“
Die Exzellenzinitiative SmartProSys ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, welches die Herausforderungen, Chancen und Implikation der Transformation chemischer Prozessindustrie zur Nachhaltigkeit und zirkulären Wertstoffströmen untersucht. Die chemische Prozessindustrie ist eine wirtschaftlich sowie gesellschaftlich bedeutende Industrie, deren Produktspektrum von Baustoffen über Plastik und Pharmazeutika zahlreiche Aspekte unseres täglichen Lebens betrifft.
Traditionell sind chemische Produktionsprozesse oftmals äußerst energieintensiv und zeichnen sich durch einen, die chemische Prozessindustrie charakterisierenden, divergenten Produktstrom aus. Das heisst, dass aus einem Ausgangsmaterial - heute in der Regel Rohöl - durch zahlreiche tief ineinander verknüpften Produktionsprozessen eine Vielzahl von unterschiedlichen Produkten erschaffen werden. In Folge dieses hohen Grades an Verknüpfungen, den technischen Anforderungen an vorhandene Infrastruktur sowie der Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial Rohöl lassen sich chemische Produktionsanlagen oftmals in Clustern finden, die als Chemieparks bezeichnet werden.
Bild 1: Vergleich traditioneller linearer Wirtschaft sowie nachhaltiger
Kreislaufwirtschaft im Kontext chemischer Prozessindustrie
Für eine Transformation zur Nachhaltigkeit und zirkulären Wertstoffströmen in der chemischen Prozessindustrie sind jedoch nicht nur neue Methoden der Verfahrenstechnik und erneuerbare Substitute für Rohöl als Kohlenstofflieferanten der Produktion notwendig. Durch die Einführung neuer Methoden und Ressourcen ändern sich zudem die Rahmenbedingungen und die grundsätzliche Annahmen bisheriger chemischer Produktionskonzepte.
Erneuerbare Substitute lassen sich aufgrund von Landnutzung und Bevölkerungsdichte nicht in gleicher Weise zentralisieren wie Rohöl durch Pipelines oder Terminals. Stattdessen könnte die lokale Verfügbarkeit erneuerbarer Energie im temporären Überfluss ein geeignetes Standortkriterium sein, sofern geeignete Ausgangsmaterialien in ausreichendem Maße vorhanden sind. Erneuerbare Substitute sind jedoch durch saisonal und anderweitig fluktuierende Verfügbarkeit geprägt, sodass die chemische Prozessindustrie sowohl bei der Standortplanung als auch der operativen Produktionsplanung eine Vielzahl von nunmehr stochastischen Eingangsgrößen beachten, und neben der Profitabilität nun auch die Nachhaltigkeit als Ziel verfolgen muss.
Bild 2: Ablaufplan einer dezentralisierten und verteilten Produktionssteuerung
Unser Lehrstuhl beschäftigt sich im Rahmen der SmartProSys Exzellenzinitiative mit diesen dynamischen Steuerungsproblemen im Kontext fluktuierender Eingangsparameter und mehreren gegenläufigen Zielgrößen. In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Computational Intelligence sind die nachfolgenden Konferenzartikel entstanden:
Unsere Forschung haben wir unter anderem auf der SoMeT 2023 Konferenz vorgestellt.
Ansprechpartner: Dr. Oliver Antons
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Produktionssyteme und -automatisierung