Simulation bietet vielfältige Möglichkeiten, um die Nachhaltigkeit in der Prozessindustrie zu verbessern. Nachhaltigkeitsthemen können schon im Design von Prozessanlagen mitgedacht oder bei bereits bestehenden Anlagen optimiert werden, ohne maßgebliche Einflussnahme auf Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Chancen auszuloten, um mit Simulation die Nachhaltigkeit in der Prozessindustrie zu verbessern, war das Ziel des 12. Arbeitskreises Prozesssimulation am 14.03.2024 in Lieboch bei Graz, Österreich.
Die teilnehmenden Simulationsexpertinnen und -experten aus Forschung und Industrie wurden von Hans Eder und Alexander Schaller (beide ZETA GmbH) in die Thematik eingeführt. Ihr Vortrag orientierte sich an den 17 UN-Nachhaltigkeitszielen: Insbesondere die Versorgung mit wirtschaftlicher und sauberer Energie, die industrielle und infrastrukturelle Innovation und die verantwortungsbewusste Produktion sind Bestandteile der UN-Charta, die in der Reichweite von Ingenieurstätigkeiten liegen. Dies wurde von den Vortragenden anschließend am Beispiel Cleanroom Design konkretisiert: Simulation kann hier nicht nur die Investions- und Betriebsausgaben um mindestens ein Viertel senken helfen; mit einem innovativen Lösungsansatz konnten Einsparungen von bis zu drei Viertel Wärmeenergie aufgezeigt werden.
Simulation als Schlüssel für Nachhaltigkeit
Johannes Nathan (Exyte GmbH) stellte anschließend sechs Praxisbeispiele anhand der Measures Process Optimization, Procedure Optimization, Comparison of Technology, Sustainable Design, Pinch Technology und Media & Power Management vor. Mithilfe von Simulation mit INOSIM konnten durch Exyte Energiequellen und -senken identifiziert und zeitlich aufgelöst werden. Ferner zeigte die Simulation, dass die CO2-Emissionen von Prozessen mit Single Use Equipment aufgrund entfallender CIP-Prozesse geringer waren als mit dauerhaftem Stainless Steel Equipment. Eine künftige Nutzung erneuerbarer Energien in der Wärmeerzeugung könnte jedoch ein anderes Bild ergeben. Auch bei der Auswahl der WFI-Technologie und Erzeuger-Kapazität ist Simulation unersetzlich, um festzustellen, ob der Erzeuger „gut“ betrieben werden kann: wenige Starts und Stopps, möglichst kontinuierlicher Betrieb. Eine andere Art von Simulation wurde genutzt, um Logistikbereiche und Personal-Umkleiden passend zu dimensionieren, so konnte der Flächenverbrauch gesenkt werden.
Pharma: Gesundheit als Nachhaltigkeitsaspekt
Johan Remmelgas vom Grazer Research Center Pharmaceutical Engineering (RCPE) erweiterte die Diskussion um das UN-Nachhaltigkeitsziel Gesundheit und Wohlbefinden. Bei der Produktion von Medikamenten wird Simulation beispielsweise auch genutzt, um eine bessere Bioverfügbarkeit der eingesetzten Wirkstoffe zu erzielen. Aber auch die mit Simulation erreichbare Reduzierung von Abfallstoffen und Energieverbräuchen macht einen stärken Einsatz dieser Technologie in der pharmazeutischen Industrie aus Nachhaltigkeitssicht wünschenswert. Die vorgestellte Diskrete Elemente Simulation, bei der die Interaktion einzelner Wirkstoff- und Füllstoff-Partikel im Mischer vor der Tablettenpresse simuliert, bot den Teilnehmerinnen und Teilnehmern einen interessanten Einblick in eine ganz andere Welt der Simulation.
INOSIM: Integrierte Kälte- und Wärmeerzeugung
Im Anschluss berichtete Dominik Wolff aus einem INOSIM Consulting-Projekt zur integrierten Kälte- und Wärmeerzeugung: Die Bereitstellung von Industriekälte verursacht in Deutschland rund zwei Prozent des Strombedarfs. Zugleich wird die dabei erzeugte Abwärme zumeist einfach ohne weitere Verwendung an die Umgebung abgegeben. In der Simulation mit INOSIM wurde ein Konzept mit integrierter Wärmeauskopplung für die Gebäudeheizung überprüft und dafür die eigentlich ereignisdiskrete Simulation für eine zeitdiskrete Simulation verwendet. Die Simulation anhand historischer Außentemperaturverläufe, variabler Wärme- und Kühlbedarfe lieferte Antworten auf wichtige wirtschaftliche und technische Fragestellungen. Dominik Wolff zog ein positives Fazit: Kunde zufrieden, Konzept bestätigt, neue Einsatzmöglichkeiten für INOSIM aufgezeigt.
Workshop: Kreativer Austausch
Im abschließenden Workshop nutzten die Teilnehmenden die Gelegenheit, sich direkt zu den besprochenen Fragestellungen kurzzuschließen. Dazu gehörte ein gemeinsames Brainstorming in zwei Gruppen, die Bewertung der zuvor diskutierten Bereiche nach ihrer Umsetzbarkeit mit Discrete-Event-Simulation und das Ausloten des Potenzials von Simulationseffekten für eine nachhaltige Entwicklung mit anschließender gegenseitiger Präsentation und Diskussion der Ergebnisse.
Eingebettet war das Treffen des Arbeitskreises Prozesssimulation wie jedes Mal in ein gemütliches Get-Together am Vorabend: ein kurzweiliger Rundgang durch die malerische Altstadt von Graz sowie auf den Schlossberg. Highlight für die jungen und junggebliebenen Teilnehmerinnen und Teilnehmer: die Rutsche zurück an den Fuß des Berges, Graz‘ bekannte Schlossbergrutsche, die größte Underground-Rutsche der Welt!
Ausblick auf die nächsten Treffen
Der Termin für das 13. Treffen des Arbeitskreises Prozesssimulation steht bereits fest: Am 26.09.2024 wird es in Würzburg im Nachgang des Smart Process Manufacturing Kongress 2024 stattfinden, an dem Mitglieder des Arbeitskreises wieder stark vergünstigt teilnehmen können. Und sogar der Ausrichter des 14. Treffen steht bereits fest: die SimPlan AG lädt im Frühjahr 2025 nach Hanau ein.
Aktuelle Informationen erhalten Sie an dieser Stelle sowie auf der Homepage des Arbeitskreises Prozesssimulation.
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