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Optimierung von Kosten, Energie- und Ressourcen-Nutzung in der Fruchtsaftindustrie - Bilanzmodell und Mehrzieloptimierung (OptiKERN)
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17722 N
Laufzeit: 01.02.2013
- 31.12.2015
Fördersumme: 249.950 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Energie und anderen Ressourcen (Wasser, Rohstoffe) vor dem Hintergrund stetig steigender Energiepreise, der Problematik der Klimaerwärmung sowie notwendiger Verbesserungen der Wirtschaftlichkeit industrieller Verarbeitungs- und Herstellungsprozesse zunehmend an Rele-vanz gewinnt, ist ein integriertes Energie- und Stoffstrommanagement in der industriellen Wasserwirtschaft entscheidend. Eine schnelle und leicht handhabbare Möglichkeit zur Selbsteinschätzung und Abschätzung des Nutzens einer tiefergehenden Prozessoptimierung für Unter-nehmen bieten Benchmark-Vergleiche. Umgeetzt als 'Software-Tool' ermöglichen Bilanzmodelle für Produktionsprozesse mit hinterlegten Benchmark-Werten die Ermittlung des Potenzials von Maßnahmen zum produktionsintegrierten Umweltschutz sowie der Auswirkungen von Veränderungen innerhalb der Produktion (z.B. Austausch von Aggregaten) hinsichtlich der betrachteten Größen, wie Wasser-, Abwasser- oder Energiebedarf.
Für die Fruchtsaftherstellung existieren derartige Modelle noch nicht, während in anderen Branchen des Getränkesektors (z.B. Brau- und Weinwirtschaft) bereits Bilanz- und Prognosemodelle zur Optimierung des Herstellungsprozesses in Hinblick auf den Wasser- bzw. Ener-gieverbrauch erfolgreich eingesetzt werden. In der Regel sind solche Werkzeuge bisher auf die reine Identifikation von Optimierungspotenzialen begrenzt. Für konkrete Hilfestellungen zur Prozessoptimierung können mathematische Optimierungsverfahren genutzt werden.
Vor dem Hintergrund einer Vielzahl möglicher, oftmals gegenläufiger Optimierungsziele (Energie-, Wasserbedarfs-, Kostenminimierung etc.) bietet hier eine Mehrzieloptimierung eine gute Möglichkeit zur Unterstützung bei der Auswahl der bestmöglichen Umsetzung einer Prozessoptimierung. Für die Durchführung einer Mehrzieloptimierung existieren diverse mathematische Methoden und Verfahren, u.a. können geneti-sche Algorithmen genutzt werden. Diese ahmen die Prinzipien der biologischen Evolution nach und lösen Optimierungsprobleme in Form einer gesteuerten Suche, bei der eine Menge an Lösungskandidaten mit der Zeit stetig verbessert wird. Genetische Algorithmen finden bereits in den verschiedensten Gebieten erfolgreich Anwendung, beispielsweise zur Optimierung von Fahrerassistenzsystemen oder photochemischen Prozessen in Solarzellen. Zur Optimierung der Herstellungsprozesse in der Fruchtsaftindustrie werden solche Mehrzieloptimierungsverfahren Ziel des Forschungsvorhabens ist deshalb zum einen die Entwicklung eines durch seinen modularen Aufbau flexibel einsetzbaren Bilanzmodells hinsichtlich maßgeblicher Stoff- und Energieströme bei der Fruchtsaftproduktion mit einer speziell auf die Fruchtsaftindustrie zugeschnittenen Modulbibliothek. Das Modell bildet die Basis für ein flexibles Werkzeug zur Ermittlung relevanter Steuerungs- und Einsparpotenziale hinsichtlich Kosten, Energie- und Stoffströmen in der Fruchtsaftindustrie. Zum anderen wird eine Mehrzieloptimierung zur Prozessoptimierung auf Basis eines genetischen Algorithmus hinsichtlich drei für die Fruchtsaftherstellung wesentlicher Zielkriterien (Energie, CSB-Fracht, Kosten) auf Eignung und Zweckdienlichkeit untersucht.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
