Pro­duk­ti­on und Ener­gie­ver­sor­gung der Zukunft

Das Fraun­ho­fer-Leis­tungs­zen­trum DYNAFLEX ent­wi­ckelt wis­sen­schaft­li­che Grund­la­gen und Kon­zep­te und trägt die­se in Indus­trie, Leh­re und Wei­ter­bil­dung, um eine effi­zi­en­te Sek­to­ren­in­te­gra­ti­on von Pro­duk­ti­on und Ener­gie­ver­sor­gung zu ermög­li­chen. Ziel ist es, auf­ein­an­der abge­stimm­te, anpas­sungs­fä­hi­ge, fle­xi­ble und modu­la­re Pro­duk­ti­ons­sys­te­me pla­nen zu kön­nen. Ers­te Simu­la­ti­ons­mo­del­le prä­sen­tiert das Insti­tut auf der Han­no­ver-Mes­se (23.4. bis 27.4.) am Gemein­schafts­stand des Ver­bunds Pro­duk­ti­on der Fraun­ho­fer-Gesell­schaft in Hal­le 17, Stand Nr. C18.
Künf­tig nut­zen pro­du­zie­ren­de Betrie­be und Ener­gie­be­trei­ber zuneh­mend koh­len­stoff­ar­men und rege­ne­ra­ti­ven Strom. Dem Vor­teil des “grü­nen” Stroms steht ein Nach­teil ent­ge­gen: Er fällt in schwan­ken­den Men­gen an, denn Roh­stoff­quel­len wie Son­ne und Wind fluk­tu­ie­ren. Das bedeu­tet, dass sowohl die Ener­gie­ver­sor­gung als auch die Pro­duk­ti­on sich auf die ändern­den Rah­men­be­din­gun­gen ein­stel­len müs­sen. Groß­an­la­gen im Dau­er­be­trieb sind nicht mehr der Sta­tus Quo. Viel­mehr sind modu­la­re Pro­duk­ti­ons­an­la­gen nötig, die sich fle­xi­bel und effi­zi­ent an wech­seln­de Kun­den­auf­trä­ge, Pro­duk­ti­ons­men­gen sowie Ener­gie- und Roh­stoff­ver­füg­bar­kei­ten anpas­sen lassen.

Platt­form für Pro­zess­dy­na­mik in der Metro­pol­re­gi­on Ruhr

Hier setzt das For­schungs­in­sti­tut für Umwelt‑, Ener­gie- und Sicher­heits­tech­nik Umsicht als Koor­di­na­tor des Leis­tungs­zen­trums Dynaflex an. Zusam­men mit den drei Ruhr­ge­biets­uni­ver­si­tä­ten Bochum, Duis­burg-Essen und Dort­mund und Indus­trie­part­nern unter­sucht das Insti­tut wis­sen­schaft­lich und anwen­dungs­ori­en­tiert die Dyna­mik von tech­ni­schen Sys­te­men, um das Gesamt­sys­tem der Zukunft zu opti­mie­ren und die Aus­wir­kun­gen von Schwan­kun­gen auf die Pro­duk­ti­on und die Ener­gie­ver­sor­gung vorherzusagen.
„Ziel ist es, in der Metro­pol­re­gi­on Ruhr mit einem Netz­werk aus Wis­sen­schaft und Unter­neh­men die füh­ren­de Platt­form für Pro­zess­dy­na­mik und Adap­ti­vi­tät in der Ener­gie- und Roh­stoff­wen­de auf­zu­bau­en”, erklärt Prof. Gör­ge Deer­berg, Lei­ter des Leis­tungs­zen­trums und stell­ver­tre­ten­der Insti­tuts­lei­ter von Fraun­ho­fer Umsicht. Gemein­sam mit der Indus­trie sol­len lang­fris­tig die Metho­den in Umset­zungs­pro­jek­ten erprobt und genutzt wer­den. Poten­zi­el­le Part­ner sind Unter­neh­men aus Ener­gie, Pro­duk­ti­on, Che­mie, Bio­tech­no­lo­gie und Anla­gen­bau. Zudem sol­len die For­schungs­er­geb­nis­se über die Part­ner­uni­ver­si­tä­ten und auch die Fraun­ho­fer Aca­de­my, die Wei­ter­bil­dungs­ein­rich­tung der Fraun­ho­fer-Gesell­schaft, direkt an den wis­sen­schaft­li­chen Nach­wuchs und als Wei­ter­bil­dung an Fach­kräf­te und Berufs­tä­ti­ge wei­ter­ge­ge­ben wer­den. Inter­na­tio­nal sicht­ba­re For­schung, gemein­sa­me FuE Road­maps, digi­ta­le Geschäfts­mo­del­le sowie neue Aspek­te in der Leh­re und Wei­ter­bil­dung legen die Basis für eine lang­fris­tig ange­leg­te stra­te­gi­sche Part­ner­schaft zwi­schen Wis­sen­schaft und Indus­trie.

Kon­kre­te Meilensteine

Kon­kret bedeu­tet dies: »Wir ent­wi­ckeln bei­spiels­wei­se eine Tool­box als Spei­cher für exzel­len­te wis­sen­schaft­li­che Metho­den im Bereich der Pro­zess­dy­na­mik wie z. B. für dyna­mi­sche Bilan­zie­rung, Ana­ly­tik oder Model­lie­rung und bau­en eine struk­tur­bil­den­de Ver­net­zungs­platt­form zur Bil­dung regio­na­ler Wis­sen­schaft­s­clus­ter auf. Alle Akteu­re sol­len auf die­ser Platt­form Exper­ten­wis­sen aus­tau­schen und nut­zen sowie sich rund ums The­ma infor­mie­ren kön­nen und so dazu bei­tra­gen, dass eine offe­ne inter­dis­zi­pli­nä­re Zusam­men­ar­beit in der Simu­la­ti­on mög­lich ist«, erklärt Dr. Georg Jani­cki, Projektmanagement.
Wei­ter­hin ent­wi­ckeln die For­scher neue Geschäfts­mo­del­le und Betriebs­kon­zep­te für die Ener­gie­wirt­schaft und Pro­duk­ti­on. Denn die Ver­bund­stand­or­te der Indus­trie müs­sen opti­miert wer­den, um bei­spiels­wei­se Ener­gie­be­reit­stel­lung und Ener­gie­be­darf dezen­tra­ler Pro­duk­tio­nen auf­ein­an­der abzu­stim­men. Mit­tels Simu­la­ti­ons­mo­del­len wer­den Lösun­gen ent­wi­ckelt, damit ener­gie­tech­ni­sche Maschi­nen und Ver­fah­ren ihre Funk­tio­na­li­tät über Jah­re hin­weg trotz hoch­vo­la­ti­ler Rand­be­din­gun­gen behalten.

Wett­be­werbs­fä­hig­keit

„Mit Dynaflex brin­gen wir die Ener­gie- und Roh­stoff­wen­de vor­an. Wir lie­fern die wis­sen­schaft­li­chen und anwen­dungs­ori­en­tier­ten Ent­wick­lun­gen zum Ver­ständ­nis der Dyna­mik von tech­ni­schen Sys­te­men und erhö­hen so die Fle­xi­bi­li­tät und Anpas­sungs­fä­hig­keit von Pro­zes­sen und Tech­no­lo­gien – und sichern damit deren Wett­be­werbs­fä­hig­keit«, erläu­tert Prof. Deerberg.

Was bedeu­tet dyna­misch, adap­tiv und flexibel?

Dyna­misch bedeu­tet, dass vie­le Abhän­gig­kei­ten und Pro­zes­se im Ver­lauf der Zeit stark vari­ie­ren, also nicht mehr kon­stant und immer gleich sind. Bei­spiels­wei­se müs­sen in Zukunft Puf­fer in Ver­fah­ren ein­ge­baut wer­den, damit Reak­tio­nen nicht ste­hen blei­ben, wenn der Strom schwankt. Ver­fah­ren, Maschi­nen und Appa­ra­te müs­sen so kon­zi­piert sein, dass sie sich an leicht ändern­de Rand­be­din­gun­gen anpas­sen kön­nen, damit sie auch lang­fris­tig noch ein­satz­fä­hig sind und gege­be­nen­falls bei ver­schie­de­nen Anfor­de­run­gen wie einer ver­än­der­ten Ver­sor­gungs­la­ge (Ener­gie, Roh­stof­fe) betrie­ben wer­den kön­nen. Dar­über hin­aus müs­sen zukünf­ti­ge Pro­duk­ti­ons­sys­te­me fle­xi­bel sein: Klei­ne­re, modu­la­re Anla­gen sind z. B. fle­xi­bel in Bezug auf deren Kapa­zi­tät, unter­schied­li­che Roh­stof­fe, die in ihnen ver­ar­bei­tet wer­den, und auf die ver­schie­de­nen Pro­duk­te, die sie erzeu­gen sollen.
Fraun­ho­fer auf der Han­no­ver Mes­se: Hal­le 17, Stand C18