Abgeschlossene Forschungsprojekte

Next Generation Biofilm - die "Rose von Jericho" der Biotechnologie (2015-2018)
Additiv gefertigter Stegplattenreaktor im Labormaßstab
Additiv gefertigter Stegplattenreaktor im Labormaßstab

Projektverantwortlicher: Prof. Dr. Michael Wahl

Kooperationspartner:

  • Dr. Michael Lakatos; Hochschule Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Peter Groß; Hochschule Kaiserslautern
  • Prof. Dr. rer. nat. Ulber; Technische Universität Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Timo Schmidt; Hochschule Augsburg
  • Peter Häfner, engage AG

Förderzeitraum:         10/2015 – 08/2018

Förderkennzeichen:   031B0068C

Mittelgeber:               Bundesministerium für Bildung und Forschung

Die Lebensmittelproduktion und Energie- sowie Wertstoffproduktion treten zunehmend in Konkurrenz (Teller-oder-Tank-Problematik). Eine der großen Zukunftsherausforderungen ist somit, die wachsende Nachfrage nach Nahrungsmitteln sowie Energie- und Wertstoffen bei geringem Ressourcenverbrauch von Agrarfläche, Energie und Wasser nachhaltig bereit zu stellen. Dabei kommen der nachhaltigen Produktion von Proteinen (Eiweiße), Lipiden (Fetten) und Kohlenhydraten (Zucker und Polysaccharide) durch Cyanobakterien, Mikroalgen oder Pflanzen zentrale Bedeutungen zu.

Cyanobakterien beherbergen z. B. einen enormen Pool an nachwachsenden Biopharmazeutika und Feinchemikalien. Dieses Potential wird jedoch kaum erschlossen, da bisherige Produktionsverfahren zu energie- und ressourcenintensiv sind.

Demgegenüber nutzt das Forschungsprojekt erstmals photosynthetisierende, austrocknungstolerante Biofilme (terrestrische Cyanobakterien) zur nebel-gesteuerten Produktion von bakteriellen Polysacchariden und Farbstoffen. Hierbei kommt eine ressourcen- und energieeffiziente Verfahrenstechnik zum Einsatz, die mittels einer neuartigen emersen Photobioreaktor-Generation (ePBR) verwirklicht wird. Die neue Systemlösung kombiniert dabei Vorteile der grünen- mit denen der weißen / industriellen Biotechnologie zur Optimierung eines um kosteneffizienteren, umweltfreundlicheren Produktionsverfahrens für Biopharmazeutika und Feinchemikalien.

Aufgabenschwerpunkt an der Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld war die konstruktive Weiterentwicklung der emersen Bioreaktoren.

Anforderungen, die das Wachstum der Cyanobakterien erfordert wurden durch die Projektgruppe systematisch untersucht und für den Reaktorbau am Umwelt-Campus im Reaktorbau umgesetzt. Hierzu zählen beispielsweise Strömungssimulationen zur gleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsnebels in den Reaktoren.

Das Wachstum der Cyanobakterien ist direkt von der Aerosolversorgung abhängig. In Bereichen mit unzureichender Aerosolversorgung ist das Wachstum nicht oder nur limitiert möglich. Um die Eignung verschiedener Konzeptvarianten beurteilen zu können, ist die Kenntnis über das Verhalten des Aerosols im Reaktorinneren ein essentielles Kriterium. Die Simulationsmethoden wurden zunächst an einem einfachen Modell betrachtet und die Simulationsergebnisse mit realen Versuchsergebnissen verglichen und in einem nächsten Schritt auf komplexere Bauformen übertragen.

In weiteren Entwicklungsschritten wurden mehrere Konzeptvarianten ausgearbeitet, in Prototypen überführt und getestet. Bei der Herstellung der Prototypen kam insbesondere die Additive Fertigung zum Einsatz. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurden Cyanobakterien in verschiedenen Reaktorformen getestet und z.B. Erntevorgänge untersucht.

Weitere Informationen zum Projekt:  https://www.next-biofilm.de/

Refabrikation (2014-2019)

Ressourceneffiziente Fertigung mechatronischer Systeme durch Refabrikation mit Hilfe von Assistenzrobotern

Refabrikation

Das in einer Kooperation zwischen dem Umwelt-Campus Birkenfeld, der SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG sowie der Universität Luxemburg durchgeführte Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von Recyclingkonzepten und Refabrikationsverfahren zur ökonomischen und ökologischen Fertigung am Beispiel mechatronischer Antriebe. Bei der Untersuchung der Problemstellung stellten sich vor allem die Prozesse zur zerstörungsfreien Demontage als unwirtschaftlich heraus. Versuche die Demontage zu automatisieren scheiterten an der Varianz der Produktgestalt oder am unvorhersehbaren Produktzustand. Nur die zerstörungsfreie Demontage bietet den Vorteil eines höherwertigen Produktrecyclings und damit die Möglichkeit der ökonomischen und ökologischen Refabrikation.

Der Einsatz von Roboterassistenten soll die manuelle Arbeit pro Stück verringern, die Arbeitsplatzergonomie verbessern und damit Demontagekosten reduzieren. Dem Arbeiter werden höhere oder nicht automatisierbare Tätigkeiten der Wertschöpfung überlassen. Mit dem Ansatz der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit lassen sich auch schwer bzw. nicht automatisierbare Teilprozesse der Demontage wirtschaftlich und prozesssicher umsetzen. Bei der Entwicklung des Roboterassistenten steht die Erarbeitung einer agentenbasierten Steuerung der Mensch-Roboter-Interaktion im Vordergrund. Hierfür werden semantische Modelle des Produktaufbaus entwickelt, die den Aufbau der mechatronischen Antriebe beschreiben. Durch die Modelle kann die Demontage formal grob geplant und vom Assistenzsystem als Prozessablaufprogramm genutzt werden. Anhand des formalen Ablaufs besitzt das Assistenzsystem einen Kontext zur Situation bzw. zur Aufgabe im momentanen Demontageschritt und kann hierzu zielgerichtet verschiedene Formen der Assistenz anbieten. Der Mensch entscheidet anhand des Produktzustands und nach seinen Wünschen über die Art der zu leistenden Assistenz. Damit die Zusammenarbeit effektiv funktioniert muss das Assistenzsystem weitgehend autonom handeln, indem es selbstständig vordefinierte Programmemodule zur Ausführung der Assistenz auswählt, parametriert und ausführt. Hierfür benötigt das System vielfältige Informationen, die ebenfalls in den semantischen Modellen zu finden sind.

Die Arbeit umfasst die Informationsfindung, -repräsentation und -verarbeitung im Bereich (Domäne) der Demontage sowie die Entwicklung von Softwareagenten, die auf Basis der erhoben Informationen das Roboterverhalten (also die Assistenz) zielgerichtet steuern. Ziel ist die Entwicklung von leistungsstärkeren Roboterassistenzsystemen.

Projektverantwortlicher: Prof. Dr. Wolfgang Gerke

Projekträger: Firma SEW Eurodrive, Bruchsal,  Drittmittelassistent  und Doktorand und Hiwi Mittel

Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2019

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Michael Wahl
Prof. Dr.-Ing. Michael Wahl
Professor FB Umweltplanung/-technik - FR Maschinenbau

Kontakt

+49 6782 17-1313

Standort

Birkenfeld | Gebäude 9916 | Raum 142

Sprechzeiten

Donnerstags 13:00-14:00 Uhr sowie nach Vereinbarung

Kontakt

Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld
Institut für Betriebs- und Technologiemanagement (IBT)
Campusallee 9925
55768 Hoppstädten-Weiersbach

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