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Simulation in der Biotechnologie Application Day 2011: Simulationslösungen für die Biotechnologie

| Autor / Redakteur: Ansgar Goeke / Anke Geipel-Kern

Digitale Fabrik, Simulation im Aufarbeitungsprozess, Modellierung unkonventioneller Prozesse oder das (Re-) Design biotechnischer Aufarbeitungsprozesse werden derzeit heiß diskutiert. Wie sich diese Trends in der Biotechnologie-Praxis anwenden lassen, wurde auf dem Inosim Application Day im vergangenen Jahr in Frankfurt vorgestellt.

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Start eines Simulationslauf mit INOSIM Professional. Das Fließbild (unten) zeigt Elemente der Produktionsanlage und des Herstellungsprozesses. (Bild: Inosim)
Start eines Simulationslauf mit INOSIM Professional. Das Fließbild (unten) zeigt Elemente der Produktionsanlage und des Herstellungsprozesses. (Bild: Inosim)

Die Simulation liefert die Grundlagen für strategische Unternehmensentscheidungen und für optimierte Systeme. Überbordende Produktionskosten werden dadurch ebenso vermieden wie zeit- und kostenintensive Korrekturen am Realsystem. Eine Untersuchung von Siemens, die gemeinsam mit Inosim die Veranstaltung 'Application Day' ins Leben gerufen hatten, bringt den Nutzen der Simulation auf einen einfachen Nenner: Jeder Euro, der in die Simulationstechnologie investiert wird, bringt etwa den dutzendfachen Ertrag. Siemens schätzt das Einsparpotential durch Simulation allein für die deutsche Industrie auf knapp sieben Milliarden Euro jährlich.

Biotechnologie mit Eigenarten

Die biotechnologische Produktion hat aus Sicht der Simulationsanwender ihre besonderen Tücken. Spezifische Eigenheiten biotechnologischer Systeme – fehlende Prozessdaten, unkonventionelle Prozessschritte und dynamische Veränderungen der Stoffe im Produktionsverlauf – erschwerten bisher die Entwicklung zuverlässiger Materialmodelle als Voraussetzung der rechnergestützten Simulation.

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„In der biotechnologischen Prozess-Simulation, anders als in der klassischen Chemie, kann man nicht einfach auf feststehende Modelle setzen. Denn bei den hier verwendeten Substanzen sind entweder die zugrundeliegenden physikalischen Vorgänge unbekannt, oder das Verhalten der Stoffdaten ist einfach nicht vorhersehbar“, so Dipl.-Ing. Torsten Hellenkamp, Prozessingenieur bei Inosim.

Die Simulations-Software Inosim Professional wurde daher mit neuen Rechenmodellen ausgestattet, die aus der Grundlagenforschung der TU Dortmund abgeleitet wurde.

Das innovative Tool wurde bereits bei einem industriellen Partner zur Simulation des Downstreamprozesses in der biotechnologischen Produktion eingesetzt. Aufgrund der hohen Offenheit ließen sich im Pilotbetrieb schrittweise optimierte Simulationsmodelle ermitteln. In der Folge konnte die Gewinnung eines Naturstoffs durch „Bakterienmelken“ optimiert werden: Der Ressourceneinsatz sank um ein gutes Drittel, die Erträge stiegen im selben Maße. Heute bietet das Tool eine dynamisch erweiterbare Modellbibliothek, wodurch es für die wichtigsten Anwendungsfälle in der biotechnologischen Produktion serienreif ist.

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