Bioprocesy sú pre priemysel čoraz dôležitejšie, pretože predstavujú udržateľné alternatívy konvenčných výrobných procesov a umožňujú výrobu nových produktov. S BioTech Automation Festo predstavuje prehľad už dostupných komponentov a riešení založených na vybraných kultivačných procesoch, ktoré sú zastúpené v dvoch bioreaktoroch: riasovom reaktore na príklade Chlorella vulgaris a nerezovom reaktore na kultiváciu mikroorganizmov ako E. coli. Ďalej je zobrazený modulárny koncept učenia, učiaci sa reaktor. Pomocou bioprocesu sa vyučuje obsah o elektrotechnike, mechanike, informatike a biologických procesoch a vzniká nový pracovný profil: biomechatronický inžinier.
Aby mikroorganizmy ako baktérie, riasy a kvasinky mohli ideálne rásť a dosiahnuť vysokú biomasu, musia byť v reaktore vytvorené podmienky prostredia presne prispôsobené ich potrebám. To si vyžaduje meranie, zaznamenávanie a reguláciu mnohých premenných.
Okrem teploty a hodnoty pH zohráva ústrednú úlohu prísun živín a presné plynovanie vzduchu, kyslíka a iných plynov. Na tento účel poskytuje Festo komponenty a riešenia z oblasti manipulácie s plynom, manipulácie s kvapalinami a riadiacej techniky, ako aj riešenia vrátane rozvádzačov pripravených na inštaláciu.
Tu ukazujeme bioreaktor z nehrdzavejúcej ocele, ktorý sa často používa v priemyselnej biotechnológii.
Manipulácia s plynom: presné riadenie prietoku
Na meranie plynov sa používajú regulátory hmotnostného prietoku VEMD. Okrem vzduchu vzniká aj dusík a CO2 a najmä sa používa kyslík.
Manipulácia s kvapalinou: presné dávkovanie cez pretlak
Na meranie kvapalného média v reaktore sa používa proces pretlaku nad kvapalinou cez proporcionálny tlakový regulačný ventil VEAB. Ventil sa používa na aplikovanie predbežného tlaku na nádobu s médiom. Nadmerný tlak spôsobuje, že médium vstupuje do reaktora.
Elektromagnetický ventil VYKA s oddeleným médiom riadi s vysokou presnosťou aj tie najmenšie množstvá a je vhodný aj pre agresívne látky, ako sú zásady, kyseliny a iné chemikálie.
Na reguláciu teploty reaktora sa používa guľový ventil VZBD v súlade s FDA, ktorý sa nastavuje pomocou otočného pohonu DFPD a polohovadla CMSX.
Control: automatické ovládanie všetkých parametrov
Riadenie CPX-E riadi komponenty v reaktore a tým automaticky reguluje hodnotu pH, teplotu a ďalšie faktory ovplyvňujúce rast mikroorganizmov. Napojenie na riadiaci systém je možné pomocou štandardu MTP.
Na prevádzkovej obrazovke CDPX sa zobrazí príslušný prístrojový panel na ovládanie bioreaktora prostredníctvom dotykovej obrazovky.
Fotosyntéza je centrálna metabolická dráha pre rast rias. To produkuje CO2 premenený na cukor a uvoľnený kyslík.
Gas Handling: dva koncepty pre plynovanie
Aplikácia ukazuje dva spôsoby riadeného plynovania: Na jednej strane sa používa regulátor hmotnostného prietoku VEMD pre vzduch a CO2 do reaktora sa privádza presne správne množstvo.
Na druhej strane je plynovanie riadené regulátorom tlaku VEAA v spojení so snímačom prietoku SFAH. Toto meria skutočné množstvo CO2 a vzduch.
Manipulácia s kvapalinami: technológia ventilov bezpečná pre potraviny
Pneumaticky poháňaný škrtiaci ventil VZQA bezpečný pre potraviny sa používa na plnenie a vyprázdňovanie reaktora alebo na odber vzoriek.
Control: Používa sa nový produkt
Tieto ventily sú ovládané novým ventilovým ostrovčekom VTUX. CPX-E zabezpečuje riadenie a reguláciu komponentov v reaktore a tým automaticky reguluje hodnotu pH, teplotu, plynovanie a svetlo.
Okrem jednotlivých komponentov ponúka Festo aj na mieru šité systémové riešenia pre bioreaktory. Prispôsobené automatizačné riešenia sa vyvíjajú z vybraných komponentov, napríklad vo forme kompletných ovládacích skríň. Okrem toho je možné vytvoriť softvér špecifický pre zákazníka od riadenia až po cloud. Bezproblémová integrácia systémov a možnosť analýzy dát v reálnom čase zaisťujú efektívne a transparentné riadenie procesov.
Festo plní nové výzvy v oblasti biologizácie nielen z technického hľadiska, ale ako líder na trhu v oblasti odborného vzdelávania a ďalšieho vzdelávania dbá aj na kvalifikáciu požadovanú v budúcnosti.
V oblasti vlastného odborného vzdelávania preto Festo spolu s regiónom IHK Stuttgart spustilo doplnkovú kvalifikáciu „Ochrana klímy a trvalo udržateľný rozvoj“. Zameriava sa na mnohé tréningové povolania. Špeciálne pre priemyselno-technických a obchodných stážistov bude modul „Automatizácia biologickej transformácie“.
Festo pokryje časti tohto vo svojom školiacom stredisku a začne s vlastnými školiteľmi. Festo tiež vyvíja modulárny vzdelávací koncept pre začínajúcich biomechatronických inžinierov, ktorý možno použiť na odovzdávanie vedomostí, najmä technických základov.
Konkrétne plány existujú aj vo vysokoškolskom vzdelávaní. V súčasnosti navrhujeme nový kurz biomechatroniky s Univerzitou v Reutlingene, v ktorom sa biologický a technický obsah spája so zameraním na bunku, najmenšiu továreň na svete. Využiť by sa tu mal aj nový učiaci sa reaktor.
Okrem vývoja nových profesionálnych profilov Festo navrhlo modulárny vzdelávací koncept pre začínajúcich biomechatronických inžinierov, ktorý možno použiť na odovzdávanie vedomostí, najmä technických základov. Systém pozostáva z výukového softvéru a rôzneho výukového hardvéru, ktorý je umiestnený v modulárnom nosnom systéme.
Učebný softvér: Učebný softvér je prototyp založený na osvedčenej vzdelávacej platforme Festo LX, ktorá sprostredkúva obsah hravou formou a pripravuje študentov na úlohy.
Učebný hardvér: Doplnkový hardvér pozostáva z bioreaktora na kultiváciu kvasiniek a aplikácie na odber vzoriek. Súčasťou systému sú aj dva produkty od Festo Didactic: riadiaca skriňa SkillsConveyor, ktorá je už k dispozícii, a elektroenergetický vzdelávací systém, ktorý bude prvýkrát predstavený na veľtrhu Hannover Messe.
Nosný systém: Výukový systém pozostáva z piatich modulov a je možné ho ľubovoľne dopĺňať a kombinovať s ďalšími modulmi. Šikmý tvar integrovaných prvkov umožňuje ergonomické učenie.