CO'yu nasıl ekleyebiliriz?2ve bu süreçte iklimin korunmasına aktif olarak katkıda bulunmak? Malzeme tüketimimizi nasıl azaltabilir, daha fazla malzemeyi geri dönüştürebilir ve aynı zamanda alternatif hammaddeler geliştirebiliriz? Festo'da bir süredir bu sorularla uğraşıyoruz ve yeni bir çığır açıyoruz: otomasyon teknolojisindeki uzmanlığımızı biyolojik süreçlere aktarıyoruz.
Bir fabrika olarak hücre
Canlı hücreler dünyanın en küçük fabrikalarıdır. Alg hücreleri fotosentez yoluyla güneş ışığını, karbondioksiti ve suyu kloroplastlarında oksijene ve kimyasal enerji taşıyıcılarına veya organik değerli maddelere dönüştürür. Algler küçük iklim koruyucularıdır, çünkü on kat daha fazla CO2kara bitkileri olarak bağlanır. Biyoreaktörlerde otomatik olarak yetiştirilmeleri sayesinde bu değer on kat artırılabilir.
Otomasyon sayesinde optimize edilmiş yetiştirme koşulları
Otomasyon teknolojimiz sayesinde, biyokütle kapalı bir döngüde son derece verimli, kaynak tasarrufu sağlayan bir şekilde ve büyük ölçekte yetiştirilebilir. Elde edilen biyokütle kimya, gıda veya ilaç endüstrilerinde kullanılabilir. Bu nedenle BionicCellFactory'yi çevreye duyarlı döngüsel bir ekonomiye doğru biyolojik dönüşüm için bir araç olarak sunuyoruz.
BionicCellFactory, doğa ve teknolojinin farklı şekillerde birleştiği beş modüle ayrılmıştır. Kimyasal süreçlerin aksine, yüksek sıcaklıklara, yüksek basınçlara ve toksinlere ihtiyaç duymuyoruz.
Hücre fabrikasının beş modülü
1. CO2 Toplama: Havadan CO2 bağlama
Algler en iyi CO2-Konsantrasyonu yüzde iki civarındadır. Ancak, ortam havamız yüzde birden çok daha az CO içerdiğinden, CO2-Toplama Algleri daha yüksek bir konsantrasyonla modüle eder: Gerekli gazı, basınçlı havadan CO içeren bir odaya yerleştirerek filtreler2-bağlayıcı granül üflenir.
Granüller, mevcut koşullara bağlı olarak CO salan bir polimerden oluşur2alabilir veya devredebilir. Eğer granülde yeterli CO2emildiğinde, gazı tekrar serbest bırakmak için 90 santigrat dereceye kadar ısıtılır. Konsantre CO2son olarak bir ara depolama tankında soğutulur ve bir gazlama elemanı aracılığıyla biyoreaktöre üflenir.
2. Analiz: Kuantum sensörler ve yapay zeka yardımıyla hücrelerin izlenmesi
Biyoreaktörlerle ilgili en büyük zorluklardan biri biyokütle miktarını belirlemektir. Bunu yapmak için analiz modülünde mikroskopi ve yapay zekaya dayalı optik bir yöntemin yanı sıra kuantum teknolojisini kullanıyoruz. Dijital mikroskop sürekli olarak yapay zeka tarafından değerlendirilen görüntüler sunar. Eğitim görüntüleri sayesinde yosun hücrelerini tanımayı öğrendi.
Kuantum tabanlı partikül sensörü için, hassas bir pompa alg hücrelerini yetiştirme sisteminin dışına taşır. Hassas bir valf sistemi kullanılarak, optimum analiz koşulları için su ile seyreltildikleri bir karıştırma tankına beslenirler. Sıvı üzerinde basınç prensibi, eşit bir akış hızı sağlar ve karışımı kuantum sensörüne yönlendirir.
Q.ANT adlı start-up tarafından geliştirilen sensör, yosunların boyutu ve sayısının yanı sıra yabancı cisimlerden de oluşabilen büyük miktarda veri sağlıyor. Bu analizler, süreç olaylarına ileriye dönük bir şekilde tepki vermeyi ve düzenleyici bir şekilde müdahale etmeyi mümkün kılar.
3. Yetiştirme: Otomasyon yoluyla biyokütlenin kontrollü büyümesi
BionicCellFactory'nin kalbi, Algoliner şirketinin 80 litre kapasiteli 45 metre uzunluğunda bir tüp sistemidir. Bu şeffaf, aydınlatılmış fotoğraf bölümünde, alg hücreleri optimum büyüme koşulları altında fotosentezlerini gerçekleştirir. Sensörler sürekli olarak iletkenlik, pH değeri, oksijen ve CO2-Konsantrasyonu ve sıcaklık.
Alglerin ihtiyaçlarına bağlı olarak sistem potasyum, fosfor ve nitrojen gibi besin maddeleri ekler. Bir ısı eşanjörü doğru sıcaklığı sağlar. Kütle akış kontrolü ve yenilikçi piezo valf teknolojisi, havanın hassas bir şekilde dozajlanmasını sağlar. Bir havalandırma elemanı aracılığıyla dakikada 20 litreye kadar su sağlanır. Ortaya çıkan ince hava kabarcıkları optimum CO2ve O2algler ve çevre arasında.
4. Hasat: Alglerin bir santrifüj aracılığıyla hasat edilmesi
Hasat modülü, biyolojik olarak yetiştirilen materyalin ekimi ve enzimatik dönüşümü arasındaki arayüzdür. Bir santrifüj biyokütlenin sürekli olarak toplanmasını sağlar: dakikada 10.000 devir hızında, alg hücreleri sulu ortamlarından ayrılır ve kenara doğru bastırılır; su prosese geri gönderilir.
Bir pompa aracılığıyla algler daha ileri işlemler için bir sonraki modüle aktarılır. Hasat zamanlaması ve miktarı, alglerin canlılığının optimum seviyede kalması ve bir sonraki adımda dönüşüm için uygun miktarda biyokütlenin mevcut olması için düzenlenir.
5. Enzimatik dönüşüm: hücre bileşenlerinin ekstraksiyonu ve daha ileri düzeyde işlenmesi
Bireysel görevlere sahip beş dönüşüm küpü, alglerin enzimler tarafından rafine edilmesi için en uygun koşulları yaratır. Bunlar hedefe yönelik bir şekilde beslenen biyolojik katalizörlerdir. Bu şekilde, herhangi bir ağır metal gerektirmeyen kademeli dönüşümü desteklerler.
Hasat edilen alglerden tek tek bileşenleri çıkarmak için, enzim makası adı verilen makaslar hücre duvarlarını keserek açıyor ve böylece bileşenlere erişiyor: nişasta, proteinler, boyalar ve bizim durumumuzda istediğimiz alg yağı. Bunun için neredeyse hiç enerji gerekmiyor, çünkü çevre dostu süreç 40 santigrat derece ve beş pH değerindeki ılımlı - otomatik kontrollü - ortam koşullarında çalışıyor. Elde edilen yosun yağı artık gıda takviyesi olarak ve kozmetik üretiminde kullanılabilir ya da enerji kaynaklarına veya biyoplastiklere dönüştürülebilir. Yosun kalıntıları yem veya gübre olarak kullanılabilir.
Kontrol mimarisi
BionicCellFactory'nin modüler tasarımı kontrol mimarisine de yansıyor: her modül Festo'nun CPX-E kontrolörü tarafından kontrol ediliyor. Bu, beş proses adımının hem birlikte hem de ayrı ayrı çalıştırılabileceği ve üretim değişiklikleri durumunda kolayca değiştirilebileceği anlamına gelir.
Uzmanlar, ilgili kontrol panelindeki gösterge tabloları aracılığıyla süreç adımlarının münferit parametrelerini izleyebilir ve değiştirebilir. Modüller arasındaki veri alışverişi OPC UA aracılığıyla gerçekleşir ve tüm BionicCellFactory'nin verimli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.
Geleceğin üretim sistemleri
Bir model fabrika olarak BionicCellFactory, geleceğin bütünsel üretim sistemleri için evrensel bir taslaktır. Otomasyon teknolojimizin yardımıyla her boyuta ölçeklendirilebilir. Yenilenebilir hammaddelere yönelik gelecekteki talebi karşılamak için birkaç bin litre kapasiteli biyoreaktörlere ihtiyaç vardır. Tesislerin istenen boyutlarda biyokütleyi güvenilir bir şekilde üretebilmesini sağlamak için proses otomasyonunda uzmanlık gereklidir.
Müşterilerimizle birlikte biyoreaktörler için akıllı kontrol kabini çözümleri geliştiriyor ve portföyümüzü genişletmeye devam ediyoruz. Proses kontrolünde, maksimum verimlilikle istikrarlı ve hassas proses kontrolü sağlıyoruz. Bunlar arasında optimize edilmiş gazlama ve besleme stratejileri, kontrol algoritmaları, gerçek zamanlı biyokütle tespiti için yumuşak sensörler ve biyo-bazlı üretim süreçleri için sistem konseptleri yer almaktadır.
Yeni teknolojiler için yeni meslek alanları
Yüksek nitelikli teknik personel ve biyoteknoloji uzmanları her yerde mevcut değildir. Bu amaçla Festo Didaktik'teki uzmanlarımız, disiplinler arası bağlantıları tanımlamak ve biyomekatronik, biyoistihbarat ve sürdürülebilirlik alanlarında yenilikçi eğitim meslekleri, derece kursları ve ek nitelikler oluşturmak için yeni bilgi gereksinimlerini şimdiden analiz ediyor.