Sauberes Industrieabwasser dank digitaler Helfer

Automatisierung, Vernetzung, Künstliche Intelligenz: Die Industrie nutzt bereits das Potenzial der Digitalisierung. Auch für die industrielle Abwasserbehandlung spielt sie eine wichtige Rolle. Forschende treiben das im Projekt „DynaWater4.0“ voran.

DynaWater
Moderne Technik hilft dabei, Industrieabwasser nachhaltiger zu reinigen. © EnviroChemie GmbH

Industrie 4.0 ist mittlerweile fast jedem ein Begriff. Er steht für die umfassende Digitalisierung der industriellen Produktion. Also kurz: Alles, was sich digital vernetzen lässt, wird vernetzt – von den Anlagen und Maschinen über die Produktionsprozesse bis hin zur Logistik. Doch während die Digitalisierung hier rasant voranschreitet, steht das industrielle Abwassermanagement hier noch am Anfang – und bietet jede Menge Potenzial für mehr Nachhaltigkeit dank digitaler Helfer. Im Verbundprojekt „DynaWater 4.0“, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, haben Forschende nun die Aufholjagd gestartet. Gemeinsam wollen sie das industrielle Abwassermanagement ins digitale Zeitalter bringen.

Leistung für den tatsächlichen Bedarf

„Unser Ziel ist es, mit digitalen Lösungen die Leistung der Reinigungsanlagen besser auf den tatsächlichen Bedarf anzupassen“, sagt Projektkoordinator Thomas Track von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Denn in vielen Industrieanlagen schwankt die Zusammensetzung der Abwässer erheblich – nicht zuletzt auch durch die Digitalisierung in der Produktion. Unterschiedliche Produktreste, Chemikalienarten und -mengen oder beispielsweise wechselnde Säuregehalte des Wassers: „Mit all diesen variierenden Bedingungen müssen die Reinigungsanlagen klarkommen. Bislang geschieht das, in dem die Anlagen für die sichere Reinigung der maximal möglichen Belastungen optimiert sind. So werden alle Szenarien abgedeckt, auch wenn diese nie gleichzeitig auftreten“, erklärt Track.

Weiter erläutert er: „Je früher wir in der Abwasserbehandlung wissen, welche Inhaltsstoffe wir aus der Produktion erwarten können, desto effizienter kann die Reinigung gestaltet werden.“ Die Konsequenz des bisherigen Betriebs solcher Anlagen: Es werden noch zu viele Ressourcen verschwendet.

Nachhaltigere Wertschöpfung dank Digitalisierung

In der Digitalisierung sehen Thomas Track und sein Team die Chance, hierbei eine nachhaltigere Wertschöpfung zu erreichen. Um die Potenziale auszuloten, entwickeln die Projektpartner für die Stahl-, Chemie- und Kosmetikindustrie sogenannte „digitale Verfahrenszwillinge“. Soll heißen: Sie „klonen“ die Anlagen virtuell, um dann im Computermodell die bestmögliche Anlagensteuerung und den effektivsten Ressourceneinsatz zu simulieren.

Beispiel Kosmetikindustrie: Hier werden die Rohstoffe für die Kosmetika in Kunststoffcontainern angeliefert und Produkte in solche abgefüllt. Nach Gebrauch werden sie gereinigt und wieder befüllt. Je nach Rohstoff – beispielsweise Pflanzenöle, -fette oder -extrakte – oder fertigem Produkt braucht es einen anderen Reinigungsmittel-Mix und eine andere Intensität des „Waschgangs“. Dabei gilt bisher das „Ein-Programm-für-alles-Prinzip“. Also: Alle Reinigungsmittel in einen Topf! „Ein Teil der Chemikalien geht dabei ungenutzt verloren“, sagt Thomas Track.

Intelligente Steuerung spart Energie und Reinigungsmittel

Doch nun kommen der digitale Zwilling und modernste Steuerung ins Spiel: „Sie erfassen den gebrauchten Container, dann schlägt der Zwilling jeweils einen individuellen Reinigungs-Mix vor und die intelligente Steuerung sorgt automatisch für einen effizienten Waschvorgang“, so der Experte. Das spart Energie und Reinigungsmittel – und, wo sinnvoll, kann das Wasser über solche Ansätze im Kreislauf gehalten werden.

Ähnliches Potenzial gibt es auch in den anderen Branchen: So kann die DynaWater-Technik beispielsweise in Chemieparks besser als bisher erkennen, ob etwa aufgrund einer Störung in einem der Produktionsbetriebe eine Sonderbehandlung des Abwassers nötig ist. Auch in der Stahlindustrie macht die Technik eine individuelle, dynamisch angepasste Abwasserreinigung möglich.

Digitalisierungslücke wird geschlossen

Thomas Track ist überzeugt, dass die Projektergebnisse in vielen weiteren Industriebranchen und im Anlagenbau angewendet werden können. „Wir schließen die Digitalisierungslücke zwischen industrieller Produktion und der zugehörigen Abwasserbehandlung“, sagt er. „Gerade in kleinen und mittleren Unternehmen könnte unsere Technik helfen, die Betriebskosten zu senken und die Prozessstabilität zu erhöhen.“