Bioökonomie International 2022: BioHyMoDT_4.0 – Adaption von Bioprozessen an neue nachhaltige Rohstoffe mit Digitalen Zwillingen auf Basis hybrider Modelle (TP B)

Ein wichtiger Weg hin zu einer neuen Bioökonomie ist die Anpassung von Bioprozessen an die effiziente Nutzung nachhaltiger Rohstoffe durch neue Prozessführungs- und Steuerungsstrategien. Die Zusammen-setzung und Qualität nachwachsender biogener Rohstoffe variiert aufgrund der jahreszeitlichen Wachs-tumsbedingungen und der Verfügbarkeit der Rohstoffe (Markt). Die veränderlichen Rohstoffeigenschaften haben einen Einfluss auf den Verlauf, die Erträge und den Rohstoffbedarf von Bioprozessen. Für einen bestmöglichen und ressourceneffizienten Prozessbetrieb ist daher eine gezielte Anpassung der Prozessführungs- und Steuerungsstrategien erforderlich. Unser Ansatz umfasst eine Strategie für eine schnelle Entwicklung erster Digitaler Zwillinge, die auf mathematischen Modellen unter Nutzung von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) basieren, sowie die zyklische Nutzung und Weiterentwicklung der Digitalen Zwillinge im Rahmen einer verbesserten, mo-dell-assistierten statistischen Versuchsplanung (mDoE). So gelingt eine gleichzeitige Anpassung des Pro-zessbetriebs durch Verbesserung der Prozessführung sowie die Weiterentwicklung der Digitalen Zwillinge mit einer minimalen Anzahl von Experimenten. Unser prozesstechnisches Ziel ist die Anpassung der Hefekultivierung mit Saccharomyces cerevisiae an neue nachhaltige biogene Rohstoffe. Im Rahmen dieser Kooperation werden die Projektpartner aus Deutschland und Kolumbien erstmals zeigen, dass die Kombination von KI-Modellen, mechanistischen Modellen und hybriden Modellen sowie Digitalen Zwillingen die Anpassung von Bioprozessen an nachhaltigere Rohstoffe durch Gewinnung und Nutzung neuen Bioprozesswissens unterstützt, wobei der experimentelle Aufwand gleichzeitig durch den Einsatz von modell-assistierter Versuchsplanung (mDoE) reduziert werden kann.