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Institut für Bio-und Geowissenschaften

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Multiskalige dynamische Modellierung und Simulation einer Bioraffinerie

Bioraffinerien sind ein vielversprechender Ansatz, um Chemikalien und Kraftstoffe aus nachhaltigen natürlichen Ressourcen herzustellen und den Kohlendioxidausstoß sowie die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren. Zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit biobasierter Prozesse im Vergleich zu bestehenden konventionellen Verfahren spielen hierbei Techniken aus dem computergestützten Prozessdesign eine zunehmend wichtige Rolle. Insbesondere in der frühen Phase der Prozessentwicklung müssen eine Vielzahl von Produkt- und Prozessalternativen analysiert und durch mathematische Optimierung hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Kriterien verglichen werden.

Im Verbundprojekt "BEPROMOD - Inkrementelle multiskalige und multidisziplinäre Modellierung von Prozessen in der Bioökonomie", das vom Bioeconomy Science Center (BioSC) gefördert wurde, haben Partner der RWTH Aachen und des IBG-1 Forschungszentrums Jülich ein neues, multidisziplinäres Modellierungswerkzeug entwickelt, welches die dynamische Modellierung und Simulation komplexer Bioraffinerieprozesse ermöglicht. Kernstück des Werkzeugs ist eine Modelica-Bibliothek mit einer Vielzahl vorgefertigter (bio)chemischer Module zur Modellierung verschiedener Teilprozesse während der Umwandlung nachwachsender Rohstoffen in gewünschten Wertstoffe. Durch den modularen Ansatz können bestehende Modelle leicht erweitert sowie einzelne Teilmodelle ausgetauscht werden, wenn neue biologische oder prozesstechnische Erkenntnisse verfügbar werden. Um die praktische Relevanz des Ansatzes zu demonstrieren, wurde ein zweistufiges Bioraffineriemodell implementiert, das die Dynamik des OrganoCat-Vorbehandlungsprozesses und die mikrobielle Umwandlung von aus Lignocellulose gewonnenem Zucker durch den Modellorganismus Corynebacterium glutamicum beschreibt.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Biotechnology and Bioengineering veröffentlicht und ist frei zugänglich unter:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bit.27099

Graphic Modelica-based multi-scale and multi-disciplinary modeling framework


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