SmartAquaCultureSystems – Neuartige energie-optimierte Kreislaufanlagen-Systeme mit mobiler, drahtloser Sensorikausstattung

Aufgrund des globalen Bevölkerungswachstums steigt der prognostizierte Bedarf an Aquakulturerzeugnissen um über 40% bis zum Jahr 2030 (66 Mio. t in 2012 auf 93 Mio. t in 2030). Erschwerend kommt eine sich verändernde Umwelt hinzu, die oftmals negative Auswirkungen auf die nötigen Produktionsressourcen hat (z. B. hinsichtlich Wasserverfügbarkeit). Daraus ergibt sich die Chance, durch technische geschlossene Systeme die Abhängigkeit von Umweltbedingungen zu minimieren, die Biosicherheit (z. B. Eintrag von Parasiten und Krankheiten) zu erhöhen und gleichzeitig in Verbrauchernähe eine besser planbare Produktion zu schaffen. In der Praxis findet die sog. Kreislaufanlagen-Technologie langsam den Weg in die kommerzielle Anwendung.
In der Forschungsgruppe SmartLab-Systeme an der TU Dresden, Professur für Bioverfahrenstechnik wird dazu eine neuartige drahtlose und ortsveränderliche Multi-Sensortechnologie für die wichtigsten Regelgrößen innerhalb von Kreislaufanlagen entwickelt und dazu die Messparameter Sauerstoff, pH-Wert, gelöstes Kohlendioxid und verschiedene Stickstoffverbindungen in diese Sensorplattform implementiert. Mit dieser drahtlosen, mobilen Sensortechnologie wird es erst möglich, die realen (zeitlichen und örtlichen) Inhomogenitäten zu erfassen und so gezielt entgegensteuern zu können. Dies sorgt für eine höhere Energieeffizienz und dauerhaft konstante Umweltbedingungen im Optimalbereich der Fische.

MPSS_SACS — Abb. 1: Designstudie für einen neuartigen Multiparametersensor für Kreislaufanlagen der nächsten Generation.

Die Einsparungen durch sensorgesteuerte Regelungen erfordern ein neuartiges Anlagendesign, welches diese Regelungen auch hydraulisch und aus praktischen Gesichtspunkten zulässt (z. B. Vermeidung von Schlammabsetzung). Die SENECT GmbH & Co. KG entwickelt dazu in ihrem Teilprojekt eine neue Art von Kreislaufsystem, bei denen die einzelnen Filterstufen unabhängig voneinander mit dem hierfür nötigen minimalen Durchfluss betrieben werden können. Die Anlagentechnik kann basierend auf Messwerten der Sensortechnologie und neuronalen Netzwerken (AI) dynamisch angepasst werden, um Energie einzusparen. Das Anlagendesign wird mithilfe von CFD-Simulationen (computational fluid dynamics) optimiert, um für einen reibungslosen Betrieb bei minimaler Pumpenergie zu sorgen.