Digitaler Zwillinge für sauberes Wasser
Die alarmierende Belastung unseres Trinkwassers durch Mikroschadstoffe wird zu einer wachsenden Herausforderung für die kommunalen und industriellen Abwasser-Reinigungs-Betriebe. Im Rahmen des geförderten Projektes FF4EuroHPC wurden dazu zwei moderne Verfahren zur Abwasserreinigung als digitale Zwillinge abgebildet.
Sowohl in der EU als auch in der Schweiz verpflichtet seit 2021 eine Verordnung die Betreiber von Abwasser-Reinigungs-Anlagen zum Einbau einer 4. Reinigungsstufe, die der Beseitigung von Arzneimittelrückständen und Mikropartikeln dient. Diese Verunreinigungen können nur durch hochspezialisierte Verfahren aus dem Abwasser extrahiert werden. Zum einen ist dies die Ozonung zur Beseitigung pharmazeutischer Rückstände, zum anderen die Druckentspannungsflotation zur Bindung und Entfernung von Mikropartikeln. Beide Verfahren sind sowohl geometrisch als auch technisch sehr gut skalierbar und geradezu prädestiniert für einen digitalen Ansatz. Trotz der massiven regulatorischen Vorgaben verfügen bislang aber nur 25 der rund 800 kommunalen Anlagen in der Schweiz über eine solche Stufe. Es besteht also dringender Handlungsbedarf.
Zur Entwicklung eines digitalen Zwillings für die jeweilige Schlüsseltechnologie wurde für das FF4EuroHPC- Projekt ein Konsortium aus den beiden KMUs AeroFEM GmbH und TK Consult AG zur Bereitstellung der digitalen Ingenieurdienstleistungen sowie den Unternehmen Elkuch AG und Holinger GmbH als Endanwender gebildet.
Ausgehend von der jeweiligen CAD-Geometrie wurden beide Verfahren vom Projektteam in Verbindung mit den relevanten physikalisch/chemischen Modellen in Form eines standardisierten CFD-Modelles (Computational Fluid Dynamics) als digitaler Zwilling abgebildet. Ein anschliessender HPC-gestützter Workflow liefert die effiziente Skalierung und Optimierung der Geometrie und der physikalisch/chemischen Prozessparameter unter Berücksichtigung der jeweiligen Zielgrössen.
Der digitale Zwilling erschliesst den beteiligten Unternehmen einen neuen Markt und schafft einen finanziellen und zeitlichen Wettbewerbsvorteil. Standardisierte Arbeitsabläufe und die Nutzung von HPC-Ressourcen sorgen für den notwendigen ROI zur Finanzierung standardisierter Prozesse und leistungsfähiger Simulationssoftware. Das Projekt hat eindrücklich gezeigt, wie zielführend auch strategische Kooperationen bei der Erschliessung und Erweiterung von Märkten sein können und wie sie einzelnen Unternehmen zu einem Alleinstellungsmerkmal verhelfen.
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Erwin Schnell
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