Smart Engineering and Scale-up

Im Bereich »Smart Engineering und Scale-up« bündeln wir unsere Expertise im Einsatz digitaler Technologien und in der Verfahrenstechnik und unterstützen Unternehmen der chemischen und Prozessindustrie von der ersten Idee bis zur Marktreife und darüber hinaus. Unser Ansatz verbindet intelligentes Engineering, den Bau von Prototypen, Automatisierung und maßgeschneiderte Skalierungskonzepte mit dem Ziel, Kosten zu senken und technologische Risiken durch eine ganzheitliche Planung und Validierung zu minimieren. So lassen sich Investitionen besser begründen und der Betrieb ressourcenschonender gestalten. Ergebnis ist ein wirtschaftlicherer Betrieb bei geringerem Ressourcenverbrauch.

Modellierung und Simulation: Wir erstellen digitale Modelle und digitale Zwillinge Ihrer Prozesse und Anlagen (einschließlich CAD), um Verhalten und Leistung sowie Planung, Betrieb und Optimierung nachvollziehbar zu verstehen und zu steuern. Durch Parameterstudien, Optimierung und Robustheitsanalysen identifizieren wir die besten Betriebsbereiche und Designoptionen, damit Designsicherheit, Effizienz und Skalierbarkeit schon vor dem Bau sicher geplant werden können. Varianten lassen sich virtuell prüfen und Risiken sowie Kosten besser steuern, was die Planungssicherheit erhöht und Entscheidungen beschleunigt. Wir ermöglichen die Verbindung der digitalen Zwillinge mit der Prozesssteuerung für eine Echtzeit-Betriebsoptimierung Ihrer Anlagen.

Digitalisierung und Automatisierung: Wir integrieren digitale Infrastruktur, Sensorik und Automatisierungslösungen (MES/SCADA, IoT, Datenanalyse) für Echtzeit-Überwachung und -Steuerung. Durch automatisierte Workflows, Regelstrategien und Predictive Maintenance reduzieren wir manuelle Eingriffe und Ausfallzeiten. So entstehen stabile, transparente Prozesse mit besserer Reproduzierbarkeit.

Konstruktion und Prototypenbau: Wir unterstützen Sie beim CAD/CAE-Design, der Fertigung von Prototypen und der Integration von Hardware, Sensorik und Controllern. Durch iterative Tests, Funktionstests und schnelle Fertigstellungen validieren wir Konzepte praxisnah.

Skalierung und Pilotierung: Wir begleiten den Übergang von der Labor- zur Pilot- bzw. Demonstrationsanlage und unterstützen bei der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit. Mit skalierbaren Prozesskonzepten, techno-ökonomischen Analysen und Risikominimierung gestalten wir den Weg zur Produktion. Praxisnahe Feldtests und Validierung sichern die Übertragbarkeit in der Industrie.

Systemische Bewertung: Wir führen ganzheitliche Bewertungen durch, z. B. Life-Cycle- und Techno-Öko-Analysen, um Umwelt-, Kosten- und Leistungskennzahlen zu bündeln. So werden Auswirkungen entlang der Wertschöpfungskette sichtbar, einschließlich Lieferketten, Ressourcen- und Energiemobilisierung. Die Ergebnisse unterstützen Ihre Entscheidungsprozesse mit belastbaren Nachhaltigkeits- und Wirtschaftlichkeitsdaten.

Unser Team von Elektro-Ingenieuren, Verfahrenstechnikern und Technikern unterstützt auch Sie bei der Digitalisierung Ihrer Verfahren und der Realisierung und Skalierung Ihrer Anlage – im Kundenauftrag oder in einem geförderten Projekt.

Modellierung und Simulation

Trocknung.
  • Abbildung von Gesamtprozessketten
    • Energie-Modelle
    • Stoffstrom-Modelle
    • Entwicklung standardisierter Modellmodule
  • Strömungssimulation
  • Scale-up von Prozessen und Anlagen
  • Datenaufnahme und -analyse (KI, ML, Fuzzy)

Automatisierung

  • Automatisierung von Anlagen
    • Programmierung Steuerungen/Regelungen
  • Visualisierung der Prozesssteuerung

Anlagendesign und Prototypenbau

  • Verfahrenstechnische Auslegung von Anlagen
  • Konstruktion von Apparaten und Anlagen
  • Mechanischer Aufbau (Prototypen bis Pilot)
  • Elektrik

Wir verfügen über Technika und Werkstätten zum Anlagenbau und Betrieb.

Für die konstruktive Ausarbeitung technischer Lösungen nutzen wir SolidWorks® als 3D-CAD-Konstruktionssoftware. Diese ist über eine Datenschnittstelle direkt mit verschiedenen numerischen Simulationsprogrammen verknüpft. Hier verwenden wir vor allem COMSOL MultiPhysics® für die theoretische Modellierung mehrphasiger Prozesse wie dem Verhalten von Feststoffpartikeln in einer Fluidströmung sowie weitere Software-Tools.

3D-CAD-Konstruktion einer Prototypenanlage
Simulation, 3D-CAD-Konstruktion einer Prototypenanlage

Zur Umsetzung der Konzepte in Demonstratoren und Prototypen verfügen wir über eigene Werkstätten, Labore und Technika sowie ein Netzwerk von Industriepartnern.

Folgende Kompetenzen haben wir im Servicebereich zusammengefasst:

  • Modellierung und Simulation
  • Maschinenwesen
    • Maschinen- und Anlagenbau mit Apparatetechnik
    • Technische Mechanik inklusive Strömungstechnik/Fluid-Dynamik
    • Technische Thermodynamik
    • Werkstoffe einschließlich Kenntnisse zu deren Verarbeitung (Schweißen, Kleben etc.)
    • Fördertechnik
  • Elektrotechnik / Informatik
    • Automatisierungstechnik (MSR)
    • Software-Engineering (Umsetzung von Betriebsalgorithmen)
    • Informationstechnik (Datenerfassung, -management und -auswertung, Big Data)
  • Querschnittstechniken
    • Trenntechniken (mechanisch, thermisch)
    • Aufschlusstechniken (mechanisch, thermisch)
  • Projektmanagement
    • Betriebswirtschaftliche Bewertungen und Renditerechnungen (LCC, CAPEX, OPEX)
Realisierte Prototypenanlage
Realisierte Prototypenanlage
 

Digitalisierung verfahrenstechnischer Anlagen

  • Prozessdigitalisierung
  • Prozessoptimierung
  • Prozessautomatisierung

 

Referenzprojekte

September 2023 – August 2026

LowCarbDry –

Strombasierte, energieeffiziente und intelligente Trocknung mit überhitztem Wasserdampf als Beitrag für die Dekarbonisierung in der Industrie

 

Das am IGB entwickelte energieeffiziente Heißdampftrocknungsverfahren (superheated steam, SHS) wird mit einer Wärmepumpe kombiniert, sodass es mit erneuerbarem Strom betrieben werden kann. Eine modellprädiktive Regelung ermöglicht die Einbindung von Echtzeit-Stromprognosen, sodass der Betrieb dann erfolgt, wenn günstiger erneuerbarer Strom zur Verfügung steht. Zur Demonstration wird eine Pilotanlage zur Sprühtrocknung von Kieselsäure gebaut.

März 2018 – Dezember 2025

Innovationspartnerschaft Cométha –

Erprobung von Technologien zur Co-Vergärung (organische Abfälle, Klärschlämme) und Nährstoffrückgewinnung im Großraum Paris

Nach Untersuchungen im Labormaßstab wurde das Verfahren in Paris pilotiert, wobei unterschiedliche IGB-Technologien (AmmoRe, ePhos, SHS-Trocknung) im Pilotmaßstab unter realen Bedingungen und für gemischte Substrate (Schlamm, Biomüll, Mist) getestet und validiert wurden. Die innovative Verfahrenskombination erreicht im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine deutlich höhere Biomethanausbeute. Zudem trägt die Anlage zur Rückgewinnung wichtiger Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor bei.

Oktober 2021 – März 2024

RoKKa – Die Kläranlage als Bioraffinerie?

Rohstoffquelle Klärschlamm und Klimaschutz auf Kläranlagen

 

In RoKKa hat das IGB ein Konzept für die Umgestaltung von Kläranlagen hin zu Abwasser-Bioraffinerien mit Nutzung von Rest- und Abfallstoffen entwickelt. RoKKa zeigt, dass Kläranlagen mit neuen Verfahren Reststoffe in Abwasser nutzen und zur Kreislaufwirtschaft beitragen können: Auf der Kläranlage der Stadt Erbach wurden Pilotanlagen betrieben, um Phosphor und Stickstoff für die Düngemittelproduktion zurückzugewinnen, CO2 als Rohstoff zu nutzen und Lachgasemissionen zu reduzieren.

 

August 2020 – Dezember 2020

EVOBIO

Evolutionäre bioökonomische Prozesse EVOBIO – »Integrative Nutzung von Stoffströmen zur Herstellung optimierter Materialien für innovative Produkte in bioökonomischen Prozesskreisläufen«

 

In EVOBIO wurden Verfahrenskonzepte entwickelt und demonstriert, um Stoffströme wie Abwasser, Abfall und Abgas vollständig nutzen zu können – zur Herstellung optimierter Materialien für innovative Produkte.