BFI VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

Ausgangssituation:

Die Trocknung ist der energieintensivste Arbeitsschritt in jeder Papier- und Kartonproduktionsanlage. Die Heißdampftrocknungstechnologie ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des Energieverbrauchs bei der Trocknung. Dies ist möglich, weil die zugeführte latente Wärme fast vollständig zurückgewonnen wird, was bei der heute in Produktionsanlagen eingesetzten Trocknungstechnologie nicht möglich ist. Wie frühere Untersuchungen gezeigt haben, kann ein theoretisches Energieeinsparungspotenzial von bis zu 80 % erreicht werden. Dies führt zu gleichen oder höheren CO₂-Emissionseinsparungen, je nach der für die Stromerzeugung verwendeten Primärenergie.

Projektziele:

Das SteamDry-Projekt zielt darauf ab, den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen in der Papier- und Kartonindustrie erheblich zu senken, indem es ein Konzept vorstellt, das beachtliche 60 % Energieeinsparungen bei der thermischen Trocknung und 40 % Energieeinsparungen in einer Produktionslinie erzielt, mit dem Potenzial für eine bis zu 100 %ige Reduzierung der CO₂-Emissionen.

Innovative Ansätze:

• Entwicklung eines digitalen Zwillings auf der Grundlage eines schnellen Surrogatmodells von Kompressor, Dampfreiniger, Wärmetauscher, Kompressor, Hilfsaggregaten und Trockner. Diese Zwillingsplattform wird für die Simulation der Kontroll- und Managementstrategie verwendet.
• Entwurf einer IT-Architektur zur Unterstützung der verteilten Agentenstruktur. Sie wird aus früheren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, z. B. aus früheren Horizon Europe (HE) Projekten, ausgewählt und an die Prozessindustrie angepasst.
• Entwicklung einer modell- und datenbasierte  Reinforcement-Learning-Regelung für den Trockner (Ziele: Stabilisierung des Prozesses, optimaler Betrieb, Energie) und ein verteiltes, Energiemanagementsystems für den Gesamtprozess auf der Grundlage von Multi-Agenten Reinforcement Learning.
• Entwicklung eines daten- und/oder modellgetriebenen KI-basierten Anomalie-Erkennungssystems für die Papierfabrik, z.B. zur frühzeitigen Erkennung von Verschmutzungen an Wärmetauschern und Auslösung von Zählermessungen.

Nutzen für die Industrie:

• Langfristige Auswirkungen:
  Langfristig rechnet das SteamDry-Projekt mit erheblichen Energieeinsparungen und schätzt das Potenzial für Papier- und Kartonhersteller in Europa auf 127 Terawattstunden (TWh) oder 6 Milliarden Euro jährlich. Das weltweite jährliche Energieeinsparpotenzial beläuft sich auf 870 TWh und ist damit fast siebenmal so hoch wie das europäische Einspar- und Marktpotenzial zusammen.
• Wettbewerbsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit:
  Die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der Papierindustrie ist für den Erhalt von Arbeitsplätzen und die wirtschaftliche Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung. Die Verringerung der Klimaauswirkungen der Papier- und Kartonherstellung fördert die Widerstandsfähigkeit ländlicher Gemeinden, in denen ein erheblicher Teil der Produktionseinheiten angesiedelt ist. Dies wiederum stärkt die Fähigkeit der Unternehmen, zu investieren und effizient zu arbeiten, und trägt so zur wirtschaftlichen und ökologischen Nachhaltigkeit bei.
• Erschließung von Chancen:
  Die entwickelte Lösung ist vielseitig und kann mit geringen Investitions- und Betriebskosten auf der vorhandenen Infrastruktur oder auf neu gebauten Maschinen installiert werden, wodurch sich neue Möglichkeiten für Technologieanbieter und Kosteneinsparungen für die Nutzer ergeben. Es wird erwartet, dass das SteamDry-Konzept es den Technologieanbietern ermöglichen wird, ihre Einnahmen in Europa um schätzungsweise 230 bis 345 Millionen Euro jährlich zu steigern.