Künstliche Intelligenz in der Biogaserzeugung

Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) beabsichtigt, Forschungs- und Entwicklungs (FuE)-Vorhaben im Rahmen eines Aufrufs zum Thema ​„Künstliche Intelligenz (KI) zur Automatisierung der Biogaserzeugung“ zu fördern. Die Förderung erfolgt über das ​„Förderprogramm Nachhaltige Erneuerbare Ressourcen“ (FPNR) und untersetzt dort den Förderbereich ​„Produkte aus nachhaltigen erneuerbaren Ressourcen“.

Die flexible Biogaserzeugung und ‑nutzung werden als Schlüssel für eine erfolgreiche Integration von Biogas in das vorhandene und in künftige Energiesysteme eingestuft. Und nur mit einer effizienten und zukunftsfähigen Biogasverfahrenstechnik lassen sich die Zielsetzungen der Bundesregierung z.B. zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen durch einen gesteigerten Wirtschaftsdüngereinsatz in Biogasanlagen umsetzen. Damit trägt der Aufruf zur Umsetzung der strategischen Forschungsbereiche ​„Verringerung der Treibhausgas-Emissionen aus der Landwirtschaft“ und ​„Nutzung und Bereitstellung erneuerbarer Energien in der Land- und Forstwirtschaft“ der Mission ​„Klimaneutralität bis 2045“ aus dem aktuellen Forschungsplan des BMEL bei.

Diese Entwicklung erfordert intelligente Lösungen für die Überwachung und Regelung des Gesamtprozesses von der Substratbereitstellung über die Biogasproduktion bis zur Nutzung des erzeugten Biogases. Zu den Lösungsansätzen gehören z.B. Sensorsysteme zur digitalen Datenerfassung und ‑fernübertragung, zur Überwachung des Biogasprozesses sowie die Steuerung und Regelung des Gesamtprozesses z.B. mit Hilfe von Vorhersagemodellen und Verfahren des maschinellen Lernens (Künstliche Intelligenz). 

Neben der Entwicklung automatisierter Biogasproduktionsprozesse für neue Anlagenkonzepte besteht auch bei konventionell betriebenen Bestandsbiogasanlagen Potenzial für die Anwendung von Automatisierungstechnik mit Hilfe Künstlicher Intelligenz. Hier liegt der Fokus eher auf kostengünstigen und praxisnahen Regelsystemen, die zur Entlastung der Betreiber und Erhöhung der Prozesseffizienz und damit zur Aktivierung ungenutzter Leistungsreserven eingesetzt werden. Die Lösungssysteme sollten auf gängiger Industrietechnik beruhen oder über geeignete Schnittstellen verfügen.

Durch den Einsatz intelligenter Automatisierungstechnik können Prozesse optimiert und flexibilisiert werden und damit zu einer Effizienzsteigerung beim Einsatz von knappen Ressourcen beitragen. Zu den begrenzt verfügbaren Ressourcen gehören bei der Biogaserzeugung die eingesetzten Substrate, der Energiebedarf für z.B. Rührwerk und Pumpen oder der Einsatz von Arbeitskräften zur Betreuung der Biogasanlagen.

Schwerpunkte dieses befristeten Förderaufrufes sind die Neu- und Weiterentwicklung von Messtechnik an Biogasanlagen, die Verbesserung des Datenmanagements, die Weiter-/ Entwicklung des Maschinellen Lernens sowie die Teil-/ Automatisierung des Biogaserzeugungsprozesses.