Bordcomputer zur Verbrauchsvisualisierung von Dampfsterilisatoren

AI Quick Summary

Wie kann man bei einer Anlage den Ressourcenverbrauch reduzieren, wenn man nicht einmal weiss, wie viel sie von welcher Ressource verbraucht? Wir meinen, dass wir erst einmal unseren weltweiten Kunden (mit aktuell circa 3000 aktive Anlagen), aufzeigen müssen, wie viele Ressourcen unsere Dampfsterilisatoren benötigen, bevor diese erkennen, dass immenses Potential in der Optimierung der Anlagen steckt.Deswegen möchten wir einen "Bordcomputer" für unsere Pharma Anlagen entwickeln. Können Sie sich noch erinnern, als es im Auto keine Anzeige gab, wie viel Treibstoff man auf den letzten hundert Kilometern oder seit dem letzten Tanken verbraucht hat? Als man noch zur Tankstelle gefahren ist, wenn der Tank leer war und nachgetankt hat? Bereits 1977 hat BMW zum ersten Mal eine Verbrauchsanzeige in ein Auto eingebaut, um Kunden aufzuzeigen, wie viel das Auto beim Fahren verbraucht. Über die Zeit haben sich diese Bordcomputer weiterentwickelt und zeigen nun zum Beispiel an, durch welche fahrerischen Massnahmen sich der Verbrauch senken lässt. Was haben nun Autos mit den Belimed Life Science Pharma-Anlagen zu tun? Unsere Anlagen werden von Pharma-Unternehmen wie Novartis, Roche oder Lonza in der Produktion von Pharmazeutika eingesetzt, um diverse Produkte zu sterilisieren. Wie auch beim Auto kann der Nutzer selbst entscheiden, auf welche Art und Weise, das passiert – ob man schnell fährt oder langsam, den direkten Weg nimmt oder einen Umweg in Kauf nimmt. Die meisten unserer Anlagen sind Sonderanfertigungen, was bedeutet, dass der Kunde selbst entscheidet, wie er sein Ziel erreicht. Deshalb ist heute keine pauschale Aussage möglich, wie viele Ressourcen unsere Anlagen verbrauchen und welche Massnahmen getroffen werden können, um diese zu reduzieren. Es gibt heute auf dem Markt auch noch keinen Dampfsterilisator für Pharma-Unternehmen, die den spezifischen Ressourcenverbrauch anzeigen. Insbesondere Kunden mit grösseren Produktionskapazitäten können somit ihren CO2-Ausstoss und ihre Reduktionsmöglichkeiten nur bedingt einschätzen. Dem wollen wir mit einem Bordcomputer für die Verbrauchsmessung unserer Anlagen abhelfen. Sie fragen sich nun sicher, was daran so innovativ sein soll?Ein vermeintlich einfacher Weg wäre, in sämtliche Anschlussleitungen der Anlagen Messgeräte für Wasser, Dampf, Druckluft und Elektrizität zu installieren. Dies wäre eine teure Lösung, würde Zusatzaufwand für die Installation bedeuten und wäre zudem nur mit grösserem Aufwand nachrüstbar. Wir streben deswegen eine Lösung an, die sich wiederum am Bordcomputer des Autos orientiert. Beim Auto wird der Verbrauch nicht gemessen, sondern berechnet anhand der Injektor-Öffnungszeiten und weiteren Parametern, die das Motorsteuergerät ermittelt. Die von uns angestrebte Verbrauchsmessung ist somit eine reine Softwarelösung. In diesem Forschungsprojekt soll ein Berechnungsprogramm für den Ressourcenverbrauch entwickelt werden. Dieses Programm kann mit den bestehenden Sensoren und Messwerten den Ressourcenverbrauch einer Anlage zuverlässig berechnen. Es sollen hierfür folgende Medien- und Ressourcenverbräuche ermittelt werden:- Wasserdampf (Wasserdampf-Temperaturen von mind. 130°C)- Druckluft (durch elektrische Kompressoren erzeugt)- Betriebsstrom- Kühlwasser?- VE – Wasser (aufbereitetes Wasser) Die Bordcomputer-Software wird nach Fertigstellung auf Kundenanlagen installiert und zeichnet über einen gewissen Zeitraum Daten auf. Mithilfe dieser Datengrundlage wird es möglich sein, Design- und Nutzungsstrategien zur Reduktion des Medienverbrauchs und des CO2-Ausstosses abzuleiten. Wie gross sind die Einsparpotenziale? Der grösste Energieverbrauch entsteht durch die Herstellung von Wasserdampf. Nach unseren beispielhaften Messungen beträgt der Dampfverbrauch für einen vordefinierten Zyklus eines Standard-Dampfsterilisators rund 115 kg Dampf. Unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten von circa 20% entspricht dies 105 kWh Heizleistung, die in den meisten Fällen durch Erdgas erzeugt wird. Im Normalbetrieb (300 Arbeitstage à 5 Zyklen) werden so im Laufe eines Jahres 153'000 kWh benötigt. Bei der Erdgas-Verbrennung entsteht ein CO2-Ausstoss von durchschnittlich 200 g/kWh bzw. ein jährlicher Ausstoss von 30 t CO2 pro Dampfsterilisator. Zusätzlich kommt der Stromverbrauch für Betriebsstrom von 4'500 kWh pro Jahr hinzu. Weitere Energiebedarf bestehen für das Kühlen des Sterilisators und die Erzeugung von Druckluft, welche aktuell noch nicht beziffert werden kann. Die Anzahl der im Markt aktiven Anlagen der Belimed Life Science wird aktuell auf rund 3'000 geschätzt. Wenn bei 20% der Anlagen durch kleine Optimierungen im Anwendungsverhalten eine Einsparung von 10% realisiert werden könnte, resultiert daraus allein für die Dampferzeugung ein jährliches Einsparpotenzial von 1800 t CO2. Dies entspricht dem jährlichen CO2-Ausstoss von rund 1300 PKWs (Annahme: 10’000 km/Jahr, 138 g CO2/km). Durch grössere Energieeffizienzmassnahmen, wie zum Beispiel der Wärmerückgewinnung, lassen sich noch mehr als 10% des Energieverbrauchs einsparen. Schätzungen gehen von Einsparungen von über 50% aus. Dies muss aber von Fall zu Fall separat beurteilt werden und hängt auch von den örtlichen Gegebenheiten beim Kunden ab. Indem wir unseren Kunden aufzeigen, was sie verbrauchen, werden sie für betriebliche Optimierungen zur CO2-Reduktion sensibilisiert. In einem ersten Schritt ist die Entwicklung eines Bordcomputers geplant. In einem zweiten Schritt soll der Bordcomputer im Rahmen eines Pilotprojekts bei Kunden getestet werden. Belimed Life Science beabsichtigt, künftig für ihre Kunden entsprechende Beratungslösungen anzubieten um den Ressourcenverbrauch reduzieren zu können. What problem would you like to solve?Aktuell ist nicht bekannt wie viele Energie unsere Dampfsterilisatoren wirklich für den Betrieb benötigen und welchen CO2 Ausstoss sie verursachen. Dies soll mit dem Bordcomputer berechnet und visualisiert werden. Das Ganze soll die Augen öffnen, dass hier viel Optimierungspotential steckt Who are the customers and how will they profit from a solution?Unsere Kunden sind Pharmafirmen und Laboratorien weltweit. Sie würden durch enorme Einsparungen vor allem bei Fossilien Brennstoffen profitieren, da der Grossteil der Energie für einen Sterilisator meist durch Erdgas erzeugt wird. How does your project idea affect energy savings or CO2 emissions.Unser Projekt ist ein «Augenöffner». Viele Kunden wissen nicht welchen CO2-Fussabdruck sie mit unseren Anlagen hinterlassen, weil keine Werte vorhanden sind. Erkennen Sie die enorm hohen Verbräuche können Massnahmen eingeleitet werden, um diese Verbräuche zu reduzieren What has been tried beforeDer “Verbrauch” eines Sterilisators wurde bisher einmal gemessen und zwar bei der Basisentwicklung vor über einem Jahrzehnt. Diese Messung hat aber genau so viel mit der Realität zu tun wie die NEFZ Verbrauchsangabe bei einem PKW. Der Verbrauch kann auch um das doppelte höher liegen, je nachdem wie der Kunde den Dampfsterilisator betreibt. What was not successfulDiese Aufgabenstellung gab es noch nie. What have you learnedVor allem die letzten 2 Jahre haben gezeigt, dass unsere Kunden immer mehr Wert auf die Nachhaltigkeit unserer Anlagen legen. Fragen nach dem Verbrauch der Anlagen konnten wir als Hersteller nie beantworten, da es das Betriebsgeheimnis unseres Kunden ist, was sie mit dem Dampfsterilisator machen. Wir haben gelernt, dass die Nachfrage nach den wirklichen Verbrauchswerten immer weiter zunimmt. Unsere Kunden möchten wissen, was die Anlagen verbrauchen, um dann an Optimierungen arbeiten zu können What are your planned work packages:1. Konzept erstellen: Was soll wie berechnet werden. Welche Sensorik steht zu Verfügung. Theorie für die Berechnung aufstellen.2. Praktische Versuche machen an einem Test Sterilisator mit Durchflussmessgeräten. Aufzeichnen von Daten.3. Analyse der Daten und Erstellung eines Algorithmus, der diese Messwerte rechnerisch nachbildet.4. Erstellung einer Software, die die Messwerte berechnet5. Versuche mit der Software an einem Test Sterilisator How can the Energy Lab help you?Für die Entwicklung brauchen wir kluge Köpfe aus den Bereichen Thermodynamik oder Verfahrenstechnik. Personen die Zusammenhänge erkennen und begreifen wie ohne zusätzliche Messsysteme sämtliche Ressourcenverbräuche berechnet und visualisiert werden können. Gerne würden wir die Entwicklung vom Energy Lab selbst, einem Partner oder einer Hochschule durchführen lassen. Wir stellen natürlich unser Knowhow und Test-Dampfsterilisatoren zu Verfügung.

Project Idea Metadata

• Project Idea Name: Bordcomputer zur Verbrauchsvisualisierung von Dampfsterilisatoren
• Date: 2/25/2022 8:15:52 AM
• Administrators:
  • Jochen Schlag

Project Idea Description

Können Sie sich noch erinnern, als es im Auto keine Anzeige gab, wie viel Treibstoff man auf den letzten hundert Kilometern oder seit dem letzten Tanken verbraucht hat? Als man noch zur Tankstelle gefahren ist, wenn der Tank leer war und nachgetankt hat?

Bereits 1977 hat BMW zum ersten Mal eine Verbrauchsanzeige in ein Auto eingebaut, um Kunden aufzuzeigen, wie viel das Auto beim Fahren verbraucht. Über die Zeit haben sich diese Bordcomputer weiterentwickelt und zeigen nun zum Beispiel an, durch welche fahrerischen Massnahmen sich der Verbrauch senken lässt.

Was haben nun Autos mit den Belimed Life Science Pharma-Anlagen zu tun?

Unsere Anlagen werden von Pharma-Unternehmen wie Novartis, Roche oder Lonza in der Produktion von Pharmazeutika eingesetzt, um diverse Produkte zu sterilisieren. Wie auch beim Auto kann der Nutzer selbst entscheiden, auf welche Art und Weise, das passiert – ob man schnell fährt oder langsam, den direkten Weg nimmt oder einen Umweg in Kauf nimmt. Die meisten unserer Anlagen sind Sonderanfertigungen, was bedeutet, dass der Kunde selbst entscheidet, wie er sein Ziel erreicht.

Deshalb ist heute keine pauschale Aussage möglich, wie viele Ressourcen unsere Anlagen verbrauchen und welche Massnahmen getroffen werden können, um diese zu reduzieren. Es gibt heute auf dem Markt auch noch keinen Dampfsterilisator für Pharma-Unternehmen, die den spezifischen Ressourcenverbrauch anzeigen. Insbesondere Kunden mit grösseren Produktionskapazitäten können somit ihren CO2-Ausstoss und ihre Reduktionsmöglichkeiten nur bedingt einschätzen. Dem wollen wir mit einem Bordcomputer für die Verbrauchsmessung unserer Anlagen abhelfen.

Sie fragen sich nun sicher, was daran so innovativ sein soll?

Ein vermeintlich einfacher Weg wäre, in sämtliche Anschlussleitungen der Anlagen Messgeräte für Wasser, Dampf, Druckluft und Elektrizität zu installieren. Dies wäre eine teure Lösung, würde Zusatzaufwand für die Installation bedeuten und wäre zudem nur mit grösserem Aufwand nachrüstbar. Wir streben deswegen eine Lösung an, die sich wiederum am Bordcomputer des Autos orientiert. Beim Auto wird der Verbrauch nicht gemessen, sondern berechnet anhand der Injektor-Öffnungszeiten und weiteren Parametern, die das Motorsteuergerät ermittelt.

Die von uns angestrebte Verbrauchsmessung ist somit eine reine Softwarelösung.

In diesem Forschungsprojekt soll ein Berechnungsprogramm für den Ressourcenverbrauch entwickelt werden. Dieses Programm kann mit den bestehenden Sensoren und Messwerten den Ressourcenverbrauch einer Anlage zuverlässig berechnen. Es sollen hierfür folgende Medien- und Ressourcenverbräuche ermittelt werden:

- Wasserdampf (Wasserdampf-Temperaturen von mind. 130°C)

- Druckluft (durch elektrische Kompressoren erzeugt)

- Betriebsstrom

- Kühlwasser?

- VE – Wasser (aufbereitetes Wasser)

Die Bordcomputer-Software wird nach Fertigstellung auf Kundenanlagen installiert und zeichnet über einen gewissen Zeitraum Daten auf. Mithilfe dieser Datengrundlage wird es möglich sein, Design- und Nutzungsstrategien zur Reduktion des Medienverbrauchs und des CO2-Ausstosses abzuleiten.

Wie gross sind die Einsparpotenziale?

Der grösste Energieverbrauch entsteht durch die Herstellung von Wasserdampf. Nach unseren beispielhaften Messungen beträgt der Dampfverbrauch für einen vordefinierten Zyklus eines Standard-Dampfsterilisators rund 115 kg Dampf. Unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten von circa 20% entspricht dies 105 kWh Heizleistung, die in den meisten Fällen durch Erdgas erzeugt wird. Im Normalbetrieb (300 Arbeitstage à 5 Zyklen) werden so im Laufe eines Jahres 153'000 kWh benötigt. Bei der Erdgas-Verbrennung entsteht ein CO2-Ausstoss von durchschnittlich 200 g/kWh bzw. ein jährlicher Ausstoss von 30 t CO2 pro Dampfsterilisator.

Zusätzlich kommt der Stromverbrauch für Betriebsstrom von 4'500 kWh pro Jahr hinzu. Weitere Energiebedarf bestehen für das Kühlen des Sterilisators und die Erzeugung von Druckluft, welche aktuell noch nicht beziffert werden kann.

Die Anzahl der im Markt aktiven Anlagen der Belimed Life Science wird aktuell auf rund 3'000 geschätzt. Wenn bei 20% der Anlagen durch kleine Optimierungen im Anwendungsverhalten eine Einsparung von 10% realisiert werden könnte, resultiert daraus allein für die Dampferzeugung ein jährliches Einsparpotenzial von 1800 t CO2. Dies entspricht dem jährlichen CO2-Ausstoss von rund 1300 PKWs (Annahme: 10’000 km/Jahr, 138 g CO2/km).

Durch grössere Energieeffizienzmassnahmen, wie zum Beispiel der Wärmerückgewinnung, lassen sich noch mehr als 10% des Energieverbrauchs einsparen. Schätzungen gehen von Einsparungen von über 50% aus. Dies muss aber von Fall zu Fall separat beurteilt werden und hängt auch von den örtlichen Gegebenheiten beim Kunden ab.

Indem wir unseren Kunden aufzeigen, was sie verbrauchen, werden sie für betriebliche Optimierungen zur CO2-Reduktion sensibilisiert.

In einem ersten Schritt ist die Entwicklung eines Bordcomputers geplant. In einem zweiten Schritt soll der Bordcomputer im Rahmen eines Pilotprojekts bei Kunden getestet werden. Belimed Life Science beabsichtigt, künftig für ihre Kunden entsprechende Beratungslösungen anzubieten um den Ressourcenverbrauch reduzieren zu können.

What problem would you like to solve?

Aktuell ist nicht bekannt wie viele Energie unsere Dampfsterilisatoren wirklich für den Betrieb benötigen und welchen CO2 Ausstoss sie verursachen. Dies soll mit dem Bordcomputer berechnet und visualisiert werden. Das Ganze soll die Augen öffnen, dass hier viel Optimierungspotential steckt

Who are the customers and how will they profit from a solution?

Unsere Kunden sind Pharmafirmen und Laboratorien weltweit. Sie würden durch enorme Einsparungen vor allem bei Fossilien Brennstoffen profitieren, da der Grossteil der Energie für einen Sterilisator meist durch Erdgas erzeugt wird.

How does your project idea affect energy savings or CO2 emissions.

Unser Projekt ist ein «Augenöffner». Viele Kunden wissen nicht welchen CO2-Fussabdruck sie mit unseren Anlagen hinterlassen, weil keine Werte vorhanden sind. Erkennen Sie die enorm hohen Verbräuche können Massnahmen eingeleitet werden, um diese Verbräuche zu reduzieren

What has been tried before

Der “Verbrauch” eines Sterilisators wurde bisher einmal gemessen und zwar bei der Basisentwicklung vor über einem Jahrzehnt. Diese Messung hat aber genau so viel mit der Realität zu tun wie die NEFZ Verbrauchsangabe bei einem PKW. Der Verbrauch kann auch um das doppelte höher liegen, je nachdem wie der Kunde den Dampfsterilisator betreibt.

What was not successful

Diese Aufgabenstellung gab es noch nie.

What have you learned

Vor allem die letzten 2 Jahre haben gezeigt, dass unsere Kunden immer mehr Wert auf die Nachhaltigkeit unserer Anlagen legen. Fragen nach dem Verbrauch der Anlagen konnten wir als Hersteller nie beantworten, da es das Betriebsgeheimnis unseres Kunden ist, was sie mit dem Dampfsterilisator machen. Wir haben gelernt, dass die Nachfrage nach den wirklichen Verbrauchswerten immer weiter zunimmt. Unsere Kunden möchten wissen, was die Anlagen verbrauchen, um dann an Optimierungen arbeiten zu können

What are your planned work packages:

1. Konzept erstellen: Was soll wie berechnet werden. Welche Sensorik steht zu Verfügung. Theorie für die Berechnung aufstellen.

2. Praktische Versuche machen an einem Test Sterilisator mit Durchflussmessgeräten. Aufzeichnen von Daten.

3. Analyse der Daten und Erstellung eines Algorithmus, der diese Messwerte rechnerisch nachbildet.

4. Erstellung einer Software, die die Messwerte berechnet

5. Versuche mit der Software an einem Test Sterilisator

How can the Energy Lab help you?

Für die Entwicklung brauchen wir kluge Köpfe aus den Bereichen Thermodynamik oder Verfahrenstechnik. Personen die Zusammenhänge erkennen und begreifen wie ohne zusätzliche Messsysteme sämtliche Ressourcenverbräuche berechnet und visualisiert werden können. Gerne würden wir die Entwicklung vom Energy Lab selbst, einem Partner oder einer Hochschule durchführen lassen. Wir stellen natürlich unser Knowhow und Test-Dampfsterilisatoren zu Verfügung.

Wie kann man bei einer Anlage den Ressourcenverbrauch reduzieren, wenn man nicht einmal weiss, wie viel sie von welcher Ressource verbraucht?

Wir meinen, dass wir erst einmal unseren weltweiten Kunden (mit aktuell circa 3000 aktive Anlagen), aufzeigen müssen, wie viele Ressourcen unsere Dampfsterilisatoren benötigen, bevor diese erkennen, dass immenses Potential in der Optimierung der Anlagen steckt.

Deswegen möchten wir einen "Bordcomputer" für unsere Pharma Anlagen entwickeln.