Die Konzentration und Zusammensetzung flüchtiger Fettsäuren (VFA) sind zentrale Indikatoren für den mikrobiellen Stoffwechsel und die Prozessstabilität anaerober Fermentationen. Ihre kontinuierliche und komponentenspezifische Erfassung unter realen Prozessbedingungen stellt jedoch weiterhin eine erhebliche analytische Herausforderung dar. Das Verbundprojekt sensAI untersucht, wie sich membranbasierte Stofftrennung, optische Spektroskopie und datengetriebene Auswertungsverfahren zu einem robusten Online-Messsystem kombinieren lassen. Im Mittelpunkt steht die wissenschaftliche Fragestellung, inwieweit sich einzelne Fettsäuren wie Acetat, Propionat und Butyrat aus komplexen Fermentationsmedien selektiv erfassen und ihre Konzentrationen für eine vorausschauende Prozessführung nutzbar machen lassen.
Hierzu wird ein Membran-Bypass-System entwickelt, das die kontinuierliche Bereitstellung einer analytisch zugänglichen Messphase unabhängig auch von komplexen, feststoffhaltigen Fermentationsmatrices ermöglicht. Die spektroskopische Untersuchung sequenziell selektierter VFA erfolgt insbesondere mittels spektroskopischer und chemometrischer Methoden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Einsatz von Machine Learning und hybrider Prozessmodellierung. Multivariate Kalibrierverfahren und datengetriebene Modelle sollen die Quantifizierung einzelner Fettsäuren aus überlagerten Messsignalen ermöglichen. Durch die Verknüpfung der Sensordaten mit reaktionskinetischen Modellen des mikrobiellen Stoffwechsels werden darüber hinaus prädiktive Ansätze zur frühzeitigen Erkennung kritischer Prozesszustände untersucht. Die entwickelten Technologien werden schrittweise unter praxisnahen Bedingungen validiert und in eine Biogaspilotanlage integriert. Langfristiges Ziel ist eine kontinuierliche, wartungsarme Prozessüberwachung als Grundlage für eine bedarfsgerechte Substratdosierung und stabilere Biogasproduktion.
Projektlaufzeit: 01.10.2026-30.09.2029
Förderung: Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH), über die FNR e.V.
Förderkennzeichen: 2224NR128A
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Nils Tippkötter
Projektkoordination: Institut für Bioverfahrenstechnik, TU Braunschweig
Projektpartner: PlanET Biogas GmbH
Assoziierter Partner: Spectral Service AG
Wissenschaftliche Zusammenarbeit Instrumentelle Analytik (Prof. Monakhova) und Biogasgruppe NOWUM-Energy, FH Aachen