System zdalnego monitorowania zwiększa wydajność produkcji piwa i bioetanolu
Procesy warzenia piwa i produkcji bioetanolu są do siebie zaskakująco podobne. W obu dochodzi do przemiany węglowodanów (cukrów i skrobi) w etanol w obecności wybranych gatunków drożdży. Ale podczas gdy w procesie warzenia piwa celem jest otrzymanie produktu konsumenckiego o powtarzalnym smaku i jakości, w przypadku bioetanolu najważniejsza jest wydajność produkcji. „Jednym z etapów obu procesów jest mieszanie ziarna z wodą i jego podgrzewanie. Jest to tak zwane zacieranie”, wyjaśnia Christian Nybo Petersen, koordynator projektu OptiSpec, współzałożyciel i inżynier ds. technicznych duńskiej firmy Specshell. „W ten sposób otrzymujemy zawiesinę o papkowatej konsystencji, w której dochodzi do przemiany skrobi w fermentowalny cukier”. W kolejnym kroku następuje fermentacja, w wyniku której zacier przekształca się w alkohol. W przypadku produkcji bioetanolu ciecz podlega dalszej destylacji i w ten sposób otrzymuje się czysty alkohol. Zdalne monitorowanie etapu przemiany w procesach warzenia piwa i produkcji bioetanolu było dotychczas bardzo trudne. Dlatego automatyczny system dostarczający szczegółowych danych na temat składu, w tym stopnia stężenia cukru w całym procesie, pomógłby producentom poprawić jakość i podnieść wydajność produkcji.
Doskonalszy system zdalnego monitorowania
Właśnie taki cel przyświecał założycielom firmy Specshell, duńskiego start-upu, który rozpoczął swoją działalność w 2014 roku. „Naszą pierwotną koncepcją było zaadaptowanie techniki spektroskopii w średniej podczerwieni do celów zdalnego monitorowania procesu zacierania piwa”, mówi Petersen. „Nasz pierwszy produkt przeznaczony dla przemysłu trafił na rynek w 2018 roku”. Niestety nie był on przystosowany do procesu produkcji bioetanolu, a ponadto brakowało mu istotnej funkcji wydawania zdalnych komunikatów w czasie rzeczywistym, umożliwiających wprowadzanie niezbędnych korekt w trakcie procesu zacierania piwa. Środkiem do rozwiązania obu tych problemów był rozpoczęty w październiku 2019 roku finansowany ze środków UE projekt OptiSpec. Jego twórcy postawili przed sobą cztery jasno sprecyzowane zadania. Pierwsze dotyczyło fizycznej zmiany samego projektu instrumentu, tak by lepiej wpisywał się w środowisko przemysłowe obu procesów. Drugie zadanie polegało na opracowaniu zdolności predykcyjnych na potrzeby etapu zacierania piwa poprzez zastosowanie technik uczenia maszynowego. „Po trzecie, opracowaliśmy zestaw danych, dzięki któremu nasz instrument mógł być wykorzystany w procesie fermentacji bioetanolu, oraz dostosowaliśmy interfejs użytkownika do konkretnych potrzeb tego przemysłu”, opowiada Petersen. „Ostatnie, czwarte zadanie dotyczyło walidacji przemysłowej”.
Gotowość przemysłowa
Projekt został zrealizowany zgodnie z planem. „Testy demonstracyjne pokazały, że model fermentacji etanolu działa z taką samą powtarzalną wydajnością w rzeczywistych warunkach przemysłowych”, przekonuje Petersen. „Nie spotkałem się jeszcze z projektem, który nie napotkałby żadnych trudności. Nie inaczej było w naszym przypadku, dlatego w kilku miejscach musieliśmy zmienić nasze priorytety. Ponadto kryzys związany z pandemią COVID-19 zmusił nas do przeniesienia procedury walidacji bliżej naszej europejskiej siedziby”. Zakończone sukcesem testy oznaczają, że nowe instrumenty są gotowe do komercjalizacji. „Spodziewamy się sporego ożywienia na rynku”, mówi Petersen. „Jestem przekonany, że dysponujemy technologią, która zaspokoi potrzeby browarów i producentów bioetanolu na całym świecie”. Petersen przewiduje, że firma wykorzysta istniejące kontakty handlowe do celów komercjalizacji na rynku browarniczym, jeśli zaś chodzi o sektor bioetanolu, badacz planuje nawiązywanie nowych kontaktów. „Na początku chcemy dotrzeć do producentów bioetanolu z Europy i Ameryki Północnej”, mówi. „Z czasem projekt zacznie przynosić korzyści obu sektorom. Pamiętajmy, że jeszcze kilka lat temu możliwość zdalnego monitorowania procesów zacierania i fermentacji pozostawała w sferze marzeń”.
Słowa kluczowe
OptiSpec, bioetanol, piwo, etanol, warzenie piwa, drożdże, węglowodany, fermentacja
