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Nach 100 Jahren Prozessanalytik

Arbeitskreis Prozessanalytik trifft Industrie 4.0

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PROCESS: Herr Maiwald, wie wird sich die Prozessanalytik durch das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 verändern?

Maiwald: Für die Prozessanalytik ist der Gedanke an intelligente Maschinen gar nicht so neu. Die PAT kann für jede produzierte Charge die Konformität zu akzeptierten Qualitätsmerkmalen aufzeigen. Wenn auf diese Weise ein Qualitätssicherungssystem gestaltet wird, kann die Variabilität von qualitätsrelevanten Einflüssen, wie schwankende Eigenschaften von Ausgangs- und Zwischenprodukten oder Umgebungsbedingungen, abgefangen werden. Das erlaubt variable, qualitätskorrelierte und automatisierte Steuerungen. So wird auch eine dezentralisierte und vernetzte Wertschöpfungskette für weltweit bestehende Produktionsanlagen möglich.

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PROCESS: Sehen Sie Handlungsbedarf bei der Entwicklung von Sensoren für biotechnologische Verfahren?

Maiwald: Für die biotechnologische Prozessanalytik ist das Entwicklungspotenzial enorm groß, um nicht zu sagen, man steht eigentlich noch völlig im Dunkeln. Im Vergleich zu chemischen Prozessen ist die Biotechnologie durch eine ungeheure Komplexität von nicht-linearen intrazellulären Vorgängen und Wechselbeziehungen charakterisiert. Stark unterschiedliche Konzentrationen und Eigenschaften der Zielmoleküle erschweren die Messaufgaben zusätzlich. Sensoren für die Online-Erfassung von Zielproteinen gibt es heute noch nicht. Ein Prozessverständnis wird daher praktisch komplett indirekt abgeleitet, z. B. aus der Messung von Biomasse, Metaboliten und Substraten.

PROCESS: Anwendungen zum Recycling von Einsatzstoffen stellen neue Anforderungen an die PAT. Gibt es hierfür bereits PAT-Produkte?

Maiwald: Im Sensor-based-Sorting werden bereits innovative Techniken auf Basis der optischen Spektroskopie oder Bildgebung eingesetzt, die in Echtzeit sortieren, z.B. Kunststoffschnipsel oder Reiskörner. Für das Recycling von Glasscherben wird auch die Röntgenfluoreszenzspektroskopie auf Transportbändern eingesetzt.

PROCESS: Ist die Ermittlung von Grenzflächen/-phasen mit PAT mittlerweile möglich?

Maiwald: In vielen Fällen funktionieren die klassischen Füllstandstechniken nicht zuverlässig. Derzeit kommen Sensoren auf den Markt, die auf dem Prinzip der kernmagnetischen Resonanz basieren.

PROCESS: Die NIR-Spektroskopie ist das am häufigsten eingesetzte spektroskopische Verfahren in Prozessen. Wo begann die Erfolgsgeschichte?

Maiwald: Die Erfolgsgeschichte der NIRS auf dem Weg vom Labor in den Prozess begann interessanterweise in der streng regulierten pharmazeutischen Forschung und Entwicklung. Mittlerweile ist das Verfahren in der Produktion angekommen. Nicht unbedeutend war dabei die Verankerung der Methode in internationalen Pharmakopöen und natürlich die PAT-Initiative der FDA. Eine erhebliche Herausforderung der Online-Messtechnik ist heute noch die sehr aufwendige Kalibrierung und Justierung mit echten Prozessdaten unter Prozessbedingungen in einem ausreichend umfangreichen Datenraum. Einflüsse von Trübung und Streuung der Matrix werden oft nicht ausreichend verstanden und berücksichtigt.

* Der Autor ist Redakteur bei PROCESS. E-Mail-Kontakt: tobias.hueser@vogel.de

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