Digitaler Zwilling zum Management von Kondensation auf Früchten in Kühllagern

• Antragsteller: Dr.-Ing. Reiner Jedermann; Dr.-Ing. Pramod Mahajan
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik ; Messsysteme ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521409147

Um die Nachfrage der Konsumenten nach frischem Obst über das ganze Jahr befriedigen zu können, werden Äpfel bei geregelter Atmosphäre über mehrere Monate maschinell gekühlt. Dabei verderben jedoch bis zu 10% aller Früchte, zum Großteil durch Wasser- und damit Masseverlust, aber auch durch das Wachstum von Mikroorganismen aufgrund von Kondensation von Wasserdampf auf den Fruchtoberflächen. Die Mechanismen, die zur Kondensation in Kühllagern führen, sind komplex. Modelle für Qualitätsänderungen von Agrarprodukten in Abhängigkeit von Temperatur, Luftfeuchte und Strömungsbedingungen in Lagerräumen und Verpackungen beschränken sich derzeit auf Simulationsstudien. Es ist jedoch größtenteils ungeklärt, wie die Modelle anhand der Abweichung zwischen Vorhersage und aktuell gemessenen Werten korrigiert werden können. Ein solcher Update-Vorgang ist essentiell, um den größtmöglichen Nutzen aus ‚live‘ Sensordaten zu ziehen. Ein genaues Management der Kondensationsbedingungen und der Zeitspanne, während der die Furchtoberfläche benetzt ist, hat daher ein hohes Potential derartige Verluste zu reduzieren. Ziel dieses Projekts ist es, alle beeinflussbaren Parameter wie Temperaturdifferenz am Verdampfer, Luftmenge und On/Off-Zyklen in Kombination mit Sensordaten bestmöglich zu nutzen, um optimale Lagerbedingungen mit einem günstigen Grad an Kondensation zu erreichen. Das Konzept der digitalen Zwillinge wird bereits in zahlreichen industriellen Prozessen erfolgreich eingesetzt. Die wenigen bisher in der Lebensmittellogistik genutzten Anwendungen fokussieren auf Fernüberwachung und weniger auf Sensor basierte Regelung und Steuerung. Die angestrebte Entwicklung eines digitalen Zwillings zur Überwachung und Regelung der Kondensationsbedingungen in Kühllagern beginnt mit der Erstellung eines detaillierten Vorhersagemodells für die Kondensation auf Früchten und der daraus resultierenden Qualitätsänderungen. Das Modellsystem wird in einer Klimazelle mit Fruchtkisten in Originalgröße verifiziert und parametrisiert. Die Modelle werden in Zustandsschätzer transformiert, um eine fortlaufende Korrektur anhand der Sensordaten zu ermöglichen. Nach einer Fehlerfortpflanzungsanalyse werden sie in die Plattform für digitale Zwillinge integriert. Der digitale Zwilling wird neben einer Fernüberwachung insbesondere die Vorhersage von schwer direkt messbaren Größen wie Kondensation an unzugänglichen Stellen, Dauer der Benetzung und deren räumlicher Verteilung ermöglichen. In virtuellen Experimenten können die Effekte geplanter Eingriffe wie die Änderungen der Kühlparameter getestet werden, bevor sie auf das reale Objekt angewendet werden. Ein automatischer Assistent wählt zwischen verschiedenen Interventionen, um optimale Kühl- und Kondensationsbedingungen zu erzielen. Der im Projekt entwickelte digitale Zwilling bildet eine Grundlage für weitere Anwendungen in der Lebensmittellogistik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen