Erfolgreicher Abschluss des Forschungsprojekts SMITH
Konsortium präsentiert Hard- und Software zur Verbesserung der Energieeffizienz von passiv temperaturgeführten Transporten von Flüssigaluminium um bis zu 10 Prozent Nach einer Laufzeit von zweieinhalb Jahren konnte das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Forschungsvorhaben SMITH, das die Verbesserung der Energieeffizienz von passiv temperaturgeführten Transporten am Beispiel von Flüssigaluminium untersuchte, erfolgreich abgeschlossen werden. Am Grevenbroicher Standort der Aleris Recycling GmbH stellte das Projektkonsortium, das durch das Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik (ISL) in Bremen koordiniert wurde, bereits Ende September vielversprechende Ergebnisse vor und demonstrierte die entwickelten Hard- und Softwarekomponenten. Das Hardwaresystem besteht aus einer Funkzentrale mit entsprechenden Sensoren und erfasst beim Transport neben relevanten Umweltdaten auch die Temperatur des transportierten Aluminiums. Die zugehörige Expertensystem-Software ist dabei in der Lage, auf Basis der erhobenen Umweltdaten und unter Berücksichtigung der Kundenwünsche die optimale Abfahrtstemperatur des Flüssigaluminiums für den Transport zu prognostizieren. Mit Hilfe der Systeme können Unternehmen und Transportdienstleister im Niedrig- und Hochtemperaturbereich zukünftig ihre Ware beim Transport durchgängig überwachen und zugleich Einsparungen bei der im Vorfeld notwendigen Erwärmung oder Abkühlung ihrer Ware für den passiv temperaturgeführten Transport realisieren.
Hintergrund von SMITH waren temperaturgeführte Warenströme wie etwa tiefgekühlte oder gekühlte Lebensmittel, Pharmaerzeugnisse, Chemikalien oder Flüssigteer und Flüssigmetall im Hochtemperaturbereich. Ein Teil dieser Transporte wird mit einer aktiven Temperaturführung, ein anderer Teil mit einer passiven Temperaturführung durchgeführt. Die passive Temperaturführung erfolgt ohne Kühlung oder Erwärmung mittels Aggregaten während des Transportes, dabei darf sich die Ware nur innerhalb eines bestimmten Temperaturspektrums abkühlen oder erwärmen.
Das Projekt fokussierte stellvertretend am Beispiel der Aleris Recycling GmbH und den hier durchgeführten Transporten von Flüssigaluminium die Problematik der passiven Temperaturführung. Das flüssige Aluminium muss so erhitzt sowie der entsprechende Transportbehälter so vorgeheizt werden, dass die Anlieferung beim Kunden in der richtigen Verarbeitungstemperatur erfolgt. Das Einstellen beider Temperaturen durch die Verlader erfolgt dabei oftmals erfahrungsbasiert, wobei Daten wie die Transportdauer, der Zustand des Transporttiegels oder Wettereinflüsse wie die Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit und Niederschlagsdichte berücksichtigt werden. Um die notwendige Verarbeitungstemperatur bei Anlieferung nicht zu unterschreiten, werden die Aluminiumschmelze und die Transportwarmhaltetiegel allerdings häufig über das notwendige Maß hinaus erhitzt. Dieses führt zu einer negativen Energieeffizienz, wie sie sich oftmals bei passiv temperaturgeführten Transporten darstellt.
Das Ziel von SMITH war daher die Verbesserung der Energieeffizienz von passiv temperaturgeführten Transporten. Dazu wurde ein Expertensystem entwickelt, das Verlader und Logistikdienstleister bei ihrer Entscheidung über die Ausgangstemperatur der zu transportierenden Waren unterstützt. Die Software prognostiziert dazu die Ankunftstemperatur anwendungsspezifisch auf Basis aktueller Einflussfaktoren wie Transportverhältnisse und Wetterbedingungen und gibt durch Verknüpfung hinterlegter Regeln eine entsprechende Empfehlung zur Einstellung der Abfahrtstemperatur der Ware. Die Bewertung der energetischen Einsparungen erfolgte durch einen quantitativen Vergleich der erfahrungsbasierten Prognosen der Mitarbeiter mit den zugehörigen Prognosen des Expertensystem-Demonstrators. Ausgehend von rund 400 analysierten Fahrten ergibt sich unter den getroffenen Annahmen und der Berücksichtigung gegenwärtiger Preise für Gas und CO2-Zertifikate durch den Einsatz der Software eine Reduktion der Kosten und CO2-Emissionen um bis zu 10,9 Prozent.
Zur Konfiguration des Expertensystems wurde als Hardwarekomponente ein multisensorisches System - bestehend aus einer Funkzentrale, welche die Sensorsignale eines kabellosen On-Board-Sensornetzes empfängt, sowie Funksensoren - entwickelt. In der ersten Ausbaustufe werden Umweltdaten wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Ladegut-Temperatur erfasst und gespeichert. Weitere Messgrößen sind problemlos adaptierbar. Die Funksensoren wurden sehr robust aufgebaut, vollständig vergossen und so gegen alle störenden Umwelteinflüsse geschützt. Sie sind daher insbesondere für den rauen Betrieb an allen Transport- und Nutzfahrzeugen geeignet. Die verwendeten Funksensoren beziehen ihre Betriebsenergie aus einer Lithium-Thionchlorid-Batterie, die einen weiten Temperaturbereich (-20 °C bis +70 °C) bei sehr geringer Selbstentladung unterstützt. Damit sind Batteriestandzeiten von mehreren Jahren problemlos möglich. Das Funknetz selbst ist in dem störsicheren und lizenzfreien 868-MHz-ISM-Band angeordnet. Zur robusten Datenübertragung im praktischen Fahrbetrieb verfügen alle Funkteilnehmer über sogenannte Diversity-Antennen, um möglichen Funklöchern entgegenzuwirken. Die Funkzentrale ihrerseits ist modular aufgebaut und enthält sowohl einen Datenlogger zur lokalen Speicherung der Sensordaten als auch jeweils ein GPS-/GSM-Modul zur Übertragung und Überwachung der Messdaten auf einem Internet-Server. Auf diesem sind Algorithmen zur Überwachung der Messwerte gespeichert, die bei Überschreiten programmierter Grenzwerte einen Alarm auslösen und z.B. auf ein Smartphone übertragen. Dieses System erlaubt erstmalig die lückenlose Überwachung aller Messdaten des beschriebenen Sensornetzes. Die Abfrage des LKW-eigenen CAN-Bussystems erweitert die verfügbaren Messdaten um die fahrzeugspezifischen CAN-Messwerte und komplettiert das mobile Sensorsystem zu einem mit beliebigen Messgrößen erweiterbaren Telematiksystem im Bereich Transport / Logistik.
Die entwickelte Kombination beider Systeme bietet aus Sicht des SMITH-Konsortiums hervorragende Möglichkeiten für Unternehmen im Niedrig- und Hochtemperaturbereich zur intelligenten Kontrolle, Steuerung und Effizienzsteigerung temperaturgeführter Transporte und wird deshalb in Zukunft gemeinsam weiter verfolgt.
Das Projekt SMITH wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Forschungsprogramm "KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz" im Schwerpunkt Klimaschutz und Energieeffizienz gefördert. Neben dem ISL wirkten am Projekt die Unternehmen Aleris Recycling (German Works) GmbH, die scemtec Sensor Technology GmbH, die Smart-TEC GmbH & Co. KG sowie das Institut für Distributions- und Handelslogistik (IDH) des Vereins zur Förderung innovativer Verfahren in der Logistik (VVL) e. V. als Verbundpartner mit.
Das ISL - Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik wurde 1954 in Bremen gegründet und ist heute eines der europaweit führenden Institute für maritime Forschung, Beratung und Know-how Transfer. Unsere Mitarbeiter bearbeiten an den Standorten Bremen und Bremerhaven in interdisziplinären Teams Projekte aus der ganzen Welt. In den Bereichen logistische Systeme, maritime Wirtschaft und Verkehr sowie Informationslogistik entwickelt das ISL innovativen Ideen und erarbeitet praxistaugliche Lösungen.
Firma: Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik (ISL)
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