Blandt frontløberne
Han peger på, at digitale tvillinger allerede bliver brugt i mange brancher som f.eks. byggeri og energi, hvor de bl.a. understøtter drift, vedligehold og energioptimering. Men anvendelsen i spildevandsrensningen er forholdsvis ny.
Novonesis hører til blandt de virksomheder, der er langt fremme i brugen af digitale tvillinger til biologisk rensning af industrielt spildevand. Virksomheden står for driften af det fælles industrielle renseanlæg i Kalundborg, hvor spildevand og biomasse fra både deres egen og Novo Nordisks bioteknologiske og farmaceutiske produktion bliver behandlet.
Det er en kompleks renseproces, hvor sammensætningen af spildevandet varierer, og der er mange biologiske processer samtidig, hvor mikroorganismer bl.a. nedbryder organisk stof og fjerner kvælstof og fosfor fra spildevandet.
”Presset på de industrielle renseanlæg betyder, at spildevandet skal renses mere effektivt, så udledningen af organisk stof og næringsstoffer bliver lavere. Samtidig vokser mængderne, og det øger belastningen. Renseprocessen er så kompleks, at den ikke kan styres med mavefornemmelser eller små justeringer. De mange biologiske processer påvirker hinanden, og ændringer ét sted kan få konsekvenser et helt andet. Det handler derfor ikke længere kun om at reagere på problemer, men om at kunne forudse dem og have kontrol over hele processen. Det er her, den digitale tvilling kommer ind i billedet,” siger Krist V. Gernaey.
Solidt beslutningsgrundlag
Den digitale tvilling bruges til at optimere renseanlægget, som renser spildevand fra Novonesis og Novo Nordisks produktion i Kalundborg. I en lang årrække har han sammen med sin forskningsgruppe udviklet matematiske modeller, der kan simulere og optimere de biologiske og industrielle processer.
Modellerne giver en detaljeret forståelse af, hvad der sker i et renseanlæg – fra hvordan vandet bliver renset, og bakterier arbejder, til hvordan energi og kemikalier bliver brugt i rensningen. Modellerne er blevet testet i samarbejde med danske forsyningsselskaber og i flere erhvervsforskningsprojekter.
De seneste 10 år har DTU sammen med Novonesis brugt modellerne til at udvikle en digital tvilling af virksomhedernes industrielle renseanlæg for at få en bedre forståelse af dets processer. I praksis fungerer den digitale tvilling hos Novonesis som et softwarebaseret system, der kører på en server og løbende bliver opdateret med data fra sensorer, der måler temperatur, pH, hvor meget spildevand der strømmer gennem anlægget, samt mange andre komplekse målinger. Den danske ingeniørvirksomhed DHI har opbygget løsningen i en softwareplatform, der er direkte koblet til anlæggets data.
Kombinationen af matematiske modeller og realtidsdata gør det muligt at beregne og forudsige, hvad der vil ske i anlægget. Det giver et solidt beslutningsgrundlag.
”Vi forventer, at den digitale tvilling kan give os indsigt i, hvad der sker i den biologiske del af anlægget, som vi ikke fysisk kan se på måleinstrumenter. Den fungerer samtidig som et testmiljø, hvor vi kan afprøve ændringer i drift, opsætning og styring uden at påvirke den daglige drift. Det giver et klart billede af konsekvenserne for miljøkrav, CO₂-udledning og økonomi,” siger Sille Bendix Larsen, Environmental Technology Specialist hos Novonesis.
Styringen af anlæg er vigtig
I dag har Novonesis taget den digitale tvilling i brug til bl.a. at simulere, hvordan det eksisterende styresystem kan reducere udledningen af lattergas fra et aktiv slamanlæg. De bruger også teknologien i investeringsprojekter til at vurdere effekter på kapacitet og udledninger samt til at analysere, hvordan nye råvarer påvirker renseanlægget. Derudover er modellen brugt i forbindelse med ændringer i anlæggets opbygning for bedre at udnytte ressourcerne i spildevandet. Næste skridt er at integrere den digitale tvilling fuldt ud i den daglige drift.
På sigt håber Sille Bendix Larsen, at den digitale tvilling kan styre dele af driften og sende signaler til anlæggets styringssystem ved behov. Dermed kan den både understøtte beslutninger og fungere som en praktisk assistent for operatørerne, f.eks. ved fejlfinding, samtidig med at den bidrager til at identificere risici og planlægge vedlige hold mere systematisk. Det siger noget om, hvor vigtig styringen af anlægget er, forklarer Krist V. Gernaey:
”Det er blevet en grundlæggende del af virksomhedernes ansvar at håndtere deres eget spildevand og affald. Når man producerer, følger der også noget med, som skal renses og behandles. Renseanlægget er derfor ikke noget, der ligger ved siden af produktionen – men en nødvendig del af selve produktionen. Uden anlægget ville spildevandet belaste det øvrige spildevandssystem og i sidste ende kunne føre til forurening af vandmiljøet. Samtidig arbejder vi på at reducere energiforbruget og bruge ressourcerne bedre.”
Som eksempel nævner Krist V. Gernaey, at man kan udnytte restprodukter fra slam og anvende det som gødning. Det rensede spildevand hos Novonesis og Novo Nordisk kan i nogle tilfælde også genbruges i produktionen og reducere behovet for nyt vand.
Samtidig kan man udnytte både vand og ressourcer fra spildevandet – bl.a. biomasse – i Kalundborg Symbiose. Her samarbejder virksomheder og forsyning om at cirkulere ressourcer som spildevand, renset spildevand, brugt kølevand, biomasse, gødning og biometan. En af de ressourcer, der også udnyttes, er varmen i spildevandet. Kalundborg Forsyning modtager en del af det rensede spildevand og udnytter varmen via en varmepumpe, som sender den videre til fjernvarmenettet.
