Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
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mioty® im Aquakulturbereich - ISOLA

Die Überfischung der Meere, Flüsse und Seen sowie die veränderten klimatischen und ökologischen Bedingungen führen seit Jahren schon zu einem Rückgang der Wildfänge. Daher steigt das Interesse der Gastronomen, des Handels und der Endkunden an Shrimps und Fischen aus Aquakulturen immer mehr. 

Eine der Methoden stellt hierbei das landbasierte rezirkulierende Aquakultursystem (RAS) dar. Bei dieser Art der Fischzucht wird das Wasser, in dem die Fische gehalten werden, kontinuierlich in einem Kreislaufsystem recycelt. Das Wasser wird ständig mechanisch gefiltert, biologisch gereinigt und  mit Sauerstoff angereichert. Anschließend wird das saubere Wasser wieder den Fischen zugeführt. Nur ein sehr geringer Anteil des Prozesswassers muss durch Frischwasser ersetzt werden. 

Ausgangssituation

RAS-Analgen bringen viele Vorteile mit sich: die Qualität der Produkte bleibt durchgehend hoch, es wird ressourceneffizient gearbeitet, ein geringer Umwelteinfluss auf natürliche Gewässersysteme und die Produktionsumgebung kann kontrolliert und optimiert werden. Zudem kann durch verkürzte Lieferwege und -zeiten durch die Produktion in Kundennähe eine besondere Frische des Produktes erreicht werden.

Allerdings birgt die Kreislaufaquakultur hohe Betriebskosten, ist an gesetzliche Forderungen gebunden und mit hohem Personalaufwand verbunden. Die hohe Komplexität der Wechselwirkungen zwischen technisch-wirtschaftlicher Betriebsauslegung und -führung einerseits und der tierphysiologischen Optimierung andererseits setzt ein hohes Maß an interdisziplinärer Kompetenz der Betreiber voraus.

Lösung

Im Rahmen des Projekts zu "Innovative Sensorik, Systemmodelle und IoT Technologien zur Optimierung von landbasierten rezirkulierenden Aquakultursystemen" (ISOLA) werden bestehende Lösungen überarbeitet und verbessert. Durch neue Sensortechnik und dem Ausbau systemischer Sensorik gekoppelt mit der Standard-Sensorik entsteht ein IoT-Condition-Monitoring-System für Aquakulturen. Die Entwicklung eines neuen Trübungssensors mit spektraler Auflösung trägt zur Sicherstellung der Wasserqualität bei. Die Leistungsaufnahme zentraler Komponenten des Kreislaufsystems wird über Stromsensorik erfasst. 

Im Projekt wird an der Fraunhofer-Einrichtung für Individualisierte und Zellbasierte Medizintechnik (IMTE) erstmalig die neue Sensorik in einer realen RAS-Umgebung untersucht. Zur Übertragung für gemessene Sensordaten wird mioty® verwendet. Zusätzlich wird eine modell-basierte Simulation (digitaler Zwilling) für Aquakultur-Kreislaufanlagen entwickelt, dessen Genauigkeit mit den realen Messdaten verglichen wird. Optimierungsmöglichkeiten in der Betriebsführung und den Zuchterfolg werden so über die installierte Sensorik erschlossen.

Nutzen

RAS-Anlagen ermöglichen die Fischzucht nahezu unabhängig von natürlichen Wasserquellen, so können Fischzuchtbetriebe auch auf dem Land betrieben werden. Die Wasserqualität und -temperatur sind besser kontrollierbar und Krankheitsausbrüche können besser vermieden werden, ohne große Verluste zu verspüren. Dank der Nutzung von Sensorik ist insgesamt eine Ertragssteigerung und Kostenminimierung möglich. 

Durch die zusätzliche Entwicklung eines digitalen Zwillings kann der gesamte Anlagenbetrieb hinsichtlich Wasserqualität und Energieverbrauch optimiert werden, und das bereits in der Planungsphase der Anlage. Ein Abgleich der Simulation mit realen Prozessdaten im laufenden Betrieb kann zusätzlich kritische Betriebszustände und Ineffizienzen voraussehen und verhindern.