Digital GreenTech Konferenz 2022
Wie kann Künstliche Intelligenz dabei helfen, Recyclingverfahren zu verbessern? Und mit welchen digitalen Tools können Wasserversorgungs- und Waldökosysteme effizienter überwacht werden? Diese und viele weitere Fragen thematisierte die Digital GreenTech Konferenz 2022.
Vom 7.-8. November 2022 präsentierten Verbundprojekte aus der Fördermaßnahme „Digital GreenTech – Umwelttechnik trifft Digitalisierung“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) den aktuellen Stand ihrer Forschungsarbeiten in den Bereichen Wasserwirtschaft, nachhaltiges Landmanagement, Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft. Dabei beleuchteten sie gemeinsam mit der interessierten Öffentlichkeit die vielfältigen Einsatzpotenziale digitaler Technologien für den Umweltschutz und nahmen die Besonderheiten in den Blick, die auftreten, wenn Umwelttechnik auf Informatik trifft.
Die Highlights der Konferenz waren die spannende Keynote von Prof. Dr. Lynn Kaack, Juniorprofessorin für Computer Science and Public Policy an der Hertie School in Berlin, zum Thema Wie hängen maschinelles Lernen und Klimaschutz zusammen? sowie ein Spotlight auf das Thema Nachhaltigkeitsanalysen von Martin Möller, Senior Researcher am Öko-Institut e.V. Darüber hinaus gab es wissenschaftliche Postersessions und viele Netzwerkmöglichkeiten.
Vorträge
Begrüßung Digital GreenTech Konferenz 2022 Tag 1
Die Eröffnung der ersten Digital GreenTech Konferenz 2022 mit Dr. Vera Grimm (BMBF), Christoph Pflock (BMWK) und Dr. Anne Gunkel (Projektträger Karlsruhe).
Von elektronischen Nasen und Drohnen-Daten: Ein digitales Waldökosystem-Monitoring (ForestCare)
Der Klimawandel trifft auch den Wald: Bäume leiden unter veränderten Bedingungen. Dazu zählt zum Beispiel, dass immer mehr Fichten von Borkenkäfern befallen werden. Um rechtzeitig und nachhaltig darauf reagieren zu können, ist es wichtig, diese Schäden schnell zu erkennen.
Dr. Sebastian Paczkowski stellt in seinem Vortrag das Projekt ForestCare vor, das sich dieser Herausforderung widmet. Im Projekt kommt unter anderem eine drohnenbasierte „elektronische Nase“ zum Einsatz. Deren Daten werden mit Drohnen- und Satellitendaten ergänzt und mittels statistischer und KI-basierter Verfahren ausgewertet. Damit sollen Schäden an einzelnen Bäumen frühzeitig identifiziert werden. Der Vortrag legt dar, wie ForestCare das Waldentwicklungs-Monitoring entscheidend verbessern und so eine reaktionsfähige Waldwirtschaft unter schwer vorhersehbaren Rahmenbedingungen ermöglichen will.
Sprecher: Dr. Sebastian Paczkowski
Vom Baum zum Brett: Digitale Prozessketten für eine transparentere Holzwirtschaft (DiGeBaSt)
Nur wenige Verbraucher*innen kennen den Weg vom Baum zum Brett. Zudem ist dieser oft schwer nachzuvollziehen. Wie komplex die Fertigungskette ist, zeigt Susanne Hensel, Koordinatorin des Projekts „DiGeBaSt“: Sie stellt verschiedene Ernte-Methoden vor und beleuchtet die Unterschiede zwischen der Holzernte mit Harvestern, also großen Holzernte-Maschinen, und der eines Forstwirts mit Motorsäge. Ihr Projekt soll helfen, diese Prozessketten zu digitalisieren. Die Grundidee ist, Bäume anhand ihrer Jahresringstruktur zu identifizieren. Dadurch können Beteiligte an jedem Punkt des Prozesses Informationen abrufen und hinzufügen.
Sprecherin: Susanne Hensel
Neues für das Altpapier: Ein Assistenzsystem für Maschinenführer inklusive Qualitätsprognose (ODiWiP)
Zu branchenübergreifenden Herausforderungen gehören heutzutage die Reduktion der Treibhausgasemissionen und die Ermöglichung einer zirkulären Wertschöpfungskette. Die Herstellung von Papier aus Altpapier ist jedoch immer noch eine sehr ressourcenintensive Aufgabe, insbesondere im Hinblick auf den Energieverbrauch. Obwohl Papiermaschinen viele Daten produzieren, haben wir festgestellt, dass diese nicht ausreichend genutzt werden. Unser Ansatz ist die Implementierung eines Konzepts, bei dem ein Bedienerassistenzsystem und modernste maschinelle Lerntechniken, z. B. Algorithmen zur Klassifizierung, Vorhersage und Behandlung von Alarmfluten, diese Daten zur Unterstützung der täglichen Bedieneraufgaben nutzen. Hauptziel ist es, den Maschinenführern situationsspezifisches Wissen unter Nutzung der verfügbaren Daten zur Verfügung zu stellen.
Sprecher: Alexander Becher
Kanal digital: Ein KI-basiertes Kanal-Instandhaltungsmanagement (KIKI
Kanäle müssen sicher sein, damit kein Abwasser das Grundwasser verschmutzt. Doch das Kanalsystem auf Schäden zu kontrollieren ist aufwendig. Digitale Inspektionsverfahren können diese Tätigkeit übernehmen und effizienter erledigen. Hier setzt das Projekt KIKI an: Tomas Cerniauskas und sein Team entwickeln eine KI, die Schäden auf Kanal-Bildern erkennt. Kombiniert mit historischen Daten soll sie den zukünftigen Alterungsprozess von Kanal-Systemen vorhersagen können. Ziel ist ein digitaler Zwilling des Kanalisationsnetzes, das Menschen mittels Virtual/Augmented Reality kontrollieren können. Tomas Cerniauskas stellt so eine moderne Möglichkeit vor, Instandhaltung strategisch zu planen.
Sprecher: Tomas Cerniauskas
Komplex aber schnell: Echtzeitsimulation von intelligenten Abwassernetzen (i-SEWER)
Der Klimawandel erzeugt immer häufiger wiederkehrenden Starkregen, der das Kanal-System überschwemmt. Das dabei überlaufende Abwasser verschmutzt wiederum Gewässer. Durch vorrausschauende Planung ließe sich das Kanal-System auf Starkregen einstellen und Überschwemmungen könnten so verhindert werden. Felix Weiske stellt in seinem Vortrag vor, wie das kürzlich gestartete Projekt i-SEWER diese Herausforderung angeht. Die Idee ist, ein komplexes Abwasser-Netzmodell durch ein schnelles Ersatzmodell, das sogenannte Surrogat, zu ersetzen. Dafür werden aktuelle Modelle des Maschinellen Lernens eingesetzt, die Überschwemmungen schnell und präzise simulieren. Felix Weiske weist damit beispielhaft auf das Potenzial der Digitalisierung in der Wasserwirtschaft hin.
Sprecher: Felix Weiske
Ein Blick in die Zukunft: Einheitliche Strategien für die digitalisierte Wasserwirtschaft (Blue2035)
Zunächst zögerlich, haben inzwischen zahlreiche Unternehmen der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung begonnen, ihre Geschäftsabläufe digital zu transformieren. Dabei entstehen häufig Insellösungen, die langfristig nur mit erheblichem Aufwand betrieben werden können. Wie gelingt es, dass stattdessen gemeinsam an Lösungen gearbeitet wird? Dr. Andreas Pirsing stellt in seinem Vortrag das Projekt Blue2035 vor, das sich dieser Herausforderung widmet. Er ist einer der Forschenden, die sich fragen, wie die Wasserwirtschaft in zehn bis 15 Jahren aussehen wird. Er gibt Einblicke, wie die Berliner Wasserbetriebe, die Stadtentwässerung Köln, der Lippeverband, LeiKon, die TU Dresden und Siemens gemeinsam ein Zukunftsbild (Picture-of-the-Future) entwickeln, das die Möglichkeiten der Digitalisierung in der Wasserwirtschaft abbildet und bewertet. Ziel von Blue2035 ist, dass Unternehmen einen Bebauungsplan erhalten, nach dem sie sich strategisch orientieren können und der „weiße Flecken“ für weitere Forschungen aufzeigt.
Sprecher: Dr. Andreas Pirsing
Auf der Suche nach dem Unbekannten: Spurenstoff-Tracking für eine nachhaltige Wasserversorgung (K2I)
Oberflächengewässer sind eine wichtige Ressource für unser Trinkwasser. Gleichzeitig sind Oberflächengewässer permanent einer Vielzahl von Einträgen von Spurenstoffen und Mikroorganismen ausgesetzt. Unter den gesamten Spurenstoffeinträgen kann derzeit nur ein Bruchteil identifiziert werden. Mit dem Non-Target Screening können neben bekannten auch nicht erwartete oder unbekannte Inhaltsstoffe erkannt werden. Dazu werden Wasserproben mit einer hochempfindlichen Spurenstoffanalytik (Flüssigkeitschromatographen und hochauflösende Massenspektrometer) untersucht. Bis zur breiten Anwendung in der Praxis gilt es jedoch noch viele Herausforderungen zu lösen. In seinem Vortrag stellt Dr. Uwe Müller Lösungsansätze aus dem Projekt K2I vor, um das Non-Target-Screening effizienter durchzuführen. Im Mittelpunkt steht ein Demonstrator für eine cloudbasierte Lösung, um die Analysendaten unter Einbeziehung von Methoden der künstlichen Intelligenz automatisiert auszuwerten und die Ergebnisse in Kooperation mit Wasserversorgungsunternehmen unter Praxisbedingungen zu testen.
Sprecher: Dr.-Ing. Uwe Müller
Decoding Spurenstoffe: Eine ressourceneffiziente Spurenstoffelimination aus Abwasser (DecS)
Kontinuierlich fließen geklärte Abwasserströme in Gewässer. Dieses Abwasser ebenso kontinuierlich auf unerwünschte organische Spurenstoffe zu kontrollieren, ist sehr aufwändig. Prof. Dr. Tobias Morck arbeitet mit an der Verwirklichung einer Idee, die dies ändern soll. In seinem Vortrag wird er zeigen, dass die Messung des Absorptionskoeffizienten im Abwasser eine effektive und einfache Methode ist, Abwasser auf Restorganik zu untersuchen. Er wird darauf eingehen, wie im Projekt DecS nachhaltige Modelle etabliert werden, diese Stoffe aus Abwasser zu eliminieren. Und er kann erste Ergebnisse zur Testung der entwickelten Methoden in zwei Kläranlagen präsentieren. Prof. Morck verdeutlicht damit, wie intelligente Datenverarbeitung zu sauberen Gewässern beitragen kann.
Sprecher: Prof. Dr. Tobias Morck
Ressourcenschonendes und KI-gestütztes Infrastrukturmanagement
Die Instandhaltung der Infrastruktur stellt sich aktuell den Herausforderungen des Personalmangels, des Investitionsrückstandes und der fehlenden Digitalisierung. In diesem Impulsvortrag wird eine mögliche Lösung dieser Probleme im Bereich der Straßeninstandhaltung beleuchtet. Statt dem Durchführen von personalintensiven, kostenintensiven und ökologisch belastenden Prozessen zur Zustandsbestimmung werden Straßenzustände automatisiert durch Verfahren künstlicher Intelligenz beurteilt und bewertet. Durch eine Integration der Lösung in kommunale Fahrzeuge werden Synergien gehoben. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche, kostengünstige und objektive Bewertung des Straßennetzes. Zusätzlich kann durch das Sammeln der Datenhistorie und das Miteinbeziehen externer Einflüsse eine Prognose der Straßenzustände durchgeführt werden.
Sprecher: Marcel Mutz
Nachhaltigkeitsgewinne durch digitale Technologien
Ergebnisse und Diskurse der Nachhaltigkeitsanalysen der Projekte der Fördermaßnahme "Digital GreenTech – Umwelttechnik trifft Digitalisierung".
Sprecher*innen: Martin Möller, Dr. Jueying Qian, Catherine, Last Felix Seiser
Begrüßung Digital GreenTech Konferenz 2022 Tag 2
Begrüßung Digital GreenTech Konferenz 2022 Tag 2 mit Nikolas Becker (Gesellschaft für Informatik e.V.).
Wie hängen maschinelles Lernen und Klimaschutz zusammen?
Keynote zum Thema "Wie hängen maschinelles Lernen und Klimaschutz zusammen?".
Sprecherin: Prof. Dr. Lynn Kaack
Chemie-Abfälle wiederverwerten: Ein digitales Informationsmanagement für die Kreislaufwirtschaft (DigInform)
In der produzierenden Chemie- und Pharmaindustrie fallen in Deutschland jährlich ca. 3,2 Mio. Tonnen Abfall an. Vieles davon kann wiederverwertet werden – doch dazu braucht es mehr Informationen und Vernetzung. Wie lässt sich diese voranbringen? Dr. Andrea Gassmann stellt das Projekt DigInform vor, in dem ein Informations-Managementsystem konzipiert, entwickelt und getestet wird. Sie erklärt, wie das System Produzenten und Entsorger vernetzen soll und wie sie damit relevante Daten und Informationen austauschen können. Der Vortrag zeigt auf, wie kluges Management dazu beiträgt, stoffliche Verwertung zu steigern sowie die thermische Verwertung und Deponierung zu minimieren.
Sprecherin: Dr.-Ing. Andrea Gassmann
Batterie-Recycling reloaded: Optimierung des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien durch digitale Verfahren (DiRecLIB)
Alte Batterien enthalten viele wiederverwertbare Ressourcen. Das Recycling ist jedoch herausfordernd – denn die Rohstoffe, die wiederverwendet werden sollen, altern und bringen je nach Batterie verschiedene Eigenschaften mit sich. Felix Seiser widmet sich in seinem Beitrag daher der Frage, wie Recycling optimiert werden kann. Dabei geht er auf neue, industrierelevante Materialien (z. B. für Elektro-Autos) ein, die im Projekt DiRecLib untersucht werden. Er stellt vor, wie in DiRecLib ein digitaler Zwilling die Prozesskette des Recyclings nachbildet und welche Rolle Künstlicher Intelligenz dabei zukommt. Der Vortrag macht deutlich, wie Batterie-Recycling vorangebracht wird, indem Prozessparameter auf verschiedene neue Materialien angepasst werden.
Sprecher: Felix Seiser
Der Zwilling meines Kühlschranks: Digitale Verfahren für ein effizientes Kühlgeräte-Recycling (DiKueRec)
In Kühlschränken werden für die effektive Kühlung und die Isolierung die verschiedensten Kälte- und Treibmittel eingesetzt. Einige davon weisen erhebliches Gefährdungspotenzial auf – etwa FCKW oder nicht halogenierte brennbare Kohlenwasserstoffe. Entsorger*innen müssen all dies berücksichtigen und immer komplexere Prozessketten einrichten. Jochen Schiemann zeigt, wie sie mit dieser Komplexität umgehen können. Dazu stellt er den Ansatz des Projekts DiKueRec vor, in dem das Kühlgeräterecycling effizienter gestaltet werden soll. Im Vortrag geht Jochen Schiemann darauf ein, wie digitale Zwillinge oder künstliche Intelligenz auf die Prozessketten der Entsorgung Einfluss nehmen können und welche Herausforderungen das Projekt dabei angeht. Ziel von DiKueRec ist es unter anderem, die Verwertung von Kühlgeräten energieffizienter und noch sicherer zu machen.
Sprecher: Jochen Schiemann
Plattformen für Recycling nutzen: Digitalisierung für ein optimiertes Plastik-Recycling (CYCLOPS)
Es gibt heute viele Möglichkeiten, Kunststoffe zu recyceln – mehr, als bisher angewandt werden. Oft fehlt dafür das entsprechende Wissen. Dr. Jan Werner stellt das Projekt CYCLOPS vor, in dem eine Lösung für dieses Problem gefunden werden soll. Er erklärt, wie ein digitales System Akteur*innen rund um die Kunststoff-Entsorgung und -Erzeugung dabei unterstützen kann, Kunststoffabfälle wiederaufzubereiten. Dabei geht er darauf ein, welche digitale Methoden dabei eine Rolle spielen, etwa ein digitales Abbild der Abfallströme, KI sowie vorhandene Online-Handelsplattformen für Sekundärkunststoffe. In seinem Vortrag zeigt Dr. Jan Werner, wie Digitalisierung dazu beitragen kann, Ressourcen zu schonen und die Kreislaufwirtschaft zu stärken.
Sprecher: Dr. Jan Werner
Verabschiedung Digital GreenTech Konferenz 2022
Die Verabschiedung der Digital GreenTech Konferenz 2022 mit Dr. Anne Gunkel (Projektträger Karlsruhe).