Autonome Sensorknoten: Live aus dem Siloinneren

1.2.2018

Eine gute Silage ist im wahrsten Sinne des Wortes die Grundlage für eine effiziente Biogasproduktion. Dank autonomer Sensorknoten aus dem Fraunhofer IZM ist es jetzt möglich, Daten direkt aus dem Inneren des Silos zu sammeln und so den Silierprozess zu überwachen.

© Fraunhofer IZM

Kugel mit Innenleben: Ein extra robustes Gehäuse schützt die Sensoren vor dem hohen Druck der verdichteten Silage.

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Sensorsystem zur Überwachung des Silierprozesses in der Biogasproduktion.

Silierung ist eine bewährte Methode, um Substrate für Biogasanlagen (meistens Mais) durch Vergärung haltbar zu machen. Das zerkleinerte Pflanzenmaterial wird dazu in das Silo eingebracht und verdichtet, danach wird das Silo luftdicht abgeschlossen, um die Ausbreitung von anaeroben Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Schimmelpilzen zu verhindern. Milchsäurebakterien fühlen sich hingegen in diesem Milieu pudelwohl und wandeln den im Siliergut enthaltenen Zucker in Säuren (vor allem Milchsäure) um. Je besser der Silierprozess gelingt, umso effizienter ist die Produktion von Biogas.

Störgrößen frühzeitig erkennen

Bislang fehlte es an geeigneten Methoden, um den gesamten Prozess vom Auffahren des Silos bis hin zur Entnahme des Silagegutes überwachen zu können. Forschende des FraunhoferInstituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM haben gemeinsam mit dem Julius-Kühn-Institut (JKI) und der Esys GmbH eine Multisensorik-Lösung für ein lückenloses Monitoring entwickelt. Mit autonomen Sensorknoten wird es erstmals möglich, Messwerte direkt im Siloinneren zu sammeln und auf diese Weise kritische Parameter wie etwa die Verdichtung beim Auffahren des Silos zu überwachen. Störgrößen im Laufe des Silierprozesses und nach der Entnahme können frühzeitig erkannt und beseitigt werden, bevor es zu einer Verminderung der Silagequalität kommt. Das Team legte auf der Basis von Vorversuchen geeignete Sensoren für die Messung von pH-Wert, Temperatur und Dichte fest, konzipierte eine energieminimierte Signalaufbereitung und entwickelte ein extrem robustes Gehäuse, das zum einen den hohen Drücken der verdichteten Silage standhält, als auch die nach außen geführten Sensoren gegenüber der empfindlichen Elektronik hermetisch abdichtet. Für die Kalibrierung der Sensorik haben Projektmitarbeitende vom JKI ein Modellsilo entwickelt.

Anbindung an etablierte Erntemanagement-Software

Das Kommunikationskonzept sieht eine drahtlose Anbindung der Sensorknoten an eine mobilfunkgestützte Internet-Bridge vor, welche die Daten an einen Webserver mit Datenbank weiterleitet. Dies wird durch die Esys GmbH realisiert. Die Ergebnisse sind über eine Web-API abrufbar. Eine Android-App für den mobilen Einsatz dient der geografisch bezogenen OnlineDarstellung der Messwerte. Die Verwendung eines im ErntedatenManagement gängigen SoftwareStandards sorgt zudem dafür, dass die Sensor daten später in bereits etablierte landwirtschaftliche Softwarelösungen integriert und damit unmittelbar in die Praxis übertragen werden können. Nach den ersten erfolgreichen Sensortests steht der Praxistest im realen Betrieb eines Silierzyklusses an.