Vom Maiskolben zum T-Shirt

Funktionskleidung wird meist aus Erdöl hergestellt. Ein Unternehmen in China produziert die dafür benötigten Textilfasern jedoch aus Mais. Digitale Lösungen von Siemens sorgen dafür, dass dabei alles rund läuft.

Ausgerechnet Wusu. Die Stadt im Norden der chinesischen Provinz Xinjiang, nur wenige Hundert Kilometer entfernt von der Grenze zu Kasachstan, lebt vom Kohleabbau. Die Förderung des Rohstoffs prägt dort einen großen Teil der Wirtschaft; die Steinkohlevorkommen in der Region gelten als üppig. Inmitten dieses Umfelds arbeitet das Biotechnologieunternehmen Cathay an einer Alternative zu dem fossilen Energieträger.

In einer Fabrik stellt Cathay Fasern her, die synthetische Kleidung biologisch abbaubar machen. Die Entwicklung findet in Schanghai statt. Bisher stecken etwa in Multifunktionskleidung oft Produkte auf Erdölbasis. Ziel sind mikroorganische Reaktoren, die den nötigen Ausgangsstoff für die industrielle Polyamid-Massenherstellung produzieren. Hierzu werden Maiskörner zu Polyamid verarbeitet, woraus dann Fasern für Textilien entstehen.

Doch diese biologischen Prozesse sind aufgrund ihrer Komplexität äußerst schwer zu beherrschen, da sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialen während der Verarbeitung verändern können. Bereits kleinere Abweichungen in der Produktion beeinflussen die Qualität der späteren Faser entscheidend.

Know-how aus Deutschland

Nicht selten stellt sich heraus, dass ein im Labor erfolgversprechendes Verfahren unter realen Produktionsbedingungen nicht funktioniert. Von mehr als 500.000 Laborproben schafft es mitunter nur eine pro Jahr, die strengen Kriterien für die industrielle Produktion zu erfüllen.

Der Schlüssel zum Erfolg bei biologischen Produktionsprozessen liegt für Liu Xiucai, Chairman und CEO von Cathay, im automatisierten Sammeln, Verarbeiten und Analysieren sämtlicher Daten, die im Labor und in der Produktion anfallen. „Mit Hilfe von Big Data können wir die Gesetzmäßigkeiten entschlüsseln, die Entwicklung optimieren, und die Erkenntnisse in der Produktion dann anwenden“, sagt er.

Bei der Digitalisierung seiner Fabrik setzt Cathay auf innovative Technologie Made in Germany. Design, Konstruktion, Betrieb und Wartung des Werks in Wusu hat Siemens übernommen. Lösungen des Unternehmens kommen an mehreren Stellen in der Forschung und Entwicklung sowie bei der finalen Herstellung der umweltfreundlichen Fasern zum Einsatz.

Digitaler Zwilling am Spinnrad

„Bei Cathay wurden die Siemens-Lösungen für einen digitalen Zwilling umfassend integriert, vom Design und Engineering der Anlage für die Faserproduktion, aus der Kleidung hergestellt wird, über die Inbetriebnahme bis hin zu proaktiven Wartungsszenarien in 3D Virtual Reality“, sagt Manuel Keldenich, Projektleiter für Leittechnik bei Siemens. Mit diesem digitalen Zwilling kann Cathay Produktionsabläufe vorab simulieren und optimieren, bevor sie von der Anlage übernommen werden. Durch den Einsatz von SIPAT, einem Tool für Process Analytical Technology von Siemens, kann Cathay unter anderem die Anzahl seiner Testläufe in der Entwicklung deutlich reduzieren. Das System hilft den Forschern dabei, die Beziehung von wichtigen Parametern und dem gewünschten Ziel schneller zu bestimmen.

„Der digitale Zwilling macht es möglich, dass aus Big Data Smart Data werden und so schnell verlässliche Entscheidungen getroffen werden“, sagt Keldenich. Die digitale Fabrik in Wusu soll so die traditionelle Öl-basierte Textilproduktion umweltfreundlicher machen und unter anderem 100.000 Tonnen biologisch hergestelltes Polyamid pro Jahr produzieren – ohne dabei Kompromisse bei der Qualität, der Effizienz und der Skalierbarkeit eingehen zu müssen.

Systeme flechten Infrastruktur

Dafür, dass die Produktion reibungslos verläuft, und zu keiner Zeit stoppt, sorgt das zentrale Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7. Kommt es doch mal zu einer Störung im laufenden Prozess, erscheint umgehend ein entsprechender Alarm beim Anlagenfahrer in der Leitwarte. Durch die nahtlose Integration mit der Software COMOS, die als zentrale Datenbasis für den digitalen Zwilling fungiert, kann nun direkt ein Servicetechniker benachrichtigt werden. Die Störung wird behoben und anschließend automatisch im System dokumentiert. Dank zentraler Ablage kann dies nun als Hilfe für künftige Wartungsarbeiten oder Optimierungen weiterverwendet werden. COMOS erlaubt dank objektorientiertem Datenmanagement das einfache Auffinden und konsistente Bereitstellen jeglicher Information zur Anlage.

Mit den Siemens-Lösungen für die digitale Fabrik hat Cathay mehr Kontrolle über seine Forschung und Produktion. Die Herstellung ist zudem effizienter und kann permanent weiter optimiert werden. CEO Liu ist daher davon überzeugt: Biotechnologie kann nicht nur bessere Materialien in großer Menge herstellen – sondern das zudem noch günstiger als die petrochemische Industrie. Davon profitiert am Ende nicht nur Cathay, sondern auch die Umwelt.

Wie das Biotech-Unternehmen Cathay es geschafft hat, die herkömmliche ölbasierte Produktion durch erneuerbare Materialien zu ersetzen, ohne dabei Kompromisse in der Qualität, Effizienz und Skalierbarkeit einzugehen, lesen Sie hier.

Deutsche Industrielösung in China