Was haben die Trendthemen Kreislaufwirtschaft, Batterieproduktion und Pflanzenproteine gemeinsam? Sie fordern die Kreativität der Verfahrenstechniker heraus und sie folgen den globalen Megatrends Ressourcenknappheit, Mobilität, Ernährung und Klimaschutz. Wo im vergangenen Jahrzehnt der Fokus auf neuen chemischen Verfahren und digitalen Technologien lag, schlägt nun die Stunde der mechanischen Verfahrenstechnik.

Die Verfahrenstechnik bezeichnet alle Prozesse in Technik und Wirtschaft, in denen aus einem Rohmaterial ein Produkt geschaffen wird. Sie steht zwischen der Gewinnung der Rohstoffe und der Herstellung von Fertigprodukten. Als Ingenieur:in für Verfahrenstechnik planst und entwickelst Du Verfahren, baust Anlagen und Maschinen und nimmst sie in Betrieb.

Der Elektrifizierung von Wirtschaft und Mobilität gehört die Zukunft. Und eine entscheidende Rolle werden dabei Speichertechnologien spielen. Doch stellt man Experten die Frage, wo in der Batterietechnik das größte Innovationspotenzial zu erwarten ist, dann wird die Antwort die meisten Menschen überraschen: Nicht in der Chemie und bei neuen Materialien, sondern in der Produktionstechnik. Während beispielsweise bei Lithium-Ionen-Batterien auf der Materialseite zusehends ein technologisches Optimum in Sicht ist, ist die Produktion von Batteriezellen und Batterien noch längst nicht ausgereift. So hängt die Energiedichte, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Batteriezellen generell und vor allem bei niedrigen Temperaturen entscheidend von der Präzision der Partikelgrößen und der Formgebung ab. Und obwohl China derzeit unangefochtener Marktführer bei der Produktion von Batterien für Elektroautos ist, könnte sich dies in den kommenden Jahren ändern, wenn neue Player in den USA und in Europa in großer Zahl neue Batteriefabriken mit neuester Technik bauen.

Die Maschinenentwicklung wirft ein Schlaglicht auf den wachsenden Zukunftsmarkt der Kreislaufwirtschaft: Die Produktion von Kunststoffen auf Basis von chemischem Recycling ist darin eine zukunftsweisende Option. Dabei ist die Zerlegung der Polymere in ihre chemischen Bestandteile nur der letzte Schritt. Viel sinnvoller ist mit Blick auf die Energiebilanz das mechanische Recycling, das bislang jedoch häufig daran scheitert, dass Kunststoffabfälle meist nicht sortenrein sind. Hier sollen künftig digitale Technologien helfen. So können künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen die Daten von Kameras und Sensoren an den Sortiermaschinen auswerten und den Kunststoffabfall – auch mit Hilfe von Robotern – in verschiedene Fraktionen trennen.

Dass gemeinsame Entwicklungsanstrengungen immer wichtiger werden, gilt auch für die Nahrungsmittelbranche, die sich ebenfalls in einem Transformationsprozess befindet. Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit sind hier die Megatrends, die den Bedarf nach neuen Verfahren treiben. Deutlich wird dies zum Beispiel am Trend zu Fleischalternativen, Pflanzenproteinen und Milch-Ersatzprodukten. Diese werden in den kommenden Jahrzehnten auch deshalb immer wichtiger werden, weil die klassische Produktion tierischer Proteine angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und sich ändernden Ernährungsgewohnheiten an ihre Grenzen gelangt. Auch hier spielen mechanische Verfahren eine zentrale Rolle – vom Mahlen und Sieben über Zentrifugation, Filtration und Trocknung bis hin zur Texturierung von Fleischersatz per Extruder. Innovationen entstehen auch hier durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Lebensmitteltechnologen, Maschinenbauern und Verfahrenstechnikern.

Obwohl es unbestritten scheint, dass KI oder maschinelles Lernen künftig eine wichtige Rolle in der Prozessindustrie spielen werden, sind sie nur eine Ausprägung digitaler Technologien, die künftig in der mechanischen Verfahrenstechnik Nutzen stiften können. Zwei wesentliche Trends sind der steigende Automatisierungsgrad und der Bedarf an modularen Anlagen. Die Grundidee: Aus einzelnen verfahrenstechnischen Grundeinheiten bzw. Modulen aufgebaute Anlagen ermöglichen es, nicht nur das Engineering zu vereinfachen, sondern auch die Anlagenkapazität flexibel zu erweitern. Mit der Auswertung von Prozess- und Sensorinformationen lassen sich zudem Prozesse kontinuierlich optimieren.

Weil die Verschaltung (Orchestrierung) solcher Module beim klassischen Ansatz der Prozessautomation einen hohen Engineering- und Programmieraufwand erzeugt, ist ein Paradigmenwechsel nötig. Dieser vollzieht sich derzeit mit der Modulautomation. Das Ziel: Verfahrenstechnische Grundoperationen und Module sollen künftig einfach und ohne großen Programmieraufwand miteinander kombiniert werden können.

Fazit: Ob Batterietechnik, Kreislaufwirtschaft oder nachhaltige Ernährung – die technischen Herausforderungen sind enorm. Mechanische Verfahren kombiniert mit digitalen Technologien spielen dabei eine entscheidende Rolle und sind ein zentraler Schlüssel zur Nachhaltigkeit. Spannende Fragestellungen, sinnstiftende Aufgaben und das aktive Gestalten einer nachhaltigen Zukunft – an interessanten Faktoren fehlt es der mechanischen Verfahrenstechnik nicht.