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GENNAIO-FEBBRAIO 2025 FIELDBUS & NETWORKS 21 » 2.Analysis: monitoraggio delle cellule con l’aiuto di sen- sori quantistici e AI Un grande problema nei bioreattori è determinare la quantità della bio- massa. A tal fine, nel modulo di analisi si utilizza un metodo ottico basato sulla microscopia e sull’intelligenza artificiale, oltre alla tecnologia quanti- stica. Il microscopio digitale fornisce continuamente immagini che vengono valutate dall’AI, la quale, attraverso delle immagini di addestramento, ha imparato a riconoscere le cellule delle alghe. Si usa un sensore di particelle a base quantistica, quindi una pompa di precisione trasporta le cellule delle alghe fuori dal sistema di coltivazione. Tramite un sistema di valvole, esse vanno ad alimentare un serbatoio di miscelazione, dove vengono diluite con acqua per ottenere le condizioni ottimali di lavorazione. Il principio ‘pressure over liquid’ consente di ottenere una velocità di flusso uniforme e di dirigere la miscela verso il sensore quantistico. Questo sensore, sviluppato dalla start-up Q.ANT, fornisce enormi quantità di dati, relativi per esempio alla dimensione e al numero delle alghe, o anche dei corpi estranei. L’analisi di questi dati consente di regolare il processo in modo ottimale e intervenire in caso di necessità. » 3. Cultivation: crescita controllata della biomassa attra- verso l’automazione Il cuore della BionicCellFactory è un sistema di tubi lungo 45 m, sviluppato dall’azienda Algoliner, con una capacità di 80 l. In questa sezione, trasparente e illuminata, le cellule delle alghe svolgono la fotosintesi in condizioni di crescita ottimali. I sensori misurano continuamente la conducibilità, il valore del pH, la concentrazione di ossigeno e CO 2 e la temperatura. A seconda delle esigenze delle alghe, il sistema aggiunge nutrienti come potassio, fosforo e azoto; uno scambiatore di calore assicura la giusta tem- peratura. La regolazione del flusso di massa e l’innovativa tecnologia delle piezovalvole consentono un dosaggio preciso dell’aria. Grazie a un sistema di aerazione, vengono erogati un massimo di 20 l/minuto. Le sottili bolle d’aria che ne derivano garantiscono uno scambio ottimale di CO 2 e O 2 tra le alghe e l’ambiente. » 4. Harvest: raccolta delle alghe per mezzo di una centrifuga Il modulo Harvest rappresenta l’interfaccia tra la coltivazione e la trasfor- mazione enzimatica del materiale coltivato biologicamente. Una centrifuga assicura la raccolta continua della biomassa: a una velocità di 10.000 giri al minuto, le cellule delle alghe vengono separate dal loro ambiente acquoso e spinte verso il bordo; l’acqua viene poi reintrodotta nel processo. Attraverso una pompa, infine, le alghe raggiungono il modulo successivo per un’ulteriore lavorazione. I tempi e la quantità di raccolta delle alghe sono regolati in modo che la vitalità delle stesse rimanga al livello ottimale e sia disponibile una quantità adeguata di biomassa per la successiva fase di tra- sformazione. » 5. EnzymaticTransformation: estrazione e ulteriore lavo- razione dei componenti cellulari 5 cosiddetti ‘transformation cube’, con compiti specifici, creano le condizioni ottimali per la raffinazione delle alghe da parte degli enzimi. Si tratta di ca- talizzatori biologici che vengono alimentati in modo mirato; in questo modo, favoriscono una trasformazione graduale senza sprechi. Infine, per estrarre i singoli componenti dalle alghe raccolte, le cosid- dette ‘cesoie enzimatiche’ aprono le pareti cellulari e accedono così agli ingredienti: amido, proteine, coloranti, nonché olio. Non occorre quasi alcun tipo di energia, perché il processo funziona in condizioni ambientali controllate automaticamente, di 40 °C, e un valore di pH pari a 5. L’olio estratto dalle alghe può essere utilizzato come integratore alimentare o per la produzione di cosmetici, oppure può essere trasformato in fonte di energia o bioplastica. I resti delle alghe si possono utilizzare come mangime o fertilizzante. Struttura di comando Il design modulare della BionicCellFactory si riflette anche nella struttura di comando: ogni modulo è controllato da un CPX-E di Festo. Le 5 fasi del pro- cesso possono essere gestite sia in modo combinato, sia separatamente, e possono essere facilmente sostituite in caso di modifiche alla produzione. Tramite dashboard presenti sul pannello di controllo, gli esperti possono monitorare e modificare i singoli parametri delle varie fasi del processo; lo scambio di dati tra i moduli avviene tramite OPC UA e consente un controllo efficiente dell’intera BionicCellFactory. I sistemi di produzione del futuro La BionicCellFactory è un modello di fabbrica universale per i sistemi di pro- duzione olistici del futuro. Con l’aiuto della tecnologia di automazione Festo, poi, può essere scalata e ampliata per arrivare a qualsiasi dimensione. Per soddisfare la domanda futura di materie prime rinnovabili sono necessari bioreattori con una capacità di diverse migliaia di litri. Per garantire che gli impianti possano produrre in modo affidabile le quantità di biomassa de- siderate è necessaria una competenza nell’automazione di processo. Festo supporta gli operatori d’impianto anche a livello di diagnostica, manutenzione e controllo a distanza tramite il cloud. La solidità dei processi di creazione del valore e la facilità d’uso dei moduli di sistema sono fondamentali perché sia possibile in futuro costruire e gestire un gran numero di unità produttive modulari per l’estrazione di materie prime e la riduzione del carbonio in tutto il mondo. Tuttavia, il personale tecnico e i biotecnologi altamente qualificati necessari allo sviluppo e impiego di queste soluzioni non sono disponibili ovunque. A tal fine, Festo Didactic sta già analizzando i nuovi requisiti e le competenze ne- cessarie, definendo collegamenti interdisciplinari e istituendo apprendistati innovativi, programmi di laurea e qualifiche nuove nel campo della biomec- catronica, della biointelligenza e della sostenibilità. Festo - www.festo.it La BionicCellFactory è suddivisa in 5 moduli in cui natura e tecnologia si fondono in modi diversi Fieldbus & Networks