SimFuel-Plattform
Die DLR SimFuel-Plattform ist eine interaktive, interdisziplinäre und kollaborative digitale Plattform für die Bewertung und Optimierung von Treibstoffen. Die Entwicklung dafür wurde parallel zum DLR-Prescreening im Rahmen des Projekts Jetscreen gestartet und nimmt seitdem immer mehr an Fahrt auf. SimFuel dient dem Institut als Ressource für die Analyse und Optimierung von Treibstoffen.
Die Plattform verfügt über mehrere Datenbanken für Treibstoffe und Moleküle. Diese Datenbanken sind unerlässlich, um bestehende Daten für die Treibstoffbewertung zu nutzen und Modelle zu entwickeln oder zu trainieren, einschließlich solcher, die auf maschinellem Lernen (ML) und statistischen Analysen basieren. In diesen Datenbanken sind inzwischen die Daten von mehr als 15 000 konventionellen Jet-Treibstoffen sowie mehr als 450 neuartigen Treibstoffen gespeichert, dazu zahlreiche Analysen der wichtigsten Molekülgruppen und Modelle für Stoffeigenschaften und das Treibstoffverhalten in technisch relevanten Prozessen.
SimFuel verfügt zudem über mehrere fortschrittliche Modelle zur Vorhersage zuvor unbekannter Eigenschaften und Leistungsmerkmale von Treibstoffen und bietet Einblicke, die sowohl auf physikalischen als auch auf Machine-Learning-basierten Modellansätzen beruhen. Der verteilte Modellansatz bietet zum einen die Möglichkeit, externe Modelle anzubinden und verschiedene Ansätze zusammenzuführen. So werden multidisziplinäre Bewertungen und Optimierungen möglich.
Darüber hinaus betont SimFuel die entscheidende Rolle menschlicher Expertise durch seine Komponente "Humans in the Loop", um sicherzustellen, dass implizites Wissen erfasst wird und dass die Ausgaben der Plattform nahtlos in reale Entscheidungsprozesse integriert werden. Dieser menschenzentrierte Ansatz bereichert die technologische Raffinesse der Plattform und macht sie zu einem dynamischen Werkzeug im Bereich der Treibstofftechnologie. Unterstützt wird dies durch die interaktiven, webbasierten SimFuel dashboards.
Aus dieser einzigartigen Verbindung separater Modelle und der Kombination verschiedener Datensätze ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten in der Forschung und Entwicklung:
- Fuel Prescreening: Modell- und datenbasiertes Prescreening vor dem offiziellen ASTM Zulassungsprozess dient der Risikominimierung und ermöglicht schnelles, iteratives Feedback für die Entwickler der Herstellungsprozesse basierend auf minimalen Probenmengen (ml)
- Fuel Design: Die Modelle, Daten und tools, die für das Prescreening verwendet werden, können durch iterative und wiederholende Anwendung auch für fuel design eingesetzt werden, um nicht nur die Zulassungsfähigkeit sicherzustellen wie beim Prescreening, sondern auch die Klimawirkung der Treibstoffe zu minimieren und gleichzeitig die Wertschöpfung für den Hersteller zu maximieren. Hierfür werden state-of-the art Optimierungsmethoden eingesetzt.
- Co-Optimierung: Durch die verteilten Modelle ergeben sich Potentiale für Co-Optimierung des gesamten Systems von der Kraftstoffproduktion über den Kraftstoff bis hin zum Flugzeug und den Auswirkungen auf das Klima. Dies ermöglicht beispielsweise eine Erhöhung der Rohstoffnutzung, der verfügbaren Kraftstoffmenge und der Wettbewerbsfähigkeit und soll lokale Optima vermeiden.
- Consistency Check: Verwendung von Modellen und Daten zur Überprüfung der Konsistenz verschiedener Daten und Modellaussagen. Beispielsweise liefert der Consistency-Check zwischen GCxGC-Messung und anschließender Vorhersage der Dichte und Ableitung des Wasserstoffgehalts mit Dichte- und Wasserstoffgehaltsmessungen einen wertvollen Beitrag zur Qualitätssicherung beim DLR Prescreening. Ebenfalls können über die Daten und Modelle der SimFuel Plattform Inkonsistenzen durch widersprüchliche Messungen von Kraftstoffproben während Flugmesskampagnen untersucht werden.
- Single source of data & digital twin: SimFuel bietet eine "single source of truth" Datenquelle für Forschungsprojekte zur Bereitstellung von konsistenten und aktuellen Treibstoff-Eigenschafts-Daten für alle Projektpartner entlang der Wertschöpfungskette über interaktive Projekt-Dashboards. Dies ermöglicht Projektpartnern unter anderem die Bewertung von Treibstoffen aus dem Projekt einschließlich ihrer "Geschichte" in Kombination mit Modellen und Daten der SimFuel-Plattform.