Innovationen
Stefan Radl, TU Graz: Das KI-Tool, das Reaktor-Simulationen 10.000-mal schneller machen soll
Das Tool CLARA fasst Millionen Datenpunkte zu 5 bis 50 Zonen zusammen. Die Entwickler der TU Graz stellen es als Open Source bereit.
Ein Team der TU Graz unter Leitung von Stefan Radl vom Institut für Prozess- und Partikeltechnik hat mit CLARA ein KI-Werkzeug vorgestellt, das Strömungssimulationen in Bioreaktoren stark verkürzen soll. Laut den Entwicklern sind Simulationen um bis zu das 10.000-Fache schneller möglich.
Wie funktioniert CLARA?
Der Name steht für „CLustering AlgoRithm Austria“. Die Software ist als Toolbox angelegt und erstellt mit unüberwachtem maschinellem Lernen vereinfachte Modelle, sogenannte Modelle reduzierter Ordnung. Als Grundlage dienen Daten aus kürzeren CFD-Simulationen, also numerischen Strömungsberechnungen.
Das Programm gruppiert Millionen dieser Datenpunkte zu etwa 5 bis 50 miteinander verbundenen Zonen, die in der Fachsprache Kompartments heißen. Weil das Verfahren unüberwacht arbeitet, entstehen die Zonen aus den Daten selbst.
Nach Angaben der TU Graz bildet das Modell auch Mehrphasenströmungen ab. Dazu zählen Totzonen, Bereiche mit hohen Scherkräften und der Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit. Die Massenerhaltung sei gesichert. Validiert wurde das Verfahren laut Hochschule anhand analytischer Benchmarks und detaillierter CFD-Daten.
Warum Rechenzeit in der Verfahrenstechnik zählt
Reale Prozesse laufen in Reaktoren über Tage oder Wochen. Mit klassischer CFD würde die Berechnung solcher Zeiträume nach Darstellung der TU Graz unter Umständen Monate dauern. Genau diese Lücke will das vereinfachte Modell schließen. Der genannte Beschleunigungsfaktor ist eine Angabe der Entwickler und beschreibt den Bestfall, nicht jeden Anwendungsfall.
Wofür sich das Tool einsetzen lässt
Die Hochschule nennt mehrere Anwendungsfelder:
- Fermentation
- energetische Nutzung von Biomasse
- Polymerproduktion
- CO2-Bindung in Reaktoren
- Fertigung von Batteriezellen
Zudem sollen sich mit den schnellen Modellen digitale Zwillinge bauen lassen, die Prozesse in Echtzeit optimieren.
Wer es schon nutzt
Laut TU Graz kommt CLARA bereits im Rahmen einer Dissertation am COMET-Zentrum BEST und beim Spin-off SimVantage der TU Graz zum Einsatz. Entwickelt und finanziert wurde es im Leadprojekt DigiBioTech der Universität.
Die Methode beschreiben Michael Mitterlindner, Maximilian Graber, Regina Kratzer, Markus Reichhartinger und Stefan Radl in der Fachzeitschrift Chemical Engineering Science. Der Beitrag trägt den Titel „Compartment Modelling of Multiphase Reactors using Unsupervised Clustering“ Und ist über die DOI 10.1016/j.ces.2026.125455 auffindbar.
Wann das Tool für alle verfügbar ist
CLARA wird als Open-Source-Werkzeug in einem öffentlichen Repository bereitgestellt. Es enthält zunächst alle getesteten Funktionen, neue Entwicklungen sollen nach und nach folgen.
