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Digitaler Zwilling stärkt Kleinproduzenten im Amazonas

Tief im Regenwald hilft das Moiru-Projekt einem kleinen Hersteller ätherischer Öle, Prozesse gezielt zu verbessern. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zeigt es, wie Digital Twin Tools und Simcenter STAR‑CCM+ auch unter herausfordernden Bedingungen Effizienzsteigerungen ermöglichen.

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Das feuchtwarme Klima im Amazonas bietet ideale Bedingungen für Duftpflanzen. Seit 2003 beliefert die Kooperative Campo Limpo (APROCAMP) in Santo Antônio do Tauá das brasilianische Unternehmen Natura, einen führenden Anbieter für Beauty- und Pflegeprodukte in Lateinamerika, mit diesen Rohstoffen. Seit 2024 verarbeitet die Kooperative die Pflanzen zudem selbst zu ätherischen Ölen und schafft damit mehr Wertschöpfung vor Ort.

Im Moiru-Projekt lässt sich der Extraktionsprozess nun automatisieren. Es wurde im Rahmen der Tech4Amazonia Initiative gemeinsam mit Natura entwickelt und bringt digitale Technologien in industrielle Prozesse ländlicher Regionen im Amazonas. Siemens steuert Expertise in Automatisierung, Simulation und datenbasierter Analyse bei. Natura ergänzt dies durch wissenschaftliche Kompetenz in der Soziobiodiversität und langjährige Beziehungen zu den lokalen Gemeinschaften.

Ein traditionelles Verfahren wird digitalisiert

Der klassische Prozess zur Herstellung ätherischer Öle basiert auf Wasserdampf. Das Pflanzenmaterial wird in große Behälter gefüllt, durch die Dampf strömt. Dabei lösen sich die ätherischen Öle, werden anschließend kondensiert und vom Wasser getrennt. Die Qualität des Endprodukts hängt unter anderem davon ab, wie gleichmäßig der Dampf durch das Material strömt und wie stabil Druck und Temperatur während des gesamten Prozesses bleiben. Um dauerhaft verlässliche Ergebnisse zu erzielen, wird der Prozess digitalisiert. So lässt sich die Qualität reproduzierbar sichern.

Unsere Ingenieurteams haben dafür zunächst die bestehende Extraktionsanlage detailliert erfasst. Dazu gehörte die Sammlung und Validierung technischer Daten wie CAD-Zeichnungen, Rohrleitungs- und Instrumentierungspläne sowie Prozessrandbedingungen. Ergänzend wurde die Anlage vor Ort analysiert, um die Infrastruktur der Kooperative und die Abläufe der Produktion im Amazonas besser zu verstehen. Auf dieser Grundlage entstand ein digitaler Zwilling des Extraktionsbehälters mit Simcenter STAR‑CCM+. Dabei kommt eine Strömungssimulation zum Einsatz, die zeigt, wie sich der Dampf im Material verteilt. Diese Faktoren beeinflussen direkt Effizienz und Reproduzierbarkeit der Extraktion.

Ein tiefes Verständnis der Extraktionsprozesse und ihre präzise Steuerung sind entscheidend für höhere Effizienz und bessere Rohstoffqualität.
Romulo Zamberlan, Director of Future Sciences and Well-being, Natura

Von der Analyse zur Umsetzung

Screenshot video Natura

Die Erkenntnisse aus dem digitalen Zwilling wurden anschließend direkt umgesetzt. Der Extraktionsprozess wurde um eine Automatisierungsebene ergänzt. Dazu wurden vor dem Extraktor ein Drucksensor installiert, in der Dampfleitung ein Regelventil eingebaut sowie Sensoren für Durchfluss und Temperatur ergänzt. Sie erfassen die zentralen Prozessgrößen jeder Charge. Gesteuert und überwacht wird das System über eine PLC/HMI‑Lösung. So können die Bedienenden den gewünschten Dampfdurchfluss einstellen, den Prozessverlauf beobachten und stabile Betriebsbedingungen sicherstellen.

Alle anfallenden Daten werden lokal über Industrial Edge erfasst. Das ist besonders in Regionen wichtig, in denen die Konnektivität eingeschränkt ist. Die Daten lassen sich anschließend mit verschiedenen Anwendungen auswerten.

Messbare Effizienzgewinne

Die Ergebnisse der Strömungssimulation zeigen, dass für die Extraktion ätherischer Öle deutlich geringere Druckniveaus ausreichen als bisher angenommen. In der Praxis kann der Druck um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Das erhöht die Energieeffizienz im Kessel und senkt den Verbrauch von Biomasse und Wasser. Gleichzeitig verringern sich Betriebskosten und CO₂‑Emissionen. Stabilere Druckverhältnisse tragen zudem zu einem sichereren Prozess bei.

Das CFD‑Modell und die Automatisierung sorgen außerdem für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung, die für die zuverlässige Freisetzung der ätherischen Öle entscheidend ist. Hinzu kommen stabilere Zulaufbedingungen sowie eine präzisere Prozessführung, die die Effizienz weiter steigern. Diese Faktoren wirken sich direkt auf die Qualität der ätherischen Öle aus. Die kontinuierliche Überwachung des Dampfflusses ermöglicht es zudem, den Prozess zu standardisieren und für jede Pflanzenart reproduzierbar umzusetzen.

screenshot video - natura - Measurable improvements
Ein tiefes Verständnis der Extraktionsprozesse und ihre präzise Steuerung sind entscheidend für höhere Effizienz und bessere Rohstoffqualität.
Romulo Zamberlan, Director of Future Sciences and Well-being, Natura

Fairere Wertschöpfung entlang der Lieferkette

Members of the APROCAMP community have acquired digitalization skills in the framework of the Moiru project.

Neben der Effizienzsteigerung im Destillationsprozess hat das Moiru-Projekt die Mitglieder der Kooperative APROCAMP auch in den Bereichen Automatisierung, Instrumentierung und Prozessüberwachung geschult. Sie übernehmen damit nicht nur anspruchsvollere Aufgaben in der Produktion, sondern sind aktiv an der Digitalisierung ihrer Prozesse beteiligt.

Natura treibt solche Entwicklungen im Amazonas seit über 25 Jahren voran. Bereits vor dem Moiru-Projekt profitierte die Gemeinschaft von der Herstellung ätherischer Öle: Das jährliche Bruttoeinkommen stieg um 60 Prozent, die Zahl der Arbeitsplätze um 25 Prozent.

Nach dem erfolgreichen Proof of Concept werden nun weitere Anwendungen geprüft, etwa zur Optimierung mit Künstlicher Intelligenz. Gleichzeitig dient der Ansatz als Vorlage für andere agroindustrielle Anwendungen.

April 2026