Innovative Open-Source-Simulations-Softwareplattform soll die Entwicklung „grünerer“ Magnete beschleunigen
Computerwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik
der Materie (MPSD) in Hamburg etablieren eine Open-Source-
Softwareplattform, um die Entwicklung umweltfreundlicher Magnete zu
unterstützen. Die Plattform wird eine Fülle von Softwarewerkzeugen zur
Modellierung und Simulation der Eigenschaften neuartiger magnetischer
Materialien enthalten und ist Teil eines EU-Kooperationsprojekts. Jeder
der Projektpartner, einschließlich des MPSD, wird sein Fachwissen und
seine Analysewerkzeuge beisteuern und mit einer bestimmten Gruppe
vielversprechender Materialien beginnen.
Magnete sind für viele der heutigen Technologien von entscheidender
Bedeutung, von den Generatoren in Windturbinen und den Motoren für
Elektrofahrzeuge bis hin zu Computern, Sensoren und Smartphones. Trotz der
enormen Bedeutung von Magneten sind die in ihnen enthaltenen seltenen
Erden knapp und schwierig abzubauen und zu trennen, so dass ihre
Herstellung schwere Umweltprobleme verursachen kann. Darüber hinaus müssen
98 Prozent dieser in der EU benötigten Rohstoffe importiert werden - ein
Aspekt, der erhebliche wirtschaftliche Abhängigkeiten verursacht.
Nun haben sich Wissenschaftler*innen aus Österreich, Frankreich,
Deutschland und Schweden mit zwei großen Technologieunternehmen
zusammengetan, um umweltfreundlichere Magnete aus nachhaltigen Materialien
zu entwickeln. Sie richten eine Open-Source-Softwareplattform ein, ein
enorm leistungsfähiges Toolkit mit fortschrittlichen
Modellierungsprogrammen, um das Verhalten magnetischer Materialien zu
simulieren und sie auf spezifische Anwendungen zuzuschneiden. Die
bahnbrechende Magnetic Multiscale Modelling Suite (MaMMoS) wird
Experimente, Simulationen und künstliche Intelligenz (KI) kombinieren, um
innovative magnetische Materialien zu identifizieren und zu entwerfen und
sie für modernste Geräte und Sensoren zu optimieren. Das auf vier Jahre
angelegte Projekt wurde im Januar in Wiener Neustadt, Österreich,
gestartet und wird von der Europäischen Union mit €6 Millionen
unterstützt.
Das MaMMoS-Projekt könnte die Entwicklungszeit für neuartige
dauermagnetische Werkstoffe erheblich verkürzen, die in Großanwendungen
wie der industriellen Automatisierung und erneuerbaren Energiequellen zum
Einsatz kommen, aber auch für Smartphones und Sensoren bestimmt sind. Um
die Genauigkeit der laufenden Simulationen zu erhöhen, wird die Suite KI-
Methoden in den Modellierungsprozessen einsetzen. Das Projektteam plant,
in Zusammenarbeit mit der EU-Magnet-, Automatisierungs- und
Sensorindustrie Standards für die Verknüpfung bestehender und künftiger
Simulationssoftware in allen Entwicklungsstadien zu schaffen – von
Erstprinzipienmodellen und Mikromagnetik bis hin zu Simulatoren auf
Geräteebene. MaMMoS wird die gemeinsame Nutzung und Wiederverwendung von
Daten durch Forschende und Industrie in den Vordergrund stellen, was es zu
einem leicht zugänglichen und gesellschaftlich wertvollen Softwarepaket
macht.
„Umweltfreundlichere Dauermagnete sind von größter Bedeutung im Wettlauf
um die Bewältigung der aktuellen klimatischen Herausforderungen", sagt
Projektkoordinator Thomas Schrefl, Leiter des Zentrums für Simulation und
Modellierung an der Universität für Weiterbildung in Krems, Österreich:
„Das Projekt MaMMoS leistet einen Beitrag zum Green New Deal der EU, indem
es Methoden entwickelt, um den Einsatz kritischer Rohstoffe in
Hochleistungsmagneten, die integraler Bestandteil von Elektromotoren und
Generatoren sind, zu minimieren.“
Zu den weiteren wissenschaftlichen Projektpartnern gehören das Leibniz-
Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden, die
Universität Uppsala in Schweden und das Centre National de la Recherche
Scientifique (CNRS) in Grenoble, Frankreich. Zwei der weltweit
bekanntesten deutschen Technologieunternehmen, die Siemens AG und die
Robert Bosch GmbH, werden ein breites Spektrum an industriellem Fachwissen
und Forschungs- und Entwicklungskapazitäten in die Modellierungssuite
einbringen.
Die teilnehmenden Institutionen sind auf die Modellierung,
Charakterisierung oder Produktion von magnetischen Materialien auf
verschiedenen Längenskalen spezialisiert. MaMMoS soll diese Fülle an
Simulationswerkzeugen, Charakterisierungsmethoden und technischem Know-how
bündeln, um so die Modellierung eines breiten Spektrums vielversprechender
Materialien zu unterstützen. „Wir werden das MaMMoS Multiskalen
Modellierungs-Framework als Open Source im Internet zur Verfügung
stellen“, erklärt Hans Fangohr, der Projektleiter am MPSD. „Durch diese
Zugänglichkeit maximieren wir den potenziellen Nutzen der Investition für
alle Länder, Industrien und akademische Bereiche und tragen zur dringend
notwendigen grünen Revolution bei.“
Letztendlich verspricht MaMMoS, einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung
neuartiger magnetischer Materialien zu leisten und dabei zu helfen, viele
Magnete aus seltenen Erden zu ersetzen. Die mit den verschiedenen
Simulations- und Charakterisierungswerkzeugen gesammelten Daten werden die
Experimente in diesem Gebiet untermauern. Das Projekt als Ganzes stellt
einen bedeutenden Schritt nach vorn in der Magnetforschung dar. Nach
seiner vollständigen Einrichtung wird MaMMoS eine bahnbrechende
Kooperationsplattform mit technologischen Lösungen für den Aufbau einer
nachhaltigeren Zukunft bieten – eine Zukunft, in der Technologie und
Umweltverantwortung Hand in Hand gehen.
Das MaMMoS-Projekt (Nr. 101135546) wird von der Europäischen Union
finanziert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch
ausschließlich die des Autors/der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die
der Europäischen Union oder der Europäischen Exekutivagentur für
Gesundheit und Digitales (HADEA) wider. Weder die Europäische Union noch
die Bewilligungsbehörde können für sie verantwortlich gemacht werden.
