Open Source-Simulationsplattform für die Entwicklung „grünerer“ Magnete

Berechnung magnetischer Domänen in permanenten Magneten
(c) Alexander Kovacs, Universität für Weiterbildung Krems

Computerwissenschaftler am MPSD 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-finanzierten Kollaborationsprojekts. Jeder der Partner, einschließlich des MPSD, wird sein Fachwissen und seine Analysewerkzeuge für eine bestimmte Gruppe vielversprechender Materialien beisteuern.

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.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Hans Fangohr, MPSD-Projektleiter: hans.fangohr@mpsd.mpg.de

Weitere Informationen:

https://www.mpsd.mpg.de/846459/2024-03-mammos-fangohr

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Jenny Witt Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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