Simulation Open-Source-Softwareplattform für die Entwicklung „grünerer“ Magnete

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Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

FAULHABER Austria GmbH

Fastems Systems GmbH

ABB AG

Um die Entwicklung umweltfreundlicher Magnete zu unterstützen, etablieren Wissenschaftler eine Open-Source-Softwareplattform. Sie soll Softwarewerkzeuge zur Simulation der Eigenschaften neuartiger magnetischer Materialien enthalten und helfen, Magnete aus seltenen Erden zu ersetzen.

Magnete sind für viele der heutigen Technologien von entscheidender Bedeutung – von Generatoren in Windturbinen über Motoren für Elektrofahrzeuge bis hin zu Computern oder Sensoren. Doch die in ihnen enthaltenen seltenen Erden sind knapp sowie schwierig abzubauen und zu trennen, sodass ihre Herstellung schwere Umweltprobleme verursachen kann. Darüber hinaus müssen 98 Prozent dieser in der EU benötigten Rohstoffe importiert werden, was erhebliche wirtschaftliche Abhängigkeiten verursacht.

Wissenschaftler aus Österreich, Frankreich, Deutschland und Schweden haben sich mit zwei großen Technologieunternehmen zusammengetan, um umweltfreundlichere Magnete aus nachhaltigen Materialien zu entwickeln. Sie richten eine Open-Source-Softwareplattform ein, um das Verhalten magnetischer Materialien zu simulieren und sie auf spezifische Anwendungen zuzuschneiden. Die Magnetic Multiscale Modelling Suite (MaMMoS) wird Experimente, Simulationen und künstliche Intelligenz (KI) kombinieren, um magnetische Materialien zu identifizieren, 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 Mio. Euro unterstützt.

Neuartige dauermagnetische Werkstoffe schneller entwickeln

Das MaMMoS-Projekt könnte die Entwicklungszeit für neuartige dauermagnetische Werkstoffe erheblich verkürzen. 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.“

MaMMoS Multiskalen-Modellierungs-Framework steht als Open Source bereit

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 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 Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie. „Durch diese Zugänglichkeit maximieren wir den potenziellen Nutzen und tragen zur notwendigen grünen Revolution bei.“

Neue Materialien sollen Magnete aus seltenen Erden ersetzen

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.

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