Beschleunigung der Entwicklung „grünerer“ Magnete

Das Zentrum für Modellierung und Simulation leitet ein internationales EU-Projekt, das durch Bereitstellung fortschrittlicher Werkzeuge die Entwicklung von Magneten mit möglichst geringem Anteil an seltenen Erden fördern soll. Gemeinsam mit Partnerinstitutionen aus Deutschland, Frankreich und Schweden wird die Magnetic Multiscale Modelling Suite (MaMMoS) entwickelt. Diese wird als Open Source zur Verfügung gestellt werden und soll später auch als Kooperationsplattform dienen.

Magnete sind für viele der heutigen Technologien von entscheidender Bedeutung, von den Generatoren in Windturbinen und den Motoren für Elektrofahrzeuge, die zur Verringerung der Erderwärmung beitragen, 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 gravierende 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 Wissenschafter_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 besonders leistungsfähiges Toolkit mit fortschrittlichen Modellierungsprogrammen, um das Verhalten magnetischer Materialien zu simulieren und sie auf spezifische Anwendungen anzupassen. Die bahnbrechende Magnetic Multiscale Modelling Suite (MaMMoS) wird Experimente, Simulationen und künstliche Intelligenz (KI) kombinieren, um innovative magnetische Materialien zu identifizieren und zu entwerfen sowie diese für modernste Geräte und Sensoren zu optimieren. Das auf vier Jahre angelegte Projekt wurde im Jänner in Wiener Neustadt, Österreich, gestartet und wird von der Europäischen Union mit sechs Millionen Euro gefördert.

Neue Magnete für den Green New Deal

„Umweltfreundlichere Dauermagnete sind von größter Bedeutung im Wettlauf um die Bewältigung der aktuellen klimatischen Herausforderungen“, sagt Projektkoordinator Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. Thomas Schrefl, Leiter des Zentrums für Simulation und Modellierung an der Universität für Weiterbildung 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“, so der Forscher.

Zu den weiteren wissenschaftlichen Projektpartnern gehören das Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg, das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden (beide in Deutschland), 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 weitreichendes industrielles Fachwissen und Forschungs- und Entwicklungskapazitäten in das Modellierungsprogramm einbringen.

Bündel von State of the Art Werkzeugen

Die teilnehmenden Einrichtungen sind auf die Modellierung, Charakterisierung oder Herstellung von magnetischen Materialien auf verschiedenen Längenskalen spezialisiert. Dieser Reichtum an Simulationswerkzeugen, Charakterisierungsmethoden und technischem Know-how wird in MaMMoS gebündelt, so dass die Softwareplattform die Modellierung eines breiten Spektrums vielversprechender Materialien unterstützen kann. „Wir werden das MaMMoS Multi-Skalen-Modellierungs-Framework als Open Source im Internet zur Verfügung stellen“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Hans Fangohr, der Projektleiter am Hamburger MPSD. „Durch diese Zugänglichkeit maximieren wir den potenziellen Nutzen der Investition für alle Länder, Industrien und die Wissenschaft und tragen zur dringend benötigten grünen Revolution bei.“

Letztendlich verspricht MaMMoS einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung neuartiger magnetischer Materialien zu leisten und dabei zu helfen, viele seltene Erden ent­haltende Magnete zu ersetzen. Die mit den verschiedenen Simulations- und Charakterisierungswerkzeugen gesammelten Daten werden die Experimente untermauern. Das Projekt als Ganzes stellt einen bedeutenden Schritt nach vorn in der Magnetforschung dar. Nach seiner vollständigen Einrichtung wird MaMMoS als Kooperationsplattform dienen, die wichtige technologische Lösungen für den Aufbau einer nachhaltigeren Zukunft bietet, in der Technologie und Umweltverantwortung Hand in Hand gehen.

Magnetic Multiscale Modelling Suite (MaMMoS) – Project 101135546

Projektzeitraum: 2024–2027
Fördergeber: EU
Projektverantwortlich: Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. Thomas Schrefl
Wissenschaftliche Mitarbeiter_innen: Claas Fillies, B.Sc.; Dipl.-Ing. Dr. Wilfried Hortschitz; Ulrike Lachner; Ing. Dr. Harald Özelt, MSc
Koordination: Universität für Weiterbildung Krems, Department für Integrierte Sensorsysteme – Zentrum für Modellierung und Simulation

Partner:
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) (Frankreich)
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (Deutschland)
Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) (Deutschland)
Robert Bosch GmbH (Deutschland)
Siemens AG (Deutschland)
Universität Uppsala (Schweden)

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