Magnete für die Energiewende

Mit Computersimulationen will Harald Özelt die bestgeeigneten Magnete für den Einsatz in Generatoren und Elektromotoren designen. Dabei gilt es, stets die Balance zu halten zwischen Leistungsfähigkeit und Ressourceneinsatz.

Von Astrid Kuffner

„Magnetismus ist nicht fertig erforscht“, betont Harald Özelt gleich zu Beginn des Gesprächs über seine Forschung am Zentrum für Modellierung und Simulation. „Ich untersuche Magnete mit Computersimulationen und versuche sie zu verbessern, damit sie stärker werden“, versucht er stark vereinfacht das nicht wenig komplexe Forschungsfeld zu erklären. Starke Magnete sind wiederum die Basis für Technologien wie Elektromobilität oder Windkraft, die der Klimaerwärmung etwas entgegensetzen sollen. Harald Özelt ist Simulationsexperte, benutzt also Rechnerleistung und selbst geschriebene Software, um verschiedene Zusammensetzungen magnetischer Materialien zu prüfen.

Der Senior Postdoc am Zentrum in Wiener Neustadt, das zum Department für Integrierte Sensorsysteme der Universität für Weiterbildung Krems gehört, simuliert am Computer magnetische Materialien, um sie zu verstehen und für die jeweilige Anforderung wie beispielsweise Offshore-Windkraftanlagen, Elektromotor oder Sensoren für Autos zu optimieren: „Am Computer simulieren, braucht keine kostspieligen Experimente. Aber wir sind auf Kooperationen mit etlichen Forschenden angewiesen, die uns detaillierte Daten zum Material auf Mikroebene liefern.“

Optimierung auf vielen Ebenen

Der 39-Jährige befasst sich hauptsächlich mit Neodym-Eisen-Bor-Magneten für den Einsatz in Elektromotoren und Generatoren. Neodym gehört zu den Metallen der Seltenen Erden. Seltene Erden kommen meist nur zu einem geringen Anteil in Mineralien vor. Ihr Abbau ist daher vielfach unwirtschaftlich und zudem wenig umweltfreundlich. Aktuell kommen die begehrten Stoffe quasi alle aus einer Hand. 98 Prozent der Seltenen Erden, die Europa benötigt, werden aus China importiert. Weniger von etwas begrenzt Verfügbarem zu brauchen, bekommt so eine hohe Bedeutung.

Gesucht wird letztendlich das Multitalent unter den Magneten: reduziert im Einsatz Seltener Erden, umweltfreundlicher, billiger, leichter herzustellen, bei bestmöglicher Leistung. Auf Mikroebene bestehen magnetische Materialien aus kleinen zusammengepressten Körnern, die optimiert werden, ebenso wie die Korngrößenverteilung, die Form der Körner oder was dazwischen liegt. Es werden also verschiedene Kompositionen als Eingabeparameter verwendet und jeweils die Eignung simuliert. Das kann für einen Würfel mit einer Kantenlänge von zwei Mikrometern auch auf einem Hochleistungs-Computercluster eine Woche und mehr dauern. Und es braucht viele davon. Also wird auch die Simulation selbst optimiert. Harald Özelt implementiert dafür neue Algorithmen und arbeitet mit Machine Learning, um die Simulationen zu beschleunigen. Er trainiert dabei eine künstliche Intelligenz, die zum Teil Simulationen ersetzen kann. Dadurch kann er Fragestellungen erforschen, die für Simulationen alleine noch zu kompliziert oder umfangreich sind.

Berufliche Anziehungskräfte

Harald Özelt hat den Zweig Elektrotechnik an der HTL St. Pölten absolviert und danach gleich in der Praxis gearbeitet. Doch das wäre ihm auf Dauer langweilig geworden. Also studierte er „Industrial Simulation“ an der FH St. Pölten, wo er bereits seinen heutigen Chef und Doktorvater kennenlernte. Ab dem Bachelor arbeitet er parallel in der Forschung, „weil es mich begeistert herauszufinden, was man noch nicht weiß, und ständig dazuzulernen“. Sein Wissen über Computersimulation wollte er für die Forschung an Magneten anwenden. Daher begann er parallel zur Forschungsarbeit in St. Pölten ein Doktorat in Physik an der Technischen Universität Wien. Als der Studiengang in St. Pölten letztlich eingestellt wurde, tat sich 2015 die Möglichkeit auf, ans Department für Integrierte Sensorsysteme zu wechseln.

An Magneten drangeblieben ist er nicht wegen deren Anziehungskraft, sondern wegen des Arbeitsumfelds in der Gruppe um Zentrumschef Thomas Schrefl. Aktuell leitet er zwei vom Wissenschaftsfonds FWF geförderte Projekte und arbeitet zudem, wie alle am Zentrum, mit Toyota in Japan zusammen. Der Konzern ist sehr an angewandter Forschung interessiert und so haben Ergebnisse aus den vergangenen Jahren bereits den Weg in Elektromotoren gefunden. Von außen mag es so aussehen, als ob alle am Zentrum für Modellierung und Simulation dasselbe machten. Aus der Innenperspektive gibt es unendlich viele Tasks, die je einen Forscher oder Forscherin und Jahre brauchen.

Doch es gibt auch Arbeit ohne Computer. Die Zugfahrten vom Pielachtal, wo er mit seiner Familie wohnt, nach Wiener Neustadt nutzt er für Papierarbeit, wie lesen und sich Gedanken machen. In der Freizeit geht er klettern und füttert seinen 3D-Drucker. Im Fasching standen gedruckte Accessoires für die Kostüme seiner beiden Kinder hoch im Kurs. Ansonsten versucht er, wo immer es geht, kaputte funktionelle Teile zu ersetzen.

HARALD ÖZELT

Ing. Dr. Harald Özelt, MSc ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Modellierung und Simulation des Departments für Integrierte Sensorsysteme der Universität für Weiterbildung Krems. Özelt promovierte im Fach Physik an der TU Wien und studierte an der FH St. Pölten „Industrial Simulation“.