Mithilfe künstlicher Intelligenz hergestellte Werkstoffe sollen energieintensive Industrien voranbringen
Eine der größten Herausforderungen in energieintensiven Sektoren besteht darin, Werkstoffe zu finden, die extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen, korrosive Umgebungen und physische Belastungen verkraften. Instrumentarien für künstliche Intelligenz (KI) können große Datenmengen analysieren, um Werkstoffe mit den am besten geeigneten Eigenschaften vorzuschlagen. Durch die Vorhersage von Werkstoffeigenschaften verringern solche Instrumentarien den Bedarf an zeit- und kostenaufwändigen physikalischen Tests.
Innovative Werkstoffe zum Markterfolg führen
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ACHIEF wurde eine innovative KI-Plattform entwickelt, die bei der Auswahl von Hochleistungswerkstoffen und Schutzbeschichtungen hilft, die auf die spezifischen Bedürfnisse der Industrie zugeschnitten sind. Die Projektmitglieder haben vier Arten von neuartigen Werkstoffen konzipiert. Dazu zählen keramische Beschichtungen auf Polymerbasis mit verbesserter Beständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion und Erosion sowie fortgeschrittene Chromstahlsorten mit einer um 15 % verbesserten Beständigkeit gegen Kriech- und Hochtemperaturkorrosion. Außerdem wurden Durchbrüche bei der Entwicklung von hochtemperatur- und kriechbeständigen Werkstoffen erzielt, die sich an Superlegierungsmodellen mit hoher Entropie orientieren. Hochleistungsbeschichtungen wurden zudem unter Verwendung von Nanokompositen mit hochentropischer Legierung hergestellt. „Wir wollten neue Technologien vom Technologie-Reifegrad 3-4 auf Technologie-Reifegrad 5 bringen und ihr Potenzial unter realen industriellen Bedingungen demonstrieren“, erklärt Raquel Aleman, Mitglied des ACHIEF-Teams. „Diese Technologien werden in Aluminium-, Petrochemie- und Stahlproduktionsprozessen getestet. Neben unserem KI-gestützten Instrumentarium für Werkstoffausführung haben uns fortgeschrittene Temperatur- und Korrosionssensoren bei unseren Bemühungen geholfen.“ Die Ergebnisse von Experimenten im Labormaßstab sehen vielversprechend aus. Der nächste Schritt besteht darin, den industriellen Prozess zu skizzieren, der die Herstellung und Anwendung dieser Werkstoffe und Beschichtungen in größerem Maßstab und auf größeren Flächen begünstigen soll, wobei die zusätzlichen Einschränkungen zu berücksichtigen sind, die mit einer Vergrößerung einhergehen.
Wegweisende Methoden der Werkstoffbewertung und -ausführung
„ACHIEF steht an der Spitze einer Revolution in der Werkstoffausführung, indem es innovative Berechnungsmodelle und experimentelle Verfahren einsetzt. Es geht über den aktuellen Stand der Technik hinaus, indem es hochentwickelte Berechnungsmodelle mit modernsten experimentellen Methoden verbindet, um komplexe Herausforderungen bei der Werkstoffausführung zu bewältigen“, betont Aleman. Zu den innovativen Ansätzen von ACHIEF gehören die Verschmelzung von Deep-Learning-Architekturen zur Optimierung von Strukturausführungen und die Integration von datengestützten und physikbasierten Modellen zur schnellen Bewertung, wie sich ein Prozess auf die Struktur, die Eigenschaften und die Leistung von Werkstoffen auswirkt. Zudem werden neue Werkstoffe entwickelt, die sich durch hervorragende Eigenschaften auszeichnen. „Der Ansatz von ACHIEF, Prozesse der Werkstoffausführung zu verbessern, Werkstoffe widerstandsfähiger zu gestalten und Echtzeit-Überwachungssysteme hinzuzufügen, stellt einen bedeutenden Sprung in der Werkstoffkunde und Werkstofftechnik dar. Das bedeutet, dass wir bahnbrechende Werkstoffe für den Einsatz in energieintensiven Industrien entwickeln können“, kommentiert Aleman.
Vielversprechende Vorteile
Die potenziellen Vorteile der ACHIEF-Entwicklungen sind vielfältig. Die neu entwickelten Werkstoffe wurden mit dem Ziel erschlossen, die Energieeffizienz zu steigern und die Betriebskosten in energieintensiven Sektoren zu senken. Sie versprechen außerdem, die Leistung von Werkstoffen unter extremen Bedingungen zu stärken, was zu einer erheblichen Verringerung der Umweltbelastung führt. Es wird erwartet, dass das Projekt tiefgreifende Auswirkungen auf die industriellen Standards und Praktiken haben wird: Insbesondere soll die Energieeffizienz um 20 % verbessert, die CO2-Emissionen um 20 % gesenkt und die Lebensdauer der Geräte um 20 % oder mehr verlängert werden. „ACHIEF ist in der Lage, bedeutende Veränderungen in energieintensiven Industrien herbeizuführen. Die Zusammenarbeit mit angesehenen Partnern wie Constellium, Tüpraş und ArcelorMittal ist erst der Anfang. Mit den bedeutenden Fortschritten bei Beschichtungen, insbesondere solchen, die einen Korrosionsschutz bei hohen Temperaturen bieten, sieht die Zukunft vielversprechend aus. In Zukunft wird ACHIEF einen unauslöschlichen Eindruck hinterlassen und die Arbeitsweise der Industrie neu gestalten, indem es die Effizienz, die Nachhaltigkeit und die globale Wettbewerbsfähigkeit steigert“, so Aleman abschließend.
Schlüsselbegriffe
ACHIEF, Beschichtungen, energieintensive Industrien, Prozessindustrie, Werkstoffausführung, künstliche Intelligenz, hohe Temperaturen, KI
