Narzędzie sztucznej inteligencji w dziedzinie materiałoznawstwa może przyspieszyć rozwój energochłonnych gałęzi przemysłu
Jednym z największych wyzwań w sektorach energochłonnych jest znalezienie materiałów, które są w stanie wytrzymać ekstremalne warunki, takie jak wysokie temperatury, środowiska korozyjne i obciążenia fizyczne. Zestawy narzędzi sztucznej inteligencji (AI) potrafią analizować ogromne ilości danych w celu zaproponowania materiałów o najbardziej odpowiednich właściwościach. Dzięki przewidywaniu właściwości materiałów takie zestawy narzędzi zmniejszają potrzebę przeprowadzania czasochłonnych i kosztownych testów fizycznych.
Przybliżenie sukcesu rynkowego innowacyjnych materiałów
W ramach finansowanego ze środków UE projektu ACHIEF stworzono innowacyjną platformę sztucznej inteligencji, która pomaga w wyborze wysokowydajnych materiałów i powłok ochronnych dostosowanych do konkretnych potrzeb przemysłu. Członkowie projektu opracowali cztery rodzaje nowych materiałów. Obejmują one polimeropochodne powłoki ceramiczne o zwiększonej odporności na korozję wysokotemperaturową i erozję oraz zaawansowane gatunki stali chromowej o odporności na pełzanie i korozję wysokotemperaturową zwiększonej o 15%. Co więcej, dokonano przełomu w rozwoju materiałów odpornych na wysokie temperatury i pełzanie, inspirowanych modelami nadstopów o wysokiej entropii. Wysokowydajne powłoki zostały również wyprodukowane przy użyciu nanokompozytów ze stopami o wysokiej entropii. „Staraliśmy się przenieść powstające technologie z poziomu gotowości technologicznej TRL3–4 do TRL5, demonstrując potencjał ich zastosowania w rzeczywistych warunkach przemysłowych” — zauważa Raquel Aleman, członkini zespołu ACHIEF. „Technologie te są obecnie poddawane testom w procesach produkcji aluminium, w przemyśle petrochemicznym i stalowym. W naszych staraniach, oprócz naszego zestawu narzędzi do projektowania materiałów wspomaganego przez sztuczną inteligencję, kluczową rolę odgrywały zaawansowane czujniki temperatury i korozji”. Wyniki eksperymentów laboratoryjnych są obiecujące. Następnym krokiem jest nakreślenie procesu przemysłowego, który powinien umożliwić produkcję i zastosowanie tych materiałów i powłok na większą skalę i na większych powierzchniach przy uwzględnieniu dodatkowych ograniczeń związanych ze skalowaniem.
Pionierskie metodologie oceny i projektowania materiałów
„Projekt ACHIEF stoi na czele rewolucji w projektowaniu materiałów, wykorzystując innowacyjne modelowanie obliczeniowe i techniki eksperymentalne. Pozwala wyjść poza obecny stan wiedzy dzięki połączeniu zaawansowanych modeli obliczeniowych z najnowocześniejszymi metodami eksperymentalnymi w celu sprostania złożonym wyzwaniom związanym z projektowaniem materiałów” — podkreśla Aleman. Innowacyjne podejścia projektu ACHIEF obejmują łączenie architektur głębokiego uczenia się w celu optymalizacji projektów strukturalnych oraz integrację modeli opartych na danych i fizyce w celu szybkiej oceny wpływu procesu na strukturę, właściwości i wydajność materiałów. Dodatkowo w ramach projektu opracowywane są nowe materiały mogące się pochwalić znacznie lepszymi właściwościami. „Podejście ACHIEF do ulepszania procesów projektowania materiałów, zwiększania ich odporności i dodawania systemów monitorowania w czasie rzeczywistym stanowi znaczący krok w postępach nauki i inżynierii materiałowej. Oznacza to, że możemy tworzyć przełomowe materiały do wykorzystania w branżach energochłonnych” — zauważa Aleman.
Obiecujące korzyści
Perspektywiczne korzyści płynące z badań rozwojowych ACHIEF są wielorakie. Nowo opracowane materiały zostały zaprojektowane w celu zwiększenia efektywności energetycznej i obniżenia kosztów operacyjnych w sektorach energochłonnych. To też obietnica poprawy zachowania materiałów w ekstremalnych warunkach, co może doprowadzić do znacznego zmniejszenia wpływu na środowisko. Oczekuje się, że wpływ projektu na normy i praktyki branżowe będzie ogromny: w szczególności dąży on do zwiększenia efektywności energetycznej o 20%, zmniejszenie emisji CO2 o 20% i wydłużenie żywotności sprzętu o co najmniej 20%. „Projekt ACHIEF jest gotowy do wprowadzenia znaczących zmian w sektorach energochłonnych. Współpraca z cenionymi partnerami, takimi jak Constellium, Tüpraş i ArcelorMittal to dopiero początek. Dzięki znacznemu postępowi w dziedzinie powłok, zwłaszcza tych zapewniających ochronę przed korozją w wysokich temperaturach, przyszłość wygląda obiecująco. W dłuższej perspektywie ACHIEF pozostawi niezatarty ślad, który odmieni sposób działania branż poprzez zwiększenie ich wydajności, zrównoważonego charakteru i globalnej konkurencyjności” — podsumowuje Aleman.
Słowa kluczowe
ACHIEF, powłoki, sektory energochłonne, przemysł przetwórczy, projektowanie materiałów, sztuczna inteligencja, wysokie temperatury, AI
