Digitalisierung einer Prozesskette zur Herstellung, Charakterisierung und prototypischen Anwendung magnetokalorischer Legierungen

Die gesamte Klimatechnik, aber auch aktuelle und zukünftige Schlüsseltechnologien wie Künstliche Intelligenz oder Quantencomputer, sind ohne Heiz- und vor allem Kühlgeräte überhaupt nicht denkbar. Dies gilt für den Standort Deutschland, aber in noch größerem Maße für die USA, China oder Indien. Für die Verringerung des damit verbundenen CO₂ -Ausstoßes sind alternative Kühl- und Heizkonzepte, die weniger Energie benötigen und umweltverträgliche Materialien nutzen, von großer Bedeutung. Mit den in diesem Projekt betrachteten sog. „magnetokalorischen“ Materialien sollen technische Innovationen gelingen, die zu einer strom-sparenden und umweltschonenden Kälteerzeugung beitragen – und das vom Privathaushalt bis zur industriellen Nutzung. Die Kälteerzeugung beruht dabei auf einer durch ein Magnetfeld steuerbaren Umwandlung der kristallinen Struktur der Materialien, bei der Energie freigesetzt oder gespeichert wird. Dieser Prozess kann die klassische Kälteerzeugung durch Kompression und Expansion in Kompressoren, häufig unter Verwendung von umweltschädlichen Kühlmitteln, ersetzen. Gemeinsam mit dem Industriepartner Miele soll die gesamte Prozesskette von der experimentellen Herstellung und Charakterisierung der magnetokalorischen Materialien über deren theoretische Beschreibung bis zum Aufbau eines Demonstrators realisiert und durchgehend digitalisiert werden. Basierend auf einem neuen Ansatz zur skalierbaren Entwicklung umfangreicher Ontologien werden alle Prozessdaten und verfolgten Absichten digital repräsentiert. Über ein spezielles Verfahren werden diese strukturierten und unstrukturierten Daten zum Trainieren eines hochdimensionalen Datenraumes verwendet, um über Analogieschlüsse vollständig digital neues Wissen über materialphysikalische Zusammenhänge zu gewinnen. Langfristiges Ziel ist der Aufbau einer digitalen magnetokalorischen Materialbasis und deren Nutzung für die Entdeckung und Entwicklung besserer Materialeigenschaften, um zukünftig schneller, effektiver und kostengünstiger industrietaugliche Lösungen in kürzerer Zeit zu finden.

Vom magnetokalorischen Material (links) über die Prozessdigitalisierung auf der Basis von Ontolo-gien (Mitte) zum klimaverträglichen Kühlschrank (rechts).

Aufgaben im Projekt	Ort
Fachhochschule Bielefeld Additive Fertigung und Anwendung magnetokalorischer Materialien	Bielefeld
Universität Bielefeld Herstellung und Charakterisierung magnetokalorischer Materialien	Bielefeld