KI in der Materialforschung

Magnete sind Grundlage vieler Technologien. Sie ermöglichen zum Beispiel die Funktionen von Computerfestplatten, den Betrieb von Elektromotoren oder die Stromerzeugung in Windkraftanlagen. Besonders die steigende Nachfrage nach Elektromobilität und Windkraft hat den Bedarf an Magnetmaterialien stark erhöht. Dabei spielt Neodym, ein Metall aus der Gruppe der Seltenen Erden, eine Schlüsselrolle. Obwohl der Name suggeriert, dass diese Elemente selten sind, trifft das auf viele von ihnen nicht zu. Allerdings sind die bekannten Neodyabbaugebiete fast ausschließlich in China konzentriert, was zu geopolitischen und versorgungstechnischen Herausforderungen führt. Eine Lösung für diese Abhängigkeit kann in der Entwicklung alternativer Magnetmaterialien liegen.

Ein Forschungsteam der Universität Sheffield hat, in Zusammenarbeit mit dem Start-up Materials Nexus, einen wichtigen Fortschritt in der Entwicklung neodymfreier Permanentmagnete erzielt. Hierbei spielte Künstliche Intelligenz (KI) eine entscheidende Rolle. Traditionell dauert der Prozess der Materialentwicklung Jahrzehnte, da jede Materialkombination zunächst im Labor synthetisiert und anschließend auf ihre magnetischen Eigenschaften getestet werden muss. Durch den Einsatz der KI konnte dieser Prozess um das 200-Fache beschleunigt werden. Die KI analysierte Hundertmillionen theoretischer Materialkombinationen und identifizierte vielversprechende Alternativen zu Neodym.

Laut Forscherteam hängt die Wahl des Materials stark von der jeweiligen Anwendung ab. So ist bei Elektromotoren beispielsweise eine hohe Energiedichte bei geringem Platzbedarf entscheidend, während in anderen Fällen Magnete benötigt werden, die bei extrem hohen Temperaturen ihre magnetischen Eigenschaften nicht verlieren. Zu den erfolgversprechendsten Alternativen gehören Eisennitride (Verbindungen aus Eisen und Stickstoff) sowie Mangan-Aluminium-Kohlenstoff-Magnete. Erste Tests in den Laboren der Universität Sheffield haben bereits die Eignung dieser Materialien als Permanentmagnete bestätigt.

Die Entwicklung neodymfreier Magnetmaterialien bietet zahlreiche Chancen, insbesondere in Hinblick auf die Ressourceneffizienz. Da Neodym sowohl in der Gewinnung als auch in der Aufbereitung mit hohen ökologischen Kosten verbunden ist, könnte die Verwendung alternativer Materialien nicht nur die Abhängigkeit von einem geopolitisch sensiblen Rohstoff verringern, sondern auch die Umweltbelastung reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von häufig vorkommenden Elementen wie Eisen oder Mangan die Erschließung neuer Märkte und trägt dazu bei, globale Lieferketten robuster zu machen.