Kobalt se používá v lithium-iontových bateriích pro elektrická vozidla, hraje tedy důležitou roli v energetické transformaci. Toto stříbrošedé kovové prvky však z několika důvodů patří mezi kritické suroviny: Kobalt je vzácný. Jeho podíl na celkové zemské kůře činí pouhých 0,004 procenta. Celosvětové známé rezervy kobaltu se odhadují na 7,2 milionu tun. Více než polovina z toho, asi čtyři miliony tun, leží na území Demokratické republiky Kongo. Pracovní podmínky v dolech v této nestabilní střední africké zemi jsou často špatné a ekologické škody při těžbě rudy jsou značné.
Ať už je to nedostatečná bezpečnost dodávek, příliš vysoké ceny na světovém trhu, etické obavy, zákazy nebo produktové inovace s lepšími materiálovými vlastnostmi: Pro firmy existuje mnoho důvodů, proč se po alternativních materiálech poohlédnout. "Existují sice databáze, které mohou vývojáři produktů využít pro výzkum. Ale často neposkytují použitelné výsledky, protože nezohledňují konkrétní případ použití ve firmě," říká Charlotte Schmidt z výzkumného týmu Udržitelnost a řízení shody s materiály na Fraunhoferově institutu pro výrobní techniku a automatizaci IPA.
AI se používá k prohledávání vědeckých publikací
Aby se usnadnilo hledání a dosáhlo se vhodnějších výsledků, vyvinula Schmidt spolu se dvěma kolegyněmi nástroj pro substituci materiálů podporovaný AI. Uživatelé musí nejprve uvést specifické detaily o materiálu nebo surovině, kterou chtějí nahradit, a poté požadované vlastnosti alternativního materiálu a informace o kontextu požadovaného použití materiálu. Následuje AI-vyhledávání, při kterém je databáze "Semantic Scholar" prohledávána na základě specifických údajů a požadavků uživatelů. Porovnáním uživatelských vstupů s informacemi dostupnými v databázi AI identifikuje vhodné alternativní materiály.
Připojení AI k substituci materiálů je jen jedním z několika prvků, kterými vědkyně podporují firmy při hledání alternativních surovin, materiálů nebo chemických látek. Poté, co AI splní svůj úkol, podrobují navrhované substituty a výchozí materiály komplexnímu hodnocení, ve kterém zohledňují právní, ekologické a sociální aspekty a také bezpečnost dodávek. V úzké spolupráci s příslušnou firmou následně vědkyně zkoumají, jak přesně navrhované materiály splňují specifické požadavky. Na konci procesu vzniká zpráva. V ní jsou uvedeny nejvhodnější substituty a hodnocení různých kritérií. Tímto způsobem poskytují vědkyně firmám podložený základ pro rozhodování.
První testy ukazují: Připojení AI je slibné
Jako alternativu kobalt navrhuje nástroj pro substituci materiálů podporovaný AI mimo jiné železo. "Není to sice nové zjištění, že místo lithium-niklového-manganového-kobaltového oxidu lze použít také lithium-železo-fosfát pro katody baterií," říká Schmidt. "Ale tyto a další výsledky nám ukázaly, že připojení AI při hledání alternativních materiálů je slibné."
Nástroj pro substituci materiálů podporovaný AI vznikl v rámci výzkumného projektu "Ultraefektivní továrna – Deep Dive", který byl zahájen v dubnu 2024 a potrvá až do konce srpna 2025. Tento výzkumný projekt je podporován Ministerstvem pro životní prostředí, klima a energetiku Bádenska-Württemberska celkovou částkou 1,4 milionu eur. Projektovými partnery jsou vedle Fraunhofer IPA také Fraunhofer IAO, Centrum pro digitalizaci, vedení a udržitelnost Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), Umwelttechnik BW GmbH, Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, Ansmann AG a Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, jakož i jako přidružený partner ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
Kontakt:
