Il cobalto è utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici, quindi gioca un ruolo importante nella transizione energetica. Tuttavia, questo metallo argenteo è considerato una materia prima critica per diversi motivi: il cobalto è raro. La sua percentuale nella crosta terrestre è appena dello 0,004%. Le riserve di cobalto conosciute a livello mondiale sono stimate in 7,2 milioni di tonnellate. Oltre la metà di esse, circa quattro milioni di tonnellate, si trovano sul territorio della Repubblica Democratica del Congo. Le condizioni di lavoro nelle miniere di questo paese instabile dell'Africa centrale sono spesso scarse e i danni ambientali causati dall'estrazione mineraria sono significativi.
Che si tratti di mancanza di sicurezza nell'approvvigionamento, prezzi troppo elevati sul mercato mondiale, preoccupazioni etiche, divieti o innovazioni di prodotto con migliori proprietà dei materiali: per le aziende ci sono molte ragioni per cercare materiali alternativi. "Esistono database che i progettisti di prodotto possono utilizzare per la ricerca. Tuttavia, spesso non forniscono risultati utili, perché non tengono conto del caso d'uso specifico dell'azienda", afferma Charlotte Schmidt del team di ricerca Sustainability and Material Compliance Management dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e automazione IPA.
L'IA viene utilizzata per setacciare pubblicazioni scientifiche
Per facilitare la ricerca e ottenere risultati più pertinenti, Schmidt ha sviluppato insieme a due colleghe uno strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'IA. Attraverso una maschera di input, gli utenti devono prima fornire dettagli specifici sul materiale o la materia prima che desiderano sostituire e poi indicare le proprietà richieste del materiale alternativo, nonché informazioni sul contesto dell'uso del materiale desiderato. Segue una ricerca dell'IA, con cui il database "Semantic Scholar" viene setacciato in base ai dati specifici e alle esigenze degli utenti. Confrontando le informazioni fornite dagli utenti con quelle disponibili nel database, l'IA identifica materiali alternativi idonei.
Il collegamento dell'IA per la sostituzione dei materiali è solo uno dei vari elementi con cui i ricercatori supportano le aziende nella ricerca di materie prime, materiali o sostanze chimiche alternative. Infatti, dopo che l'IA ha svolto il suo compito, sottopongono i materiali sostitutivi proposti e le materie prime a una valutazione completa, in cui considerano aspetti legali, ecologici e sociali, nonché la sicurezza dell'approvvigionamento. In stretto contatto con l'azienda interessata, le scienziate verificano quindi quanto bene i materiali proposti soddisfino i requisiti specifici. Alla fine del processo, viene redatto un rapporto. In questo vengono presentati i materiali sostitutivi più idonei e la valutazione dei vari criteri. In questo modo, le scienziate offrono alle aziende una base decisionale solida.
I primi test mostrano: il collegamento dell'IA è promettente
Come alternativa al cobalto, lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'IA propone tra l'altro il ferro. "Non è una nuova scoperta che al posto di litio-nickel-manganese-cobalto-ossido si possa utilizzare anche litio-ferro-fosfato per i catodi delle batterie", afferma Schmidt. "Ma questi e altri risultati ci hanno dimostrato che il collegamento dell'IA nella ricerca di materiali alternativi è promettente."
Lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'IA è nato nel progetto di ricerca "Ultraeffizienzfabrik – Deep Dive", avviato nell'aprile 2024 e che durerà fino alla fine di agosto 2025. Il progetto di ricerca è sostenuto dal Ministero per l'Ambiente, il Clima e l'Economia Energetica del Baden-Württemberg con un totale di 1,4 milioni di euro. I partner del progetto, oltre al Fraunhofer IPA, sono il Fraunhofer IAO, il Centro per la Digitalizzazione, la Leadership e la Sostenibilità Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), l'Environmental Technology BW GmbH, l'Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, l'Ansmann AG e la Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, oltre al partner associato ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
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