Kobalt jest wykorzystywany w akumulatorach litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych, odgrywa więc ważną rolę w transformacji energetycznej. Jednak to srebrnoszare metal zalicza się z kilku powodów do krytycznych surowców: kobalt jest rzadki. Jego udział w całej skorupie ziemskiej wynosi zaledwie 0,004 procent. Światowe rezerwy kobaltu szacuje się na 7,2 miliona ton. Ponad połowa z nich, około cztery miliony ton, znajduje się na terytorium Demokratycznej Republiki Konga. Warunki pracy w kopalniach tego niestabilnego kraju w Afryce Środkowej są często złe, a szkody środowiskowe związane z wydobyciem rudy są znaczne.
Niezależnie od braku bezpieczeństwa dostaw, zbyt wysokich cen na rynku światowym, obaw etycznych, zakazów czy innowacji produktowych z lepszymi właściwościami materiałowymi: dla firm istnieje wiele powodów, aby poszukiwać alternatywnych materiałów. „Istnieją co prawda bazy danych, które projektanci produktów mogą wykorzystać do badań. Jednak często nie dostarczają one użytecznych wyników, ponieważ nie uwzględniają dokładnego przypadku użycia w firmie” - mówi Charlotte Schmidt z zespołu badawczego Sustainability and Material Compliance Management w Instytucie Fraunhofera ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA.
AI jest wykorzystywana do przeszukiwania publikacji naukowych
Aby ułatwić poszukiwania i uzyskać bardziej odpowiednie wyniki, Schmidt wraz z dwiema koleżankami opracowała narzędzie do substytucji materiałów wspierane przez AI. Użytkownicy muszą najpierw podać szczegółowe informacje dotyczące materiału lub surowca, który chcą zastąpić, a następnie określić wymagane właściwości alternatywnego materiału oraz informacje o kontekście zamierzonego użycia materiału. Następnie następuje badanie AI, które przeszukuje bazę danych „Semantic Scholar” na podstawie podanych danych i wymagań użytkownika. Dzięki porównaniu wpisów użytkownika z informacjami dostępnymi w bazie danych, AI identyfikuje odpowiednie alternatywne materiały.
Połączenie AI do substytucji materiałów jest tylko jednym z wielu elementów, które wspierają badaczki firmy w poszukiwaniu alternatywnych surowców, materiałów lub substancji chemicznych. Po wykonaniu zadania przez AI, poddają one proponowane substytuty oraz materiały wyjściowe dokładnej ocenie, w której uwzględniają aspekty prawne, ekologiczne i społeczne oraz bezpieczeństwo dostaw. W bliskiej współpracy z danym przedsiębiorstwem naukowcy następnie sprawdzają, w jakim stopniu proponowane materiały spełniają konkretne wymagania. Na końcu procesu powstaje raport, w którym przedstawione są najbardziej odpowiednie substytuty oraz ocena różnych kryteriów. Dzięki temu badacze oferują firmom solidną podstawę do podejmowania decyzji.
Pierwsze testy pokazują: połączenie AI jest obiecujące
Jako alternatywę dla kobaltu, narzędzie do substytucji materiałów wspierane przez AI proponuje między innymi żelazo. „Nie jest to nowa wiedza, że zamiast litowo-niklowo-manganowo-kobaltowego tlenku można również używać litowo-żelazofosforanu do katod akumulatorów” - mówi Schmidt. „Ale te i inne wyniki pokazały nam, że połączenie AI w poszukiwaniu alternatywnych materiałów jest obiecujące.”
Narzędzie do substytucji materiałów wspierane przez AI powstało w projekcie badawczym „Ultraefektywna fabryka – Deep Dive”, który rozpoczął się w kwietniu 2024 roku i potrwa do końca sierpnia 2025 roku. Projekt badawczy jest wspierany przez Ministerstwo Środowiska, Klimatu i Gospodarki Energetycznej Badenii-Wirtembergii kwotą 1,4 miliona euro. Partnerami projektu, obok Fraunhofer IPA, są Fraunhofer IAO, Centrum Digitalizacji, Zarządzania i Zrównoważonego Rozwoju Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), Umwelttechnik BW GmbH, Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, Ansmann AG oraz Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, a jako partner stowarzyszony ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
Kontakt:
