Rund 70 Prozent aller technischen Innovationen gehen direkt oder indirekt auf Werkstoffe zurück. Dennoch dauert die Entwicklung neuer Materialien bis zur Markteinführung nach wie vor 10 bis 20 Jahre. Ein Zeitrahmen, der angesichts der Klimaziele, der Energiekrise und der geopolitischen Verwerfungen nicht mehr tragbar ist. Ein wesentlicher Grund für diese Trägheit ist der hohe Bedarf und gleichzeitig die schwierige Verfügbarkeit von bestehenden Materialdaten.

Dies liegt in der starken Fragmentierung der europäischen Werkstoffdatenlandschaft. Daten aus Forschungsprojekten sind über zahlreiche Plattformen, Datenbanken und nationale Initiativen verstreut, kaum interoperabel und für viele Akteure, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, schwer auffindbar und praktisch unzugänglich.

MaterialsCommons schafft gemeinsame Sprache der Werkstoffcommunity

Allein durch ineffiziente Datensuche und redundante Datenerhebung entstehen europaweit geschätzte Kosten von über 10 Milliarden Euro jährlich. Gleichzeitig verschärft sich der globale Wettbewerb mit den USA und China in Schlüsseltechnologien. Dazu zählt KI, Mikroelektronik und Energie. Alles Bereiche, in denen Hochleistungswerkstoffe eine entscheidende Rolle spielen.

MaterialsCommons schafft nun einen zentralen, nutzungsfreundlichen Einstiegspunkt, über den Forscherinnen und Forscher aus Industrie und Wissenschaft sicheren Zugang zu verteilten Datenrepositorien, Workflows und KI-Werkzeugen erhalten sollen, ohne dass Daten zentralisiert werden müssen.

Die föderierte Architektur, d.h. der Zusammenschluss einzelner Plattformen, die ihre Selbstständigkeit bewahren, gewährleistet Datensouveränität und IP-Schutz bei gleichzeitiger Interoperabilität. Zu den Kerninnovationen des Projekts zählen gemeinsame Ontologien, Taxonomien und Metadaten-Schemata als »gemeinsame Sprache« der Werkstoffcommunity.

Zudem werden automatisierte, mehrstufige Forschungsabläufe entwickelt. Sogenannte Self-Driving-Lab-Workflows, bei denen Experimente, Simulationen und Datenanalysen ohne manuelles Eingreifen orchestriert und ausgeführt werden und das verteilt über mehrere Labore und Standorte hinweg.

Erwartungshaltung: Zeiteinsparungen und Kostensenkungen

Vor Projektende sollen über 90 Prozent der meistgenutzten europäischen Repositorien über eine einzige Schnittstelle zugänglich sein. Die Infrastruktur wird in sechs industriellen Anwendungsfällen erprobt. Batteriewerkstoffe u.a. mit Siemens als Industriepartner, bainitische Stähle mit Bosch, ArcelorMittal, Voestalpine und Schaeffler, Qualitätssicherung in der additiven Fertigung mit Schaeffler und Applus sowie Materialien für die Mikroelektronik mit Infineon und Siemens.

Erwartung der industriellen Partner: Bedeutende Zeiteinsparungen und massive Kostensenkungen in einzelnen Entwicklungsprozessen. Zur Sicherung der Nachhaltigkeit über die vierjährige Projektlaufzeit hinaus wird eine MaterialsCommons Foundation gegründet. Sie koordieniert den Betrieb und führt Partner*innen, nationale Hubs und Industrie zusammen.

Prof. Peter Gumbsch, der Materials Commons Koordinator, ist zugleich Mitglied des Executive Board der EU Innovative Advanced Materials Initiative (IAM-I), die als organisatorischer Rahmen die Verbindung zwischen der digitalen Infrastruktur und der industriellen Umsetzung sicherstellt.

Verordnung neuer Werkstoffe im hohenTempo

Die Dringlichkeit des Vorhabens ergibt sich unmittelbar aus der geopolitischen und wirtschaftlichen Lage. Die OECD prognostiziert einen Anstieg des globalen Ressourcenverbrauchs um 40 Prozent bis 2040. Die fossile Abhängigkeit wird zunehmend durch eine Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen ersetzt, und der EU Critical Raw Materials Act, der Net-Zero Industry Act sowie die Ecodesign-Verordnung erfordern neue Werkstoffe in einem hohenTempo. Mit konventionellen Methoden nicht erreichbar.

Jedes Jahr ohne eine solche Infrastruktur bedeutet Milliardenverluste durch ineffiziente Datennutzung, verlangsamte Innovationszyklen und eine verzögerte Erreichung der Klimaziele. MaterialsCommons ist damit nicht nur ein technisches Infrastrukturprojekt. Es ist eine strategische Investition in die industrielle Zukunftsfähigkeit, Resilienz und den Wohlstand in Europa.

*Erklärung Bild / Grafik: Die Europa-überspannende blaue Wolke in der Grafik steht für die Verbundinfrastruktur, die Forschende aus Wissenschaft und Industrie miteinander verbindet und zuvor isolierte Ressourcen zusammenbringt.

Die farbigen Bausteine symbolisieren die drei technischen Elemente der Infrastruktur. Semantische Interoperabilität (blau), Workflows (grün) und Datenräume (violett). Ausgehend von oben rechts gegen den Uhrzeigersinn veranschaulicht die Abbildung: (i) Hochleistungsrechenzentren (HPC), die groß angelegte Rechenressourcen bereitstellen; (ii) semantisch verknüpfte FAIR-Daten (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable), die Interoperabilität und maschinell verarbeitbaren Datenaustausch ermöglichen; (iii) einen benutzerfreundlichen Zugangspunkt, der auch Erstnutzern einen Über-blick über die verfügbaren Dienste bietet;

(iv) die Koordination von SDLs (selbstgesteuerten Laboren), die automatisierte Synthese- und Bearbeitungszyklen in Partnerlaboren ermöglichen und gleichzeitig Echtzeitdaten in einen gemeinsamen Wissensgraphen einbringen; (v) elektronische Laborjournale (ELNs), die die digitale Experimentdokumentation und das Datenmanagement unterstützen; und (vi) industrielle Anbieter, die Daten und Dienste für den kommerziellen Vertrieb bereitstellen. Zusammen bilden diese Komponenten ein digitales Ökosystem, das eine kollaborative, datenzentrierte und KI-gestützte Materialforschung und -entwicklung über organisatorische und geografische Grenzen hinweg unterstützt.