Das EU-Projekt AIM entwickelt digitale Zwillinge für Technologien, die Abfall in erneuerbare Kraftstoffe, Chemikalien und Materialien umwandeln. Mithilfe Künstlicher Intelligenz und Computersimulationen verknüpfen die Modelle Prozesse auf atomarer Ebene mit dem Verhalten kompletter Geräte. Koordiniert wird das Vorhaben von Prof. Dr. Núria López vom Institut Català d’Investigació Química (ICIQ) in Spanien.
Die Europäische Union fördert das im Oktober 2026 gestartete Projekt über vier Jahre mit fast 4 Millionen Euro im Rahmen der EIC-Pathfinder-Challenge zum Thema „Waste-to-Value-Anlagen“. Die Teams der übrigen sieben Projekte dieser Ausschreibung sollen mit den Modellen untersuchen können, wie sich Materialien oder Betriebsbedingungen auf die Leistung ihrer Technologien auswirken.
Digitale Zwillinge verknüpfen atomare Reaktionen mit der Geräteleistung
Digitale Zwillinge sollen in AIM die verschiedenen Ebenen von Recyclingprozessen zusammenführen, die bisher meist getrennt voneinander untersucht werden. Bei diesen Prozessen spielen sich Reaktionen auf atomarer Ebene, die Veränderung von Materialien, Transportvorgänge und der Betrieb der gesamten Anlage unter komplexen Bedingungen zeitgleich und in stark unterschiedlichen Größenordnungen ab. Erschwerend kommt hinzu, dass Abfallmaterialien häufig verunreinigt sind oder Bestandteile enthalten, die konventionelle Recyclingverfahren behindern. Werden die Ebenen einzeln betrachtet, lässt sich detailliertes Wissen kaum mit der tatsächlichen Leistung einer Anlage verbinden.
„Bei AIM wollen wir diese Systeme als Ganzes verstehen, nicht als einzelne Teile. Durch die Kombination von Künstlicher Intelligenz mit Multiskalen-Simulationen können wir die Vorgänge auf der kleinsten Ebene mit der Leistung des gesamten Geräts verknüpfen. Dies wird uns helfen, bessere und realistischere Technologien zur Verwertung von Abfall zu entwickeln“, sagt Projektkoordinatorin Núria López.
Am virtuellen Modell können Forscher Ideen erproben, Ansätze gegeneinander abwägen und Schwachstellen aufspüren, noch bevor ein Gerät entsteht oder eine Technologie hochskaliert wird. Auf diese Weise könnte der Bedarf an kostspieligen physischen Versuchen sinken. Zudem ließe sich vor dem Schritt zu Tests unter realen Bedingungen fundierter entscheiden, welche Lösungen weiterverfolgt werden. Der Ansatz knüpft an die europäischen Ziele an, Abfallmengen und Emissionen zu senken, unabhängiger von fossilen Ressourcen zu werden und fossile Rohstoffe durch alternative kohlenstoffbasierte Rohstoffe zu ersetzen, zu denen auch Abfall zählt.
Acht EU-Projekte erforschen die Verwertung schwer recycelbarer Abfälle
AIM ist eines von acht Projekten, die im Rahmen der EIC-Pathfinder-Challenge zum Thema Waste-to-Value gefördert werden und für die insgesamt rund 30,5 Millionen Euro an EU-Mitteln bereitstehen. Die Projekte untersuchen unterschiedliche Wege, schwer recycelbare Abfälle in nützliche Produkte umzuwandeln. Das Spektrum reicht von der Aufbereitung gemischter Kunststoffe und der Rückgewinnung von Materialien aus Entsalzungssole bis zur Abwasserbehandlung und zur Umwandlung von CO₂ in Chemikalien.
Innerhalb dieses Portfolios entwickelt ausschließlich AIM digitale Zwillinge. Mit den virtuellen Modellen sollen die anderen Teams nachvollziehen können, wie ihre Technologien funktionieren, und prüfen, welchen Einfluss unterschiedliche Materialien oder Betriebsbedingungen auf die Leistung haben könnten.
Der Europäische Innovationsrat (EIC) ist Teil des EU-Programms „Horizont Europa“ und unterstützt mit einem Budget von 10,1 Milliarden Euro Innovationen in allen Phasen, angefangen bei der Frühphasenforschung über Proof-of-Concept und Technologietransfer bis zur Finanzierung und Skalierung von Start-ups und KMU. Gefördert wird AIM unter der Fördervereinbarung Nr. 101306664. Das Projekt steht im Einklang mit dem European Green Deal, REPowerEU und dem „Fit for 55“-Paket, die alle drei die Verbindung digitaler Werkzeuge mit nachhaltigen Lösungen betonen.
Bochumer Simulationsforschung ist Teil eines europäischen Konsortiums
An der Ruhr-Universität Bochum arbeiten Dr. Yuncheng Mao, Dr. Nicolas Tancogne-Dejean und Prof. Dr. Silvana Botti an AIM mit. Sie gehören dem Interdisziplinären Zentrum für fortgeschrittene Materialsimulation (ICAMS) sowie dem Forschungszentrum „Future Energy Materials and Systems“ (RC FEMS) der Universitätsallianz Ruhr an. Im RC FEMS arbeiten Forscher der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität Dortmund und der Universität Duisburg-Essen gemeinsam an Materialien und Systemen für eine nachhaltige Energieversorgung. Das Zentrum geht davon aus, dass sich Energietechnologien nur verbessern lassen, wenn das Verständnis von der atomaren Ebene bis zum funktionierenden Gerät reicht und Simulation, datengestützte Methoden und Experimente zusammenwirken. Genau diese Verbindung sollen digitale Zwillinge im Projekt AIM herstellen.
„Die Umwandlung von Abfall in Brennstoffe, Chemikalien und Werkstoffe hängt davon ab, wie sich Materialien auf atomarer Ebene verhalten und wie sich dieses Verhalten auf die Leistung eines realen Geräts auswirkt“, sagt Silvana Botti. „Mit AIM fließen die Simulationsmethoden, die wir in Bochum entwickeln, direkt in ein europäisches Netzwerk von Technologien zur Verwertung von Abfall ein.“
Im Konsortium entwickeln die Universität Jyväskylä in Finnland und die Ruhr-Universität Bochum die grundlegenden Simulationsmethoden, während die École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz die Multiskalenmodellierung leitet. Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz steuert Matgenix aus Belgien bei, und das Niederländische Institut für Grundlagenforschung im Energiebereich (DIFFER) unterstützt die Entwicklung und Validierung der Architektur der digitalen Zwillinge. Das ICIQ konzentriert sich neben der Koordination auf die Integration experimenteller und computergestützter Daten, um die Konsistenz über die verschiedenen Maßstäbe hinweg sicherzustellen. Die Kommunikations- und Verbreitungsaktivitäten leitet AGATA aus dem Vereinigten Königreich. Zur Auftaktveranstaltung traf sich das Projektteam Anfang November in Barcelona.
