In Bochum beginnt ein europäisches Forschungsprojekt, das der Abfallverwertung einen digitalen Zwilling geben soll. Das Konsortium „AI-Multiscale Integration for Waste-to-Value Digital Twins“, kurz AIM, ist im Oktober 2026 gestartet. Vier Jahre lang wird daran gearbeitet, schwer recycelbare Abfälle mithilfe von Künstlicher Intelligenz und Computersimulationen besser zu verwerten.

Knapp 4 Millionen Euro stellt die Europäische Union dafür bereit. Am 3. November fand die Auftaktveranstaltung in Barcelona statt. Koordiniert wird AIM von Prof. Dr. Núria López am spanischen Institut Català d’Investigació Química (ICIQ). Von der Ruhr-Universität Bochum sind Dr. Yuncheng Mao, Dr. Nicolas Tancogne-Dejean und Prof. Dr. Silvana Botti beteiligt.

Wenn Abfall nicht einfach Abfall ist

Die Sache klingt zunächst nach einem klassischen Recyclingproblem, ist aber deutlich kniffliger: Abfälle sind häufig verunreinigt oder enthalten Stoffe, die sich nur schwer recyceln lassen. In den Anlagen laufen gleichzeitig chemische Reaktionen auf atomarer Ebene, Veränderungen des Materials, Transportvorgänge und der Betrieb der gesamten technischen Anlage unter komplexen Bedingungen ab.

Bislang werden diese Ebenen oft getrennt untersucht. Genau dadurch wird es schwierig, aus Detailwissen auf die tatsächliche Leistungsfähigkeit einer Anlage zu schließen. AIM will die Lücke schließen: Virtuelle Modelle sollen Vorgänge auf atomarer Ebene mit dem Verhalten kompletter technischer Anlagen verknüpfen.

KI und Multiskalen-Simulationen sollen dabei zeigen, wie unterschiedliche Materialien und Betriebsbedingungen die Leistung von Verwertungsverfahren beeinflussen. Mit digitalen Zwillingen könnten Forschende verschiedene technische Ansätze vergleichen, noch bevor eine Anlage gebaut oder praktisch getestet wird. Mögliche Probleme ließen sich früher erkennen; kostspielige physische Versuche könnten dadurch reduziert werden. Entscheidungen vor Tests unter realen Bedingungen würden leichter.

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Bochum, Jyväskylä und Lausanne

Die RUB entwickelt gemeinsam mit der Universität Jyväskylä in Finnland grundlegende Simulationsmethoden. Die EPFL, die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne in der Schweiz, leitet die Modellierung über unterschiedliche Größenordnungen hinweg. Matgenix aus Belgien arbeitet an KI-Werkzeugen, das niederländische Forschungsinstitut DIFFER unterstützt die Entwicklung und Validierung der Digital-Twin-Architektur.

Das ICIQ übernimmt neben der Koordination die Integration experimenteller und computergestützter Daten. AGATA aus dem Vereinigten Königreich kümmert sich um Kommunikation und die Verbreitung der Projektergebnisse. Silvana Botti zufolge sollen die in Bochum entwickelten Simulationsmethoden in ein europäisches Netzwerk für Abfallverwertungstechnologien einfließen.

Die Bochumer Forschenden gehören zum Interdisziplinären Zentrum für fortgeschrittene Materialsimulation (ICAMS) und zum Forschungszentrum „Future Energy Materials and Systems“ (RC FEMS) der Universitätsallianz Ruhr. Zum RC FEMS gehören Forschende der RUB, der TU Dortmund und der Universität Duisburg-Essen. Das Zentrum verbindet Simulationen, datenbasierte Methoden und Experimente und untersucht Materialien und Systeme für eine nachhaltige Energiezukunft.

Ein Projekt für acht Forschungsbaustellen

AIM ist eines von acht Projekten der EIC-Pathfinder-Challenge „Waste-to-Value-Anlagen“. Insgesamt fließen rund 30,5 Millionen Euro an EU-Mitteln in diese Förderinitiative. AIM ist dabei das einzige der acht Projekte, das digitale Zwillinge entwickelt. Die Modelle sollen zugleich die anderen Vorhaben bei der Analyse ihrer Technologien unterstützen.

  • auf die Aufbereitung gemischter Kunststoffe,
  • auf die Rückgewinnung von Materialien aus Entsalzungssole,
  • auf die Abwasserbehandlung,
  • auf die Umwandlung von CO₂ in Chemikalien.

Die Ausschreibung zielt auf kreislaufwirtschaftliche Verfahren, mit denen sich erneuerbare Kraftstoffe, Chemikalien und Materialien aus Abfällen herstellen lassen. Im Hintergrund stehen der Europäische Grüne Deal, REPowerEU und das „Fit for 55“-Paket. Die angestrebten Verfahren sollen Abfälle verwerten, Emissionen senken und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringern.

Der Europäische Innovationsrat (EIC), der die Initiative trägt, wurde im EU-Programm „Horizont Europa“ eingerichtet. Er verfügt über ein Budget von 10,1 Milliarden Euro und fördert Innovationen von der Frühphasenforschung bis zur Finanzierung und Skalierung von Start-ups sowie kleinen und mittleren Unternehmen. AIM wird unter der Fördervereinbarung Nr. 101306664 im Rahmen von „Horizont Europa“ finanziert.

Für die Beteiligten dürfte es trotzdem ein ordentliches Stück Arbeit werden: Atome, Materialien, Transporte und Anlagenbetrieb in einem Modell zusammenzubringen, ist keine Aufgabe, die sich nebenbei erledigt. Aber genau dort liegt der Reiz des Projekts. Wenn die virtuelle Anlage am Bildschirm zuverlässig zeigt, was später in der echten Recyclingtechnik passieren könnte, bleibt vielleicht mancher teure Umweg erspart.