Heutige Simulationswerkzeuge leisten wertvolle Hilfe bei der Strukturentwicklung und -optimierung, indem sie beispielsweise aufwendige Bauteilversuche reduzieren helfen. Das spart Zeit, Material und Energie. Dennoch verbrauchen Simulationen oft erhebliche Strommengen und haben bei konventionellem Strommix einen entsprechendem CO2-Fußabdruck. Hier setzt die Simulationsumgebung PeriHub an: Mit ihr lassen sich Simulationen in Abhängigkeit vom aktuellen Energiemix starten, um gezielt Phasen mit CO2 armer Energieproduktion zu nutzen. Erste Abschätzungen zeigen eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 30 bis 100 % abhängig von der Dauer der Simulation und dem aktuellen Strommix. So kann dieser innovative Ansatz einen substantiellen Beitrag zum Umweltschutz im Bereich der Simulationstechnologie leisten.
Numerische Simulationen sind hilfreiche und bewährte Werkzeuge, um Strukturen zu optimieren mit dem Vorteil (weitestgehend) auf zeit-, material- und energieintensive Experimente verzichten zu können. Bei Bauteilen können zudem bereits kleine Schädigungen oder Imperfektionen in der Fertigung zu Ausschuss führen, welche durch eine simulative Bewertung dieser Abweichungen vermieden werden können. Diese oft aufwendigen Analysen verbrauchen häufig enorme Mengen elektrischen Strom und tragen somit zur Emission von klimaschädlichem CO2 bei. Die zentrale Idee hinter PeriHub ist es, den CO2-Fußabdruck der ressourcenintensiven Simulationen zu verringern und so den ökologischen Einfluss der Analysen zu minimieren, dabei jedoch deren Nutzen beizubehalten.
Dafür bietet die Simulationsumgebung PeriHub eine innovative Lösung. Mit ihr lassen sich Simulationen in Abhängigkeit vom aktuellen Energiemix starten, um gezielt Phasen mit saubererer Energieproduktion auszunutzen.
Strukturverhalten verstehen und Ressourcen schonen
Der vorgestellte Ansatz zielt nicht nur darauf ab, Ressourcen zu schonen, sondern auch die Entwicklung nachhaltigerer Produkte zu fördern und somit zum globalen Klimaschutz beizutragen.
Die Eigenschaften von recycelten und Biomaterialien sowie die Fertigungsprozesse unterliegen oft starken Streuungen. Fertigungsabweichungen und Eigenschaftsstreuungen lassen sich in Simulationen berücksichtigen, wobei PeriHub mit seinem Peridynamik Framework die beschriebenen Abweichungen analysieren kann. Es wird bewertet inwieweit die Tragfähigkeit eines Bauteils substanziell beeinträchtigt ist und diese repariert oder weggeworfen werden müssen.
Simulationen spielen somit eine entscheidende Rolle bei der Nutzung umweltfreundlicher Materialien und der Minimierung von Fertigungsausschuss. Die Idee hinter PeriHub ist es, nicht nur den Ausschuss durch die Bewertung von bereits gefertigten Bauteilen zu reduzieren, sondern mittelbar auch den Ressourcenbedarf für deren Herstellung. Dieses Ziel ist beispielsweise durch leichtere, robustere oder vollständig recyclebare Strukturen gewährleistbar
Die verwendeten peridynamischen Analysen benötigen Ressourcen, vor allem in Form von elektrischem Strom. Auch hier soll eine Reduktion des Umwelteinflusses stattfinden.
Daher greift PeriHub über eine API auf vorverarbeitete Daten des Strommarktes zurück und stellt beim Start einer Berechnung den Anteil erneuerbarer Energien und eine 12-Stunden-Prognose des Strommixes dar. Berechnungen lassen sich so in Zeiträume verschieben, in denen ein möglichst CO2-armer Strommix vorherrscht. Diese bisher noch manuelle Planung erlaubt es, den CO2-Ausstoß einer Simulation um 30 bis 100 % zu reduzieren.
Was steht in Zukunft an?
Die vorgestellte Idee ist erst der Anfang. Zukünftig lässt sich eine Entscheidung über den Start einer Simulation nicht nur zu Beginn treffen. Mit einer kontinuierlichen Betrachtung des Strommix‘ ließe sich der Verlauf steuern und rechenintensive Analysen in Bereiche mit sehr hohem Anteil an erneuerbaren Energien schieben.
Außerdem wird eine Überwachung des Ressourcenverbrauchs in Echtzeit oder nachträglich machbar sein. Die Verknüpfung der Simulationsdaten mit den Stromdaten wird es erlauben, eine Ökobilanzierung des gesamten Designprozesses oder auch des Simulationscodes durchzuführen. Gezielte Optimierungen im Simulationscode für eine Optimierung des Ressourcenbedarfs werden ebenfalls möglich und beinhalten dann nicht nur die Rechengeschwindigkeit und den Stromverbrauch, sondern auch den CO2 Ausstoß.
