virtuelles Materialdesign als neuer Standard. Deutschland soll „in Europa und weltweit zum führenden Kompetenzträger digitaler
Materialforschung aufsteigen". Was bedeutet das konkret — und wo steht die deutsche Materialforschung heute auf diesem Weg?
Der Anspruch der BMBF-Bekanntmachung ist außergewöhnlich. Materialdesign soll nicht mehr im Labor beginnen, sondern
am Computer. Eigenschaften sollen aus Struktur und Prozess vorhergesagt werden, nicht aus Versuchsreihen extrapoliert. Skalenübergreifende Simulation — vom Atom bis zum Bauteil — soll Routine werden, nicht Sonderleistung einzelner Lehrstühle. Drei Förderaufrufe, ein wachsendes Ökosystem und eine Innovationsplattform bilden den Unterbau für dieses Ziel.
Wo steht Deutschland tatsächlich? Im internationalen Vergleich nüchtern betrachtet im Mittelfeld. Die Materials Genome Initiative der USA hat seit 2011 systematisch Hochdurchsatz-Materialentwicklung in Forschungseinrichtungen verankert. NIMS in Japan betreibt mit MatNavi seit über zwei Jahrzehnten die weltweit umfangreichste öffentliche Materialdatenbank. Die Schweizer Materials Cloud — Ergebnis des MARVEL-Programms — ist Europas am weitesten entwickelte Plattform für computergestützte Materialentwicklung. Was MaterialDigital auszeichnet, ist die Konzentration auf industrielle Wertschöpfung statt auf reine Grundlagenforschung: vom dritten Förderaufruf an sind nur noch industriegeführte Verbundprojekte mit vollständiger Wertschöpfungskette förderfähig.
Was unter „virtuellem Materialdesign" konkret zu verstehen ist, hängt vom Standpunkt ab. Für den Computational Scientist heißt es DFT-Rechnungen, Phasenfeldsimulationen, Bayesian Optimization. Für den Werkstoffingenieur heißt es: ich sage dem System, welche Eigenschaft ich brauche, und es schlägt mir Zusammensetzung und Prozessroute vor. Für den Politiker heißt es: kürzere Entwicklungszeiten, geringere Kosten, schnellere Reaktion auf Lieferkettenschocks. Alle drei Sichtweisen sind richtig — und alle drei
setzen voraus, dass die Daten interoperabel sind. Ohne maschinenlesbare Standards bleibt jede dieser Visionen Stückwerk.
Genau hier setzt das MaterialDigital-Programm an. Die Ontologie PMDco als gemeinsame Sprache, der Workflowstore als Bibliothek wiederverwendbarer Simulationen, das DataPortal als FAIR-konformes Repository — das sind die Bausteine, ohne die der virtuelle Materialdesign-Standard ein Buzzword bleibt. Die jüngeren Förderaufrufe wie MaterialDigital_3 — unter dem auch DILEMA-K für Funktionskeramik gefördert wird — sind die Praxis-Tests, an denen sich die Vision messen lassen muss.
„Die BMBF-Vision ist groß und sie ist richtig. Aber sie wird nicht dadurch erreicht, dass man sie wiederholt — sondern dadurch, dass man
> die Werkzeuge baut, die sie umsetzbar machen. Und die Werkzeuge baut man auf konkreten Materialien — Stahl, Kupfer, Keramik — nicht auf Folien." — Dr. Wolfgang Grond, Gründer numberland
Zahlen, Daten, Fakten
- - BMBF-Bekanntmachung MaterialDigital_3 (Mai 2023): Zielsetzung „virtuelles Materialdesign soll der neue Standard werden"
- Internationale Referenzen: Materials Genome Initiative (USA, seit 2011), NIMS/MatNavi (Japan, seit ~2000), Materials Cloud (Schweiz/EU, MARVEL)
- Förderaufruf 3: nur industriegeführte Verbundprojekte, gesamte Wertschöpfungskette inkl. Recycling
- DILEMA-K (gefördert seit März 2025): drittes Funktionskeramik-Verbundprojekt im Programm
- Numberland-Position: "Werkzeugbauer", nicht Materialentwickler