Semantic-based Material Twin and Co-Simulation Platform for Solid Oxide Fuel Cells (MEDIATE)

Målet med MEDIATE-prosjektet er å bidra til å møte verdens økende etterspørsel etter mer og bærekraftig energiproduksjon. Brenselcellesystemer er en av de mest lovende teknologiene som kan bidra til å nå disse målene. Fastoksid brenselceller er blant de mest lovende eksisterende brenselcelleteknologiene som tilbyr et rent alternativ til fossilt brensel på grunn av deres høye kinetiske aktivitet, brenselfleksibilitet og drivstoffreformering i celleenheten. Hovedkarakteristikkene til brenselceller er lavere støy, mindre forurensningsutslipp og høyere energikonverteringseffektivitet sammenlignet med de fleste konvensjonelle termomekanisk-baserte kraftproduksjonsprosesser. MEDIATE vil utnytte konseptet digitale tvillinger for å støtte optimalisert materialdesign for fastoksid brenselceller. Denne tilnærmingen inkluderer utvikling av et semantisk miljø som gjør det mulig å sømløst kombinere en rekke multiskala datakilder og avanserte modelleringsverktøy til en integrert plattform for ende-til-ende materialsimulering, prediksjon og design. For å støtte en slik integrasjon, vil MEDIATE utvikle nye standarder og protokoller basert på nye europeiske fremskritt i utviklingen av et felles maskin- og menneskelesbart språk for anvendt vitenskap kalt Elementary Multiperspective Material Ontology. Dette vil gjøre det mulig for forskere fra andre felt å bruke moduler utviklet i MEDIATE for å løse praktiske problemer med mye mindre detaljert kunnskap om den underliggende teknologien.

The demand for energy generation has increased dramatically over the last few years, as well as the need to reduce its production impact on the environment. Fuel cell systems are one of the most promising technologies that can help achieve these objectives. Among the existing fuel cells systems, Solid Oxide Fuel Cells are promising technology that offers a clean alternative to fossil fuels due to their high kinetic activity, their fuel flexibility and their fuel reforming within the cell unit. The main characteristics of fuel cells are their lower noise, pollution emission and their higher energy conversion efficiency compared to most conventional thermomechanical-based power generation processes. We propose in this project to leverage the concept Digital Twin (DT) based approach and framework to support material microstructural design with a view to optimal design solid oxide fuel cells. This approach includes the development of a semantic-based interoperable material twin environment that factors in a wide range of multi-physics and multi-scale data sources and their underpinning semantic models, augmented with optimisation, data analytics and uncertainty management, to deliver an end-to-end material simulation, prediction and design capability. MEDIATE will develop standards and protocols for semantic interoperability for SOFC modelling that are extendable to other materials modelling applications through adherence to the EMMO. Scientists and technologies in the field of SOFCs and other fields employing multiscale modelling and multi-physical modelling of materials and processes will be able to use MEDIATE modules with much less detailed knowledge of the solvers.