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Organisationseinheit der BAM
Aufgrund ihrer einzigartigen molekularen Beschaffenheit werden per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) in vielen unterschiedlichen Produkten und Anwendungsgebieten eingesetzt. Da sie generell eine hohe Persistenz aufweisen und je nach individueller Struktur unterschiedlich mobil sind, sind sie mittlerweile in allen Umweltkompartimenten und ubiquitär nachzuweisen. Ihre potenzielle (ökologische) Toxizität birgt dabei erhebliche Umweltrisiken, weshalb PFAS in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus von Umweltverbänden und -behörden gelangten. Gleichzeitig beschäftigen sich Forschungseinrichtungen mit der möglichst weitreichenden Entfernung aus der Umwelt sowie mit deren (anschließender) Zerstörung.
Im Projekt ER24-4073 „Untersuchung des thermischen Abbaus von PFAS in einer kommerziellen Großanlage zur Verbrennung gefährlicher Abfälle“, welches vom U.S. Department of Defense (DoD ) über das Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) gefördert wird, untersuchen deutsche, australische und amerikanische Partner die Behandlung von PFAS-haltigen Abfallströmen in einer großtechnischen Verbrennungsanlage, um die Einsatzbereitschaft, Machbarkeit und Sicherheit dieser Zerstörungsmethode zu demonstrieren.
Atomistic simulations of matter, especially those that leverage first-principles (ab initio) electronic structure theory, provide a microscopic view of the world, underpinning much of our understanding of chemistry and materials science. Over the last decade or so, machine-learned force fields have transformed atomistic modeling by enabling simulations of ab initio quality over unprecedented time and length scales. However, early machine-learning (ML) force fields have largely been limited by (i) the substantial computational and human effort required to develop and validate potentials for each particular system of interest and (ii) a general lack of transferability from one chemical system to the next. Here, we show that it is possible to create a general-purpose atomistic ML model, trained on a public dataset of moderate size, that is capable of running stable molecular dynamics for a wide range of molecules and materials. We demonstrate the power of the MACE-MP-0 model—and its qualitative and at times quantitative accuracy—on a diverse set of problems in the physical sciences, including properties of solids, liquids, gases, chemical reactions, interfaces, and even the dynamics of a small protein. The model can be applied out of the box as a starting or “foundation” model for any atomistic system of interest and, when desired, can be fine-tuned on just a handful of application-specific data points to reach ab initio accuracy. Establishing that a stable force-field model can cover almost all materials changes atomistic modeling in a fundamental way: experienced users obtain reliable results much faster, and beginners face a lower barrier to entry. Foundation models thus represent a step toward democratizing the revolution in atomic-scale modeling that has been brought about by ML force fields.