Kurzfassung

Das Paul Scherrer Institut (PSI) hat ein nationales Konsortium gegründet, um die Open-Source-Software GEMS langfristig zu sichern. GEMS (Gibbs Energy Minimisation Software) berechnet chemische und thermodynamische Prozesse in komplexen Systemen – Vorgänge, für die die Natur Jahrtausende benötigt, simuliert die Software in Sekunden. Das Konsortium umfasst Forschende des PSI, der ETH Zürich, der Empa, der Universität Bern, der EPFL und Nagra. Die vor über 30 Jahren am PSI initiierte Software wird weltweit von Tausenden Wissenschaftlern genutzt und ist Grundlage zahlreicher Publikationen aus unterschiedlichsten Disziplinen.

Personen

Themen

  • Open-Source-Software
  • Thermodynamische Modellierung
  • Geochemie
  • Schweizer Forschungsinfrastruktur
  • Nachhaltige Materialien

Clarus Lead

Die Gründung des Konsortiums adressiert ein zentrales Governance-Problem in der Forschungssoftware-Ökologie: Wertvolle, weltweit genutzte Tools drohen zu veralten, wenn ihre Pflege auf einzelne Personen oder Institutionen konzentriert bleibt. Mit Dmitrii Kuliks Pensionierung wurde die Vulnerabilität akut – die Verlagerung auf ein verteiltes Konsortium schafft Kontinuität und Unabhängigkeit. Für die Schweizer Forschungslandschaft signalisiert dies eine strategische Priorisierung von Forschungssoftware als kritische Infrastruktur, vergleichbar mit Grossforschungsanlagen.

Detaillierte Zusammenfassung

GEMS basiert auf dem thermodynamischen Konzept der Gibbs'schen Energie – einer fundamentalen Grösse, die den stabilsten Zustand eines Systems beschreibt. George-Dan Miron erklärt das Prinzip mit einer Marktanalogie: Wie ein Preissystem bestimmt die Gibbs'sche Energie, wie sich chemische Elemente auf verschiedene Phasen verteilen und welcher Endzustand thermodynamisch am günstigsten ist. Die Software rekonstruiert diese Gleichgewichte in Sekunden – eine Kapazität, die klassische Laborexperimente ergänzt oder ersetzt.

Die Anwendungsbandbreite ist aussergewöhnlich. Forschende der Universität Bern nutzten GEMS, um ein in einem Marsmeteoriten entdecktes, natürlicherweise unbekanntes Mineral zu charakterisieren und die Druck-Temperatur-Bedingungen seiner Entstehung in der frühen Sonnensystem-Atmosphäre zu rekonstruieren. In der Zementforschung (PSI, Empa, EPFL) ermöglicht GEMS virtuelle Screening von Hunderten CO₂-armer Formulierungen, bevor sie im Labor synthetisiert werden – ein kritischer Vorteil in einer Industrie, die 8 % der globalen CO₂-Emissionen verursacht. Ein drittes Einsatzfeld ist die Lithium-Extraktion aus geothermalen Tiefenwässern: GEMS modelliert, wie sich Fluid-Zusammensetzungen unter variablen Bedingungen verändern und welche geochemischen Prozesse selektive Lithium-Gewinnung ermöglichen könnten – eine Alternative zu wasser-intensiven australischen und lateinamerikanischen Abbaumethoden.

Die ursprüngliche Motivation für GEMS entstand aus dem Schweizer Endlagerprojekt für radioaktive Abfälle. Seit Ende der 1980er-Jahre entwickelte Geochemiker Dmitrii Kulik systematisch einen Prototyp zur Modellierung von Wechselwirkungen zwischen Stahl, Beton, Wasser und Gestein über geologische Zeiträume (Zehntausende bis Hunderttausende Jahre). Diese Grundlagenarbeit wurde durch intensive experimentelle Kampagnen am PSI-Hotlabor gestützt, in denen Radionuklid-Reaktionen mit Opalinuston und anderen Materialien untersucht wurden. Die akkumulierten experimentellen Daten und thermodynamischen Datenbanken machen GEMS bis heute weltweit einzigartig.

Kernaussagen

  • GEMS simuliert thermodynamische Gleichgewichte in Sekunden – ein Werkzeug für Planetologie, Materialwissenschaft und Geochemie
  • Das neue Konsortium verteilt Wartung, Modernisierung und Finanzierung auf sechs Schweizer Forschungsinstitutionen
  • Die Software entstand aus Anforderungen der Endlager-Forschung und wird heute in Dutzenden Disziplinen eingesetzt

Kritische Fragen

  1. Evidenz/Datenqualität: Welche Validierungsmechanismen stellen sicher, dass GEMS-Modellierungen experimentellen Daten entsprechen? Gibt es öffentliche Benchmarks oder Vergleichsstudien mit konkurrierenden Software-Paketen?

  2. Interessenkonflikte: Inwiefern beeinflussen die Ursprünge von GEMS in der Nagra-finanzierten Endlager-Forschung die Priorisierung von Weiterentwicklungen? Haben Konsortiumsmitglieder Anreize, bestimmte Anwendungsfelder zu bevorzugen?

  3. Kausalität/Alternativen: Ist die Gründung des Konsortiums eine Reaktion auf konkrete Finanzierungslücken oder Wartungsrückstände, oder präventiv? Gibt es alternative Open-Source-Tools für thermodynamische Modellierung, und wenn ja, welche Nische besetzt GEMS?

  4. Umsetzbarkeit/Risiken: Wie werden Konflikte zwischen Konsortiumsmitgliedern bei divergierenden Entwicklungsprioritäten gelöst? Welche Governance-Struktur ist etabliert, und wie wird Unabhängigkeit von einzelnen Geldgebern gewährleistet?

  5. Nachhaltigkeit: Reicht die Finanzierungszusage der sechs Institutionen für eine Vollzeitstelle oder mehrere Entwickler? Wie lange ist das Konsortium vertraglich gebunden?

  6. Reproduzierbarkeit: Wie transparent sind die thermodynamischen Datenbanken und Modellparameter? Können Nutzer Eingangsdaten und Annahmen nachvollziehen?

Quellenverzeichnis

Primärquelle: GEMS-Konsortium: Nationale Zusammenarbeit für Open-Source-Thermodynamik-Software – Paul Scherrer Institut PSI, 31.03.2026

Ergänzende Ressourcen:

  1. GEMS Software Portal – Offizielle Dokumentation und Download

Verifizierungsstatus: ✓ 31.03.2026

Dieser Text wurde mit Unterstützung eines KI-Modells erstellt. Redaktionelle Verantwortung: clarus.news | Faktenprüfung: 31.03.2026