Anwendung der künstlichen Intelligenz (KI) für die Standortauswahl von tiefen geologischen Endlagern (AKI)

Projektbeschreibung

In der Bundesrepublik Deutschland wird in einem Auswahlverfahren der Standort gesucht, der die bestmögliche Sicherheit zur Endlagerung hochradioaktiver Abfälle gewährleistet.

Zu den Herausforderungen gehören:

• das große Suchgebiet, das sich über das gesamte Bundesgebiet erstreckt,
• der Nachweiszeitraum von einer Million Jahre sowie
• die unterschiedliche Qualität, Menge und Detailliertheit der Geodaten, die bewertet und verarbeitet werden müssen.

Im Umgang mit solch großen und heterogenen Datenmengen wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt. Die immer größer werdenden Rechenkapazitäten haben beispielsweise zur Etablierung der wissenschaftlichen Disziplin "Data Science" geführt. Vor allem Methoden der sogenannten Künstlichen Intelligenz (KI) sind heute in der Lage, Muster in großen Datensätzen zu erkennen. Diese Muster können für Modellierungen und Prognosen genutzt werden.

Dieses Forschungsvorhaben identifiziert für das Standortauswahlverfahren (StandAV) relevante Anwendungsbereiche von KI in den Geowissenschaften. Zudem wird auf Grenzen und notwendige Voraussetzungen hingewiesen, die sich aufgrund der Risiken des Einsatzes von KI ergeben.

In einem ersten Schritt werden Chancen und Risiken sowie Stärken und Schwächen der einzelnen KI-Anwendungsbereiche identifiziert und beschrieben. Diese Identifikation dient als allgemeiner Überblick über mögliche Anwendungsfelder der Künstlichen Intelligenz und deren Bewertung. Im zweiten Schritt werden ausgewählte Fallstudien anhand eines Bewertungsschemas analysiert, um die Relevanz für die Schlüsselaktivitäten des Standortauswahlverfahrens zu bestimmen.

Abschließend werden die Erkenntnisse aus den Fallstudien zusammengefasst und Möglichkeiten für den Einsatz von KI in den Schlüsselaktivitäten des Standortauswahlverfahrens abgeleitet. Dabei werden Grenzen und Rahmenbedingungen aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die KI-Einsatzbereiche nur mit methodischen und fachspezifischen Anpassungen auf das StandAV übertragbar sind.

Voraussetzung für den Einsatz von KI ist eine qualitativ hochwertige Datenbasis. In den Geowissenschaften gibt es bereits viele Publikationen, die sich mit dem Einsatz von KI beschäftigen. Hierbei geht es beispielsweise um:

• die Erkennung, Segmentierung, Generierung und Verarbeitung von Daten in digitalen Bildern,
• die Klassifikation oder Gruppierung von Daten („Clustering“).

Darüber hinaus zeigt die Studie Anwendungsbereiche auf, in denen KI-Methoden bereits eingesetzt werden. Beispiele sind:

• die Entwicklung von Ersatzmodellen,
• die Schätzung, Vorhersage oder Prognose,
• die Vereinfachung komplexer Prozesszusammenhänge,
• das finden „besserer“ Lösungen (Optimierung) und
• die Erkennung und Identifikation ungewöhnlicher Muster (Anomalie-Erkennung).

Hohe Ansprüche müssen an die Nachvollziehbarkeit der angewendeten KI-Methoden und ihre Vermittlung gestellt werden, um dem Transparenzanspruch des Standortauswahlverfahrens gerecht zu werden.

Vor diesem Hintergrund kann KI als Unterstützungsinstrument für Schlüsselaktivitäten der Auswahlverfahrens dienen. Sie darf jedoch nicht so eingesetzt werden, dass sie finale Entscheidungen trifft. Auch wenn KI zur Generierung von Daten eingesetzt wird, um Datenlücken und Unsicherheiten zu schließen: Die Ergebnisse dürfen nicht unreflektiert verwendet werden. Die Ergebnisse müssen immer einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden.

Die Ergebnisse dieses Projektes liefern dem BASE eine Grundlage für die weitere Überprüfung von KI-Methoden, die für den Standortauswahlprozess relevant sind oder sein könnten. Gleichzeitig wird der interessierten Öffentlichkeit eine fundierte Informationsquelle zu KI-Anwendungen in den Geowissenschaften zur Verfügung gestellt.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 4 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Erfahren Sie mehr:

• BASE-Fachdiskussion: Künstliche Intelligenz – Was bedeutet sie für die nukleare Entsorgung?

• Forschung: Künstliche Intelligenz bei der Endlagersuche? (Meldung des BASE vom 16.05.2022)