Das im Rahmen der Helmholtz-Inkubator-Initiative geförderte Pilotprojekt "Reduced Complexity Models" ist ein gemeinsames interdisziplinäres Vorhaben, das drei ubiquitäre Kernthemen der modernen modell- und datenbasierten Wissenschaft in allen Forschungsbereichen adressiert: (1) Unsicherheitsquantifizierung komplexer Modelle, (2) Entwicklung von schnellen Ersatzmodellen (Emulatoren) und (3) Identifizierung von Schlüsselparametern und Abhängigkeiten. Angesichts der vorherrschenden Explosion der Komplexität der verfügbaren Daten und Computermodelle ist die Beherrschung dieser drei Aspekte von entscheidender Bedeutung für den Erkenntnisgewinn und die simulationsbasierte Entscheidungsfindung, unabhängig vom eigentlichen Anwendungsbereich.

Das Projekt bündelt bereits die an den einzelnen Helmholtz-Zentren vorhandenen Kompetenzen und zielt darauf ab, übertragbare Methoden und Programmpakete im Forschungsbereich Data Science in einer einheitlichen Form zu entwickeln, so dass über die Helmholtz-Zentren hinaus auch weitere Nutzer aus Wissenschaft und Wirtschaft davon profitieren. Eine Auswahl strategisch relevanter Anwendungsfälle aus verschiedenen Forschungsbereichen dient zur Demonstration der entwickelten Ansätze.

Die projektbezogenen Aktivitäten der Sektion Fluidsystemmodellierung konzentrieren sich vor allem auf die zweite Schlüsselfrage, die Entwicklung schneller Ersatzmodelle zur Beschleunigung reaktiver Transportsimulationen. Hierbei geht es vor allem um Fluide, welche während ihrer Bewegung im geologischen Untergrund chemisch mit dem anstehenden Gestein interagieren. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der Substitution rechenintensiver und voll-gekoppelter reaktiver Transportsimulationen durch statistische Ersatzmodelle. Dadurch wird sowohl die Berechnungsgeschwindigkeit als auch die numerische Stabilität verbessert, was letztendlich die Quantifizierung von Unsicherheiten und Risiken auch für großskalige Simulationen erlaubt, und somit zu einer Optimierung der Effizienz und Nachhaltigkeit in der geologischen Untergrundnutzung beiträgt.