ابتكر باحثون سويسريون نظام ذكاء اصطناعي يكتب وصفات إسمنت صديقة للبيئة خلال ثوانٍ، ما قد يغير مستقبل واحدة من أكثر الصناعات إسهاماً في الانبعاثات الكربونية عالميًا.
طور فريق في معهد بول شيرر (PSI) نهجًا يعتمد على التعلم الآلي يمكنه تقليل البصمة الكربونية للإسمنت بشكل كبير عبر إعادة تصميم تركيبته. يقوم النظام بمحاكاة آلاف التركيبات من المكونات، ويحدد تلك التي تحافظ على سلامة البنية مع تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير — وكل ذلك خلال ثوانٍ.
يستهدف هذا الابتكار تحديًا مناخيًا كبيرًا، إذ تنتج صناعة الإسمنت حوالي ثمانية بالمئة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية — أي أكثر من قطاع الطيران بأكمله حول العالم. يتم تسخين الأفران الدوارة في مصانع الإسمنت إلى درجة حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية لحرق الحجر الجيري المطحون وتحويله إلى الكلنكر، المادة الخام للإسمنت الجاهز للاستخدام.
ومن المدهش أن أقل من نصف انبعاثات الإسمنت تأتي من عملية الاحتراق نفسها. إذ أن الجزء الأكبر ينبعث من المواد الخام: حيث يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المرتبط كيميائيًا في الحجر الجيري أثناء تحوله في الأفران عالية الحرارة.
واحدة من الاستراتيجيات الواعدة لتقليل الانبعاثات هي تعديل تركيبة الإسمنت عبر استبدال جزء من الكلنكر بمواد إسمنتية بديلة. وهذا بالضبط ما يقوم فريق العمل متعدد التخصصات في مختبر إدارة النفايات التابع لمعهد PSI بدراسته.
توضح عالمة الرياضيات رومانا بويغر، المؤلفة الرئيسية للدراسة: "هذا يسمح لنا بمحاكاة وتحسين تركيبات الإسمنت بحيث تصدر انبعاثات أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على نفس الأداء الميكانيكي العالي. بدلاً من اختبار آلاف التركيبات في المختبر، يمكننا استخدام نموذجنا لتوليد اقتراحات عملية للوصفات خلال ثوانٍ — الأمر أشبه بوجود كتاب طبخ رقمي للإسمنت الصديق للبيئة".
تُستخدم بالفعل المنتجات الثانوية الصناعية مثل خبث الحديد ورماد الفحم جزئيًا لاستبدال الكلنكر في تركيبات الإسمنت. ومع ذلك، فإن الطلب العالمي على الإسمنت هائل لدرجة أن هذه المواد وحدها لا تكفي لتلبية الحاجة. يقول جون بروفيس، رئيس مجموعة أبحاث أنظمة الإسمنت في PSI والمشارك في الدراسة: "ما نحتاجه هو التركيبة الصحيحة من المواد المتوفرة بكميات كبيرة والتي يمكن إنتاج إسمنت عالي الجودة وموثوق منها".
تطلب المشروع نهجًا متعدد التخصصات، حيث جمع بين كيميائيي الإسمنت وخبراء الديناميكا الحرارية واختصاصيي الذكاء الاصطناعي. وقد أُجري ضمن برنامج SCENE (المركز السويسري للتميز في تحقيق صافي انبعاثات صفرية)، وهو برنامج بحثي متعدد التخصصات يهدف إلى تطوير حلول علمية فعّالة لتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة في الصناعة وقطاع الطاقة بشكل جذري.
نُشرت نتائج البحث في مجلة Materials and Structures، ما يفتح آفاقًا واعدة لإزالة الكربون من أحد أكثر القطاعات تحديًا في مواجهة تغير المناخ.