طور باحثون في سويسرا نظام ذكاء اصطناعي ثوري من شأنه إحداث تحول جذري في واحدة من أكثر الصناعات المسببة لانبعاثات الكربون في العالم: صناعة الإسمنت.
فريق معهد بول شيرر (PSI) ابتكر ما أطلقوا عليه "كتاب وصفات رقمي للإسمنت الصديق للمناخ"، وهو نموذج ذكاء اصطناعي يستطيع بسرعة تصميم تركيبات إسمنتية جديدة ذات بصمة كربونية منخفضة بشكل كبير مع الحفاظ على الخصائص الهيكلية الضرورية.
توضح عالمة الرياضيات رومانا بويغر، المؤلفة الرئيسية للدراسة المنشورة في مجلة Materials and Structures في يونيو 2025: "يتيح لنا هذا النظام محاكاة وتحسين تركيبات الإسمنت بحيث تصدر كمية أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على نفس المستوى العالي من الأداء الميكانيكي".
تكمن أهمية هذا الابتكار في أنه يصعب المبالغة في تقديرها؛ إذ إن إنتاج الإسمنت مسؤول عن حوالي 8% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عالمياً، أي أكثر من قطاع الطيران بأكمله. ويعود نحو نصف هذه الانبعاثات إلى التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند تسخين الحجر الجيري لإنتاج الكلنكر، وهو المكون الأساسي الرابط في الإسمنت.
تقليدياً، يتطلب تطوير تركيبات إسمنتية جديدة اختبارات مخبرية مطولة، حيث تستغرق كل تجربة أسابيع أو شهوراً. أما نهج الذكاء الاصطناعي الذي طوره فريق PSI فيسرّع هذه العملية بشكل كبير، مستخدماً الشبكات العصبية المدربة على بيانات من برنامجهم GEMS الذي يحاكي التفاعلات الكيميائية المعقدة أثناء تصلب الإسمنت.
وتوضح بويغر: "بدلاً من ثوانٍ أو دقائق، يمكن الآن للشبكة العصبية المدربة حساب الخصائص الميكانيكية لأي وصفة إسمنتية في أجزاء من الألف من الثانية – أي أسرع بحوالي ألف مرة من النمذجة التقليدية".
وبدلاً من اختبار الوصفات بشكل عشوائي، استخدم الباحثون نهجاً عكسياً، حيث اعتمدوا على خوارزميات جينية لتحديد التركيبات التي تحقق أهدافاً محددة مسبقاً من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وقوة المادة. وقد أظهرت عدة وصفات إسمنتية حددها الذكاء الاصطناعي بالفعل إمكانات قوية في تقليل الانبعاثات مع الحفاظ على الجودة.
جمع المشروع بين كيميائيي الإسمنت وخبراء الديناميكا الحرارية واختصاصيي الذكاء الاصطناعي ضمن مركز التميز السويسري للانبعاثات الصفرية (SCENE). وبينما تُعد الدراسة الحالية إثباتاً للمفهوم بشكل أساسي، يخطط الباحثون لتوسيع نموذجهم ليأخذ في الاعتبار عوامل إضافية مثل توفر المواد الخام والظروف البيئية.
يقول نيكولاوس براسياناكيس، الذي بادر بإطلاق الدراسة: "هذه مجرد البداية. وفورات الوقت التي يوفرها هذا النهج العام هائلة – ما يجعله أسلوباً واعداً جداً لتصميم جميع أنواع المواد والأنظمة".