Швейцарски изследователи създадоха AI система, която съставя рецепти за климатично щадящ цимент за секунди, с потенциал да трансформира една от най-въглеродно интензивните индустрии в света.
Екипът от Paul Scherrer Institute (PSI) разработи подход, базиран на машинно обучение, който може драстично да намали въглеродния отпечатък на цимента чрез преработване на неговата рецепта. Системата симулира хиляди комбинации от съставки, откривайки онези, които запазват структурната цялост, докато отделят значително по-малко CO2 — и всичко това за секунди.
Иновацията е насочена към сериозно климатично предизвикателство, тъй като циментовата индустрия генерира около осем процента от световните CO2 емисии — повече от целия авиационен сектор в световен мащаб. Въртящите се пещи в циментовите заводи се нагряват до изгарящите 1400 градуса по Целзий, за да превърнат смления варовик в клинкер — суровината за готовия цимент.
Изненадващо, по-малко от половината от емисиите на цимента идват от самия процес на горене. По-голямата част се отделя от суровините: CO₂, химически свързан във варовика, се освобождава по време на трансформацията му в пещите с висока температура.
Една обещаваща стратегия за намаляване на емисиите е промяната на рецептата на цимента чрез заместване на част от клинкера с алтернативни циментови материали. Именно това изследва интердисциплинарният екип в Лабораторията по управление на отпадъците към PSI.
„Това ни позволява да симулираме и оптимизираме циментови формули, така че да отделят значително по-малко CO2, като същевременно запазват същото високо ниво на механична устойчивост“, обяснява математикът Романа Бойгер, първи автор на изследването. „Вместо да тестваме хиляди варианти в лабораторията, можем да използваме нашия модел, за да генерираме практически предложения за рецепти за секунди — все едно разполагаме с дигитална готварска книга за климатично щадящ цимент.“
Индустриални странични продукти като шлака от производството на желязо и летяща пепел от въглищни електроцентрали вече се използват частично за заместване на клинкера в циментовите смеси. Въпреки това, световното търсене на цимент е толкова голямо, че само тези материали не могат да задоволят нуждите. „Това, от което се нуждаем, е правилната комбинация от материали, които са налични в големи количества и от които може да се произведе висококачествен, надежден цимент“, казва Джон Провис, ръководител на изследователската група по циментови системи в PSI и съавтор на изследването.
Проектът изискваше интердисциплинарен подход, обединявайки химици, експерти по термодинамика и AI специалисти. Той бе реализиран в рамките на SCENE (Швейцарския център за върхови постижения в областта на нулевите емисии), интердисциплинарна изследователска програма, чиято цел е разработването на научно обосновани решения за драстично намаляване на емисиите на парникови газове в индустрията и енергоснабдяването.
Изследването е публикувано в списанието Materials and Structures и предлага обещаващ път към декарбонизация на един от най-предизвикателните сектори в борбата с климатичните промени.