Švýcarští vědci vytvořili AI systém, který během několika vteřin navrhuje ekologičtější receptury cementu a může tak zásadně proměnit jeden z nejvíce uhlíkově náročných průmyslů na světě.
Tým z Paul Scherrer Institute (PSI) vyvinul přístup založený na strojovém učení, který dokáže výrazně snížit uhlíkovou stopu cementu přepracováním jeho složení. Jejich systém simuluje tisíce kombinací surovin a vybírá ty, které zachovávají strukturální integritu, ale produkují mnohem méně CO2 – a to vše během několika vteřin.
Tato inovace cílí na zásadní klimatickou výzvu, protože cementářský průmysl produkuje přibližně osm procent celosvětových emisí CO2 – více než celý globální letecký sektor. Rotační pece v cementárnách se zahřívají na žhavých 1 400 stupňů Celsia, aby vypálily mletý vápenec na slínkové jádro, základní surovinu pro hotový cement.
Překvapivě méně než polovina emisí cementu pochází přímo ze spalovacího procesu. Většina se uvolňuje ze surovin: CO₂ chemicky vázaný ve vápenci se uvolňuje během jeho přeměny v pecích při vysokých teplotách.
Jednou z nadějných strategií pro snížení emisí je úprava receptury cementu nahrazením části slínku alternativními pojivovými materiály. Právě tímto směrem se ubíral interdisciplinární tým v Laboratoři pro nakládání s odpady na PSI.
„To nám umožňuje simulovat a optimalizovat složení cementu tak, aby při zachování vysoké mechanické odolnosti produkoval výrazně méně CO2,“ vysvětluje matematička Romana Boiger, hlavní autorka studie. „Místo testování tisíců variant v laboratoři můžeme pomocí našeho modelu během vteřin generovat praktické návrhy receptur – je to jako mít digitální kuchařku pro ekologický cement.“
Průmyslové vedlejší produkty, jako je struska z výroby železa a popílek z uhelných elektráren, se již částečně využívají k nahrazení slínku v cementu. Celosvětová poptávka po cementu je však tak obrovská, že samotné tyto materiály nestačí. „Potřebujeme správnou kombinaci surovin, které jsou dostupné ve velkém množství a ze kterých lze vyrobit kvalitní a spolehlivý cement,“ říká John Provis, vedoucí výzkumné skupiny Cement Systems Research Group na PSI a spoluautor studie.
Projekt vyžadoval interdisciplinární přístup, který spojil odborníky na chemii cementu, termodynamiku i specialisty na umělou inteligenci. Výzkum probíhal v rámci programu SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), interdisciplinárního výzkumného programu zaměřeného na vývoj vědecky podložených řešení pro radikální snížení emisí skleníkových plynů v průmyslu a energetice.
Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Materials and Structures a představují slibnou cestu k dekarbonizaci jednoho z nejnáročnějších odvětví v boji proti změně klimatu.