Schweiziske forskere har skabt et AI-system, der på få sekunder kan skrive klimavenlige cementopskrifter og dermed potentielt transformere en af verdens mest CO2-tunge industrier.
Holdet ved Paul Scherrer Institut (PSI) har udviklet en maskinlæringstilgang, der markant kan reducere cementens CO2-aftryk ved at redesigne dens opskrift. Systemet simulerer tusindvis af ingredienskombinationer og identificerer dem, der bevarer den strukturelle integritet, men udleder langt mindre CO2—alt sammen på få sekunder.
Innovationen retter sig mod en væsentlig klimamæssig udfordring, da cementindustrien står for omkring otte procent af de globale CO2-udledninger—mere end hele luftfartssektoren på verdensplan. De roterende ovne i cementfabrikker opvarmes til hele 1.400 grader Celsius for at brænde knust kalksten ned til klinker, som er råmaterialet til færdig cement.
Overraskende nok stammer mindre end halvdelen af cementens udledninger fra selve forbrændingsprocessen. Størstedelen frigives fra råmaterialerne: CO₂, der er kemisk bundet i kalkstenen, frigives under omdannelsen i de højtempererede ovne.
En lovende strategi for at reducere udledningerne er at ændre cementopskriften ved at erstatte noget af klinkeren med alternative cementholdige materialer. Det er netop det, det tværfaglige team på PSI's Laboratorium for Affaldshåndtering har undersøgt.
"Dette gør det muligt for os at simulere og optimere cementformuleringer, så de udleder væsentligt mindre CO2, samtidig med at de bevarer samme høje niveau af mekanisk ydeevne," forklarer matematikeren Romana Boiger, førsteforfatter på studiet. "I stedet for at teste tusindvis af variationer i laboratoriet kan vi bruge vores model til at generere praktiske opskriftsforslag på få sekunder—det er som at have en digital kogebog for klimavenlig cement."
Industrielle biprodukter som slagge fra jernproduktion og flyveaske fra kulfyrede kraftværker bruges allerede delvist til at erstatte klinker i cementopskrifter. Men den globale efterspørgsel på cement er så enorm, at disse materialer alene ikke kan dække behovet. "Det, vi har brug for, er den rette kombination af materialer, som findes i store mængder, og hvorfra der kan produceres cement af høj kvalitet og pålidelighed," siger John Provis, leder af Cement Systems Research Group ved PSI og medforfatter på studiet.
Projektet krævede en tværfaglig tilgang, hvor cementkemikere, termodynamikeksperter og AI-specialister arbejdede sammen. Det blev gennemført som en del af SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), et tværfagligt forskningsprogram, der har til formål at udvikle videnskabeligt funderede løsninger til drastisk at reducere drivhusgasudledninger i industri og energiforsyning.
Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Materials and Structures og peger på en lovende vej mod afkarbonisering af en af de mest udfordrende sektorer i kampen mod klimaforandringer.