Ein bahnbrechendes System künstlicher Intelligenz, entwickelt von Forschenden in der Schweiz, steht kurz davor, eine der weltweit kohlenstoffintensivsten Branchen zu revolutionieren: die Zementproduktion.
Das interdisziplinäre Team am Zentrum für Nukleartechnik und Wissenschaften des Paul Scherrer Instituts hat ein KI-Modell geschaffen, das als „digitales Kochbuch“ für klimafreundlichen Zement fungiert und optimierte Rezepturen in Sekunden statt in den Monaten oder Jahren generiert, die herkömmliche Tests erfordern würden.
„Anstatt Tausende von Varianten im Labor zu testen, können wir mit unserem Modell innerhalb von Sekunden praktikable Rezeptvorschläge generieren“, erklärt Mathematikerin Romana Boiger, die Hauptautorin der Studie. Die KI berechnet die gesamten CO2-Emissionen verschiedener Zementformulierungen etwa 1.000-mal schneller als herkömmliche Modellierungsansätze.
Die Bedeutung dieser Innovation kann kaum überschätzt werden. Die Zementproduktion ist für etwa 8 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich – mehr als das Dreifache des gesamten Beitrags der Luftfahrtindustrie. Die Emissionen stammen aus zwei Hauptquellen: dem energieintensiven Erhitzen der Drehrohröfen auf 1.400 °C und – noch bedeutender – der chemischen Freisetzung von CO2 aus Kalkstein bei der Umwandlung zu Klinker.
Das KI-System zielt gezielt auf diese Emissionen ab, indem es alternative zementartige Materialien identifiziert, die Klinker teilweise ersetzen können, ohne die entscheidenden Bindeeigenschaften des Zements zu beeinträchtigen. „Wenn wir das Emissionsprofil nur um wenige Prozent verbessern könnten, entspräche dies einer CO2-Reduktion, die Tausenden oder sogar Zehntausenden von Autos gleichkommt“, betont John Provis, Leiter der Forschungsgruppe Zementsysteme am PSI.
Die Forschung, die im Rahmen des Projekts Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions (SCENE) durchgeführt wurde, erforderte einen interdisziplinären Ansatz, der Zementchemie, Thermodynamik und künstliche Intelligenz vereint. Obwohl das Team zahlreiche vielversprechende Zementformulierungen entdeckt hat, müssen diese Kandidaten nun vor einer Anwendung in der Bauindustrie noch im Labor getestet werden.
Da die weltweite Nachfrage nach grünem Zement wächst – der Markt soll bis 2029 auf 52,15 Milliarden US-Dollar anwachsen – stellt diese KI-Innovation einen entscheidenden Schritt zur Dekarbonisierung eines grundlegenden Baustoffs dar. Die Technologie zeigt, wie künstliche Intelligenz Lösungen für einige unserer dringendsten Umweltprobleme beschleunigen kann.