Ελβετοί ερευνητές δημιούργησαν ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που συνθέτει φιλικές προς το κλίμα «συνταγές» τσιμέντου μέσα σε δευτερόλεπτα, με τη δυνατότητα να μεταμορφώσει μία από τις πιο ενεργοβόρες και ρυπογόνες βιομηχανίες παγκοσμίως.
Η ομάδα του Ινστιτούτου Paul Scherrer (PSI) ανέπτυξε μια προσέγγιση μηχανικής μάθησης που μπορεί να μειώσει δραστικά το ανθρακικό αποτύπωμα του τσιμέντου, επανασχεδιάζοντας τη «συνταγή» του. Το σύστημά τους προσομοιώνει χιλιάδες συνδυασμούς συστατικών, εντοπίζοντας εκείνους που διατηρούν τη δομική ακεραιότητα ενώ εκπέμπουν πολύ λιγότερο CO2 — και όλα αυτά σε δευτερόλεπτα.
Η καινοτομία στοχεύει σε μια σημαντική πρόκληση για το κλίμα, καθώς η βιομηχανία τσιμέντου παράγει περίπου το οκτώ τοις εκατό των παγκόσμιων εκπομπών CO2 — περισσότερο από ολόκληρο τον παγκόσμιο αεροπορικό τομέα. Οι περιστροφικοί κλίβανοι στα εργοστάσια τσιμέντου θερμαίνονται στους 1.400 βαθμούς Κελσίου για να μετατρέψουν τον αλεσμένο ασβεστόλιθο σε κλίνκερ, την πρώτη ύλη για το έτοιμο προς χρήση τσιμέντο.
Εντυπωσιακά, λιγότερο από το μισό των εκπομπών του τσιμέντου προέρχεται από τη διαδικασία καύσης. Η πλειονότητα εκλύεται από τις πρώτες ύλες: το CO₂ που είναι χημικά δεσμευμένο στον ασβεστόλιθο απελευθερώνεται κατά τη μετατροπή του σε υψηλές θερμοκρασίες.
Μια ελπιδοφόρα στρατηγική για τη μείωση των εκπομπών είναι η τροποποίηση της «συνταγής» του τσιμέντου, αντικαθιστώντας μέρος του κλίνκερ με εναλλακτικά τσιμεντοειδή υλικά. Αυτό ακριβώς ερευνά η διεπιστημονική ομάδα του Εργαστηρίου Διαχείρισης Αποβλήτων του PSI.
"Αυτό μας επιτρέπει να προσομοιώνουμε και να βελτιστοποιούμε τις φόρμουλες του τσιμέντου ώστε να εκπέμπουν σημαντικά λιγότερο CO2, διατηρώντας παράλληλα το ίδιο υψηλό επίπεδο μηχανικής αντοχής," εξηγεί η μαθηματικός Romana Boiger, πρώτη συγγραφέας της μελέτης. "Αντί να δοκιμάζουμε χιλιάδες παραλλαγές στο εργαστήριο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο μας για να δημιουργήσουμε πρακτικές προτάσεις συνταγών μέσα σε δευτερόλεπτα — είναι σαν να έχουμε ένα ψηφιακό βιβλίο μαγειρικής για τσιμέντο φιλικό προς το κλίμα."
Βιομηχανικά παραπροϊόντα όπως η σκουριά από την παραγωγή σιδήρου και η ιπτάμενη τέφρα από εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα ήδη χρησιμοποιούνται μερικώς για την αντικατάσταση του κλίνκερ στις φόρμουλες τσιμέντου. Ωστόσο, η παγκόσμια ζήτηση για τσιμέντο είναι τόσο τεράστια που αυτά τα υλικά από μόνα τους δεν επαρκούν. "Αυτό που χρειαζόμαστε είναι ο σωστός συνδυασμός υλικών που να είναι διαθέσιμα σε μεγάλες ποσότητες και από τα οποία να μπορεί να παραχθεί υψηλής ποιότητας και αξιόπιστο τσιμέντο," λέει ο John Provis, επικεφαλής της Ομάδας Έρευνας Συστημάτων Τσιμέντου στο PSI και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Το έργο απαίτησε διεπιστημονική προσέγγιση, φέρνοντας κοντά χημικούς τσιμέντου, ειδικούς στη θερμοδυναμική και επιστήμονες τεχνητής νοημοσύνης. Διεξήχθη στο πλαίσιο του SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), ενός διεπιστημονικού ερευνητικού προγράμματος που στοχεύει στην ανάπτυξη επιστημονικά τεκμηριωμένων λύσεων για τη δραστική μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στη βιομηχανία και τον ενεργειακό εφοδιασμό.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Materials and Structures, προσφέροντας μια ελπιδοφόρα διαδρομή για την απανθρακοποίηση ενός από τους πιο δύσκολους τομείς στη μάχη κατά της κλιματικής αλλαγής.