Investigadores suizos han creado un sistema de inteligencia artificial que genera recetas de cemento respetuosas con el clima en cuestión de segundos, lo que podría transformar una de las industrias más intensivas en carbono del mundo.
El equipo del Instituto Paul Scherrer (PSI) ha desarrollado un enfoque basado en aprendizaje automático que puede reducir de forma drástica la huella de carbono del cemento rediseñando su fórmula. Su sistema simula miles de combinaciones de ingredientes, identificando aquellas que mantienen la integridad estructural y, al mismo tiempo, emiten mucho menos CO2, todo ello en cuestión de segundos.
La innovación aborda un importante reto climático, ya que la industria del cemento produce alrededor del ocho por ciento de las emisiones globales de CO2, más que todo el sector de la aviación a nivel mundial. Los hornos rotatorios de las plantas cementeras se calientan hasta alcanzar los 1.400 grados Celsius para calcinar la piedra caliza y convertirla en clínker, la materia prima del cemento listo para usar.
Sorprendentemente, menos de la mitad de las emisiones del cemento provienen del propio proceso de combustión. La mayor parte se libera a partir de las materias primas: el CO₂ químicamente ligado a la piedra caliza se libera durante su transformación en hornos a alta temperatura.
Una estrategia prometedora para reducir las emisiones es modificar la receta del cemento sustituyendo parte del clínker por materiales cementantes alternativos. Precisamente en esto ha estado trabajando el equipo interdisciplinar del Laboratorio de Gestión de Residuos del PSI.
"Esto nos permite simular y optimizar formulaciones de cemento que emiten considerablemente menos CO2 manteniendo el mismo alto nivel de rendimiento mecánico", explica la matemática Romana Boiger, primera autora del estudio. "En lugar de probar miles de variantes en el laboratorio, podemos utilizar nuestro modelo para generar sugerencias prácticas de recetas en cuestión de segundos; es como tener un libro de cocina digital para cemento respetuoso con el clima".
Subproductos industriales como la escoria procedente de la producción de hierro y las cenizas volantes de centrales térmicas de carbón ya se utilizan para sustituir parcialmente el clínker en las formulaciones de cemento. Sin embargo, la demanda mundial de cemento es tan enorme que estos materiales por sí solos no pueden cubrir la necesidad. "Lo que necesitamos es la combinación adecuada de materiales que estén disponibles en grandes cantidades y con los que se pueda producir cemento de alta calidad y fiable", afirma John Provis, responsable del Grupo de Investigación de Sistemas de Cemento en el PSI y coautor del estudio.
El proyecto requirió un enfoque interdisciplinar, reuniendo a químicos especializados en cemento, expertos en termodinámica y especialistas en inteligencia artificial. Se llevó a cabo en el marco de SCENE (el Centro Suizo de Excelencia en Emisiones Netas Cero), un programa de investigación interdisciplinar cuyo objetivo es desarrollar soluciones científicas sólidas para reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero en la industria y el suministro energético.
La investigación se ha publicado en la revista Materials and Structures, ofreciendo una vía prometedora hacia la descarbonización de uno de los sectores más difíciles en la lucha contra el cambio climático.