Investigadores suizos han creado un sistema de inteligencia artificial que genera recetas de cemento ecológicas en segundos, con el potencial de transformar una de las industrias más intensivas en carbono del mundo.
El equipo del Instituto Paul Scherrer (PSI) desarrolló un enfoque de aprendizaje automático que puede reducir drásticamente la huella de carbono del cemento al rediseñar su receta. Su sistema simula miles de combinaciones de ingredientes, identificando aquellas que mantienen la integridad estructural mientras emiten mucho menos CO2, todo en cuestión de segundos.
La innovación apunta a un desafío climático significativo, 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 en las plantas de cemento se calientan a unos abrasadores 1,400 grados Celsius para calcinar la piedra caliza y convertirla en clínker, la materia prima para el cemento listo para usar.
Sorprendentemente, menos de la mitad de las emisiones del cemento provienen del proceso de combustión en sí. La mayoría se libera a partir de las materias primas: el CO₂ químicamente ligado en la piedra caliza se libera durante su transformación en los hornos de alta temperatura.
Una estrategia prometedora para reducir las emisiones es modificar la receta del cemento reemplazando parte del clínker con materiales cementantes alternativos. Esto es precisamente lo que el equipo interdisciplinario del Laboratorio de Gestión de Residuos del PSI ha estado investigando.
"Esto nos permite simular y optimizar formulaciones de cemento para que emitan significativamente menos CO2 mientras mantienen el mismo alto nivel de desempeño mecánico", explica la matemática Romana Boiger, autora principal del estudio. "En lugar de probar miles de variaciones en el laboratorio, podemos usar nuestro modelo para generar sugerencias prácticas de recetas en segundos; es como tener un recetario digital para cemento ecológico".
Subproductos industriales como la escoria de la producción de hierro y las cenizas volantes de plantas termoeléctricas de carbón ya se utilizan para reemplazar parcialmente el clínker en las formulaciones de cemento. Sin embargo, la demanda global de cemento es tan enorme que estos materiales por sí solos no pueden satisfacer la necesidad. "Lo que necesitamos es la combinación adecuada de materiales que estén disponibles en grandes cantidades y a partir de los cuales se pueda producir cemento de alta calidad y confiable", señala John Provis, jefe del Grupo de Investigación de Sistemas de Cemento en el PSI y coautor del estudio.
El proyecto requirió un enfoque interdisciplinario, reuniendo a químicos especializados en cemento, expertos en termodinámica y especialistas en inteligencia artificial. Se llevó a cabo como parte de SCENE (el Centro Suizo de Excelencia en Emisiones Netas Cero), un programa de investigación interdisciplinario que busca desarrollar soluciones científicamente sólidas para reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero en la industria y el suministro energético.
La investigación fue publicada en la revista Materials and Structures, ofreciendo un camino prometedor hacia la descarbonización de uno de los sectores más desafiantes en la lucha contra el cambio climático.