Švicarski istraživači razvili su AI sustav koji u nekoliko sekundi stvara klimatski prihvatljive recepte za cement, potencijalno transformirajući jednu od industrija s najvećim ugljičnim otiskom na svijetu.
Tim s Paul Scherrer Instituta (PSI) razvio je pristup strojnog učenja koji može drastično smanjiti ugljični otisak cementa redizajnom njegove recepture. Njihov sustav simulira tisuće kombinacija sastojaka, identificirajući one koje zadržavaju strukturni integritet, a istovremeno emitiraju znatno manje CO2 — i to u svega nekoliko sekundi.
Ova inovacija cilja značajan klimatski izazov, budući da cementna industrija proizvodi oko osam posto globalnih emisija CO2 — više nego cijeli svjetski zračni promet. Rotacijske peći u cementarama zagrijavaju se na čak 1.400 stupnjeva Celzija kako bi se mljeveni vapnenac pretvorio u klinker, sirovinu za gotovi cement.
Iznenađujuće, manje od polovice emisija cementa dolazi iz samog procesa izgaranja. Većina se oslobađa iz sirovina: CO₂ kemijski vezan u vapnencu oslobađa se tijekom njegove transformacije u pećima na visokim temperaturama.
Jedna od obećavajućih strategija za smanjenje emisija je izmjena recepture cementa zamjenom dijela klinkera alternativnim cementnim materijalima. Upravo to istražuje interdisciplinarni tim u PSI-jevom Laboratoriju za gospodarenje otpadom.
"Ovo nam omogućuje simulaciju i optimizaciju cementnih formulacija tako da emitiraju znatno manje CO2, a pritom zadržavaju istu visoku razinu mehaničkih svojstava," objašnjava matematičarka Romana Boiger, prva autorica studije. "Umjesto da u laboratoriju testiramo tisuće varijacija, naš model može generirati praktične prijedloge recepata u nekoliko sekundi — to je poput digitalne kuharice za cement prihvatljiv za klimu."
Industrijski nusproizvodi poput troske iz proizvodnje željeza i letećeg pepela iz termoelektrana na ugljen već se djelomično koriste za zamjenu klinkera u cementnim formulacijama. Međutim, globalna potražnja za cementom toliko je velika da sami ti materijali ne mogu zadovoljiti potrebe. "Potrebna nam je prava kombinacija materijala koji su dostupni u velikim količinama i od kojih se može proizvesti visokokvalitetan, pouzdan cement," kaže John Provis, voditelj Istraživačke grupe za cementne sustave na PSI-ju i koautor studije.
Projekt je zahtijevao interdisciplinarni pristup, okupljajući kemičare za cement, stručnjake za termodinamiku i specijaliste za umjetnu inteligenciju. Proveden je u sklopu SCENE-a (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), interdisciplinarnog istraživačkog programa koji ima za cilj razvoj znanstveno utemeljenih rješenja za drastično smanjenje emisija stakleničkih plinova u industriji i opskrbi energijom.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Materials and Structures, nudeći obećavajući put prema dekarbonizaciji jednog od najzahtjevnijih sektora u borbi protiv klimatskih promjena.