Interdisciplinarni tim iz Laboratorija za upravljanje otpadom pri PSI-jevom Centru za nuklearno inženjerstvo i znanosti razvio je revolucionaran pristup proizvodnji cementa koristeći strojno učenje. "To nam omogućuje simulaciju i optimizaciju formulacija cementa tako da emitiraju znatno manje CO2, a pritom zadržavaju istu visoku razinu mehaničkih svojstava", objašnjava matematičarka Romana Boiger, prva autorica studije. "Umjesto testiranja tisuća varijacija u laboratoriju, naš model može generirati praktične prijedloge receptura u nekoliko sekundi – to je poput digitalne kuharice za cement prilagođen klimi."
PSI-jevi istraživači trenirali su svoju neuronsku mrežu koristeći podatke dobivene iz otvorenog softvera za termodinamičko modeliranje GEMS. "Uz pomoć GEMS-a izračunali smo – za različite formulacije cementa – koji se minerali formiraju tijekom stvrdnjavanja i koji se geokemijski procesi odvijaju", objašnjava istraživač Nikolaos Prasianakis. Kombinirajući te rezultate s eksperimentalnim podacima i mehaničkim modelima, tim je izveo pouzdane pokazatelje mehaničkih svojstava i kvalitete materijala cementa.
Među formulacijama cementa koje su identificirali istraživači već postoje obećavajući kandidati. "Neke od tih formulacija imaju stvarni potencijal", kaže John Provis, voditelj istraživačke grupe za cementne sustave na PSI-ju, "ne samo u smislu smanjenja CO2 i kvalitete, već i u pogledu praktične izvedivosti u proizvodnji." Studija prvenstveno služi kao dokaz koncepta – pokazuje da se obećavajuće formulacije mogu identificirati matematičkim izračunom. Prije implementacije, recepture prvo moraju proći laboratorijska ispitivanja.
U paralelnom razvoju, MIT-ovi istraživači predvođeni postdoktorandom Soroushom Mahjoubijem objavili su rad otvorenog pristupa u časopisu Nature's Communications Materials u kojem opisuju slično AI rješenje. MIT tim je primijetio da se materijali poput letećeg pepela i troske već dugo koriste za zamjenu dijela cementa u betonskim smjesama, ali potražnja za tim proizvodima nadmašuje ponudu kako industrija nastoji smanjiti klimatski utjecaj. "Shvatili smo da je AI ključ za napredak", ističe Mahjoubi. "Postoji toliko podataka o potencijalnim materijalima – stotine tisuća stranica znanstvene literature. Proći kroz njih potrajalo bi mnoge živote, a do tada bi se otkrilo još materijala!"
Analizirajući znanstvenu literaturu i više od milijun uzoraka stijena, MIT-ov tim je svojom metodom sortirao potencijalne materijale u 19 tipova, od biomase do nusproizvoda rudarstva i materijala od rušenja građevina. Mahjoubi i njegov tim otkrili su da su prikladni materijali dostupni globalno – i što je još impresivnije, mnogi se mogu uključiti u betonske smjese samo mljevenjem.
Ove AI inovacije revolucioniraju cementnu industriju, transformirajući proizvodne procese i postajući neizostavne u borbi protiv klimatskih promjena omogućujući inovativne i izuzetno učinkovite pristupe proizvodnji cementa s niskom emisijom ugljika.