Para peneliti Swiss telah menciptakan sistem AI yang dapat merancang resep semen ramah iklim dalam hitungan detik, berpotensi merevolusi salah satu industri paling intensif karbon di dunia.
Tim di Paul Scherrer Institute (PSI) mengembangkan pendekatan pembelajaran mesin yang mampu memangkas jejak karbon semen secara drastis dengan merancang ulang resepnya. Sistem ini mensimulasikan ribuan kombinasi bahan, mengidentifikasi formulasi yang tetap menjaga integritas struktural sambil menghasilkan emisi CO2 jauh lebih sedikit—semuanya dalam hitungan detik.
Inovasi ini menargetkan tantangan besar iklim, karena industri semen menghasilkan sekitar delapan persen emisi CO2 global—lebih banyak dari seluruh sektor penerbangan dunia. Tungku putar di pabrik semen dipanaskan hingga suhu 1.400 derajat Celsius untuk membakar batu kapur menjadi klinker, bahan baku utama semen siap pakai.
Secara mengejutkan, kurang dari setengah emisi semen berasal dari proses pembakaran itu sendiri. Mayoritas emisi dilepaskan dari bahan baku: CO₂ yang secara kimia terikat dalam batu kapur dilepaskan selama transformasinya di tungku bersuhu tinggi.
Salah satu strategi menjanjikan untuk mengurangi emisi adalah memodifikasi resep semen dengan mengganti sebagian klinker menggunakan material semen alternatif. Inilah yang sedang diteliti oleh tim lintas disiplin di Laboratorium Pengelolaan Limbah PSI.
"Ini memungkinkan kami untuk mensimulasikan dan mengoptimalkan formulasi semen sehingga menghasilkan emisi CO2 jauh lebih sedikit tanpa mengorbankan performa mekanis yang tinggi," jelas matematikawan Romana Boiger, penulis utama studi ini. "Alih-alih menguji ribuan variasi di laboratorium, kami dapat menggunakan model kami untuk menghasilkan saran resep praktis dalam hitungan detik—ini seperti memiliki buku resep digital untuk semen ramah iklim."
Produk sampingan industri seperti slag dari produksi besi dan abu terbang dari pembangkit listrik tenaga batu bara sudah digunakan untuk sebagian menggantikan klinker dalam formulasi semen. Namun, permintaan semen global sangat besar sehingga bahan-bahan ini saja tidak cukup memenuhi kebutuhan. "Yang kita butuhkan adalah kombinasi bahan yang tepat, tersedia dalam jumlah besar, dan dapat menghasilkan semen berkualitas tinggi serta andal," kata John Provis, kepala Kelompok Riset Sistem Semen di PSI dan salah satu penulis studi.
Proyek ini memerlukan pendekatan lintas disiplin, melibatkan ahli kimia semen, pakar termodinamika, dan spesialis AI. Penelitian ini dilakukan sebagai bagian dari SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), sebuah program riset lintas disiplin yang bertujuan mengembangkan solusi ilmiah untuk memangkas emisi gas rumah kaca secara drastis di sektor industri dan energi.
Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Materials and Structures, menawarkan jalan menjanjikan menuju dekarbonisasi salah satu sektor paling menantang dalam upaya mengatasi perubahan iklim.