Dei ricercatori svizzeri hanno creato un sistema di intelligenza artificiale che elabora ricette di cemento a basso impatto climatico in pochi secondi, con il potenziale di trasformare uno dei settori più ad alta intensità di carbonio al mondo.
Il team dell’Istituto Paul Scherrer (PSI) ha sviluppato un approccio di machine learning in grado di ridurre drasticamente l’impronta di carbonio del cemento, riprogettandone la composizione. Il loro sistema simula migliaia di combinazioni di ingredienti, individuando quelle che mantengono l’integrità strutturale emettendo molto meno CO2—il tutto in pochi secondi.
L’innovazione mira a risolvere una sfida climatica significativa, poiché l’industria del cemento produce circa l’otto percento delle emissioni globali di CO2—più dell’intero settore dell’aviazione mondiale. Nei cementifici, i forni rotativi vengono riscaldati fino a 1.400 gradi Celsius per trasformare il calcare macinato in clinker, la materia prima per il cemento pronto all’uso.
Sorprendentemente, meno della metà delle emissioni del cemento deriva dal processo di combustione stesso. La maggior parte viene rilasciata dai materiali di partenza: il CO₂ chimicamente legato nel calcare viene liberato durante la sua trasformazione nei forni ad alta temperatura.
Una strategia promettente per ridurre le emissioni consiste nel modificare la ricetta del cemento, sostituendo parte del clinker con materiali cementizi alternativi. È proprio ciò che il team interdisciplinare del Laboratorio di Gestione dei Rifiuti del PSI sta studiando.
"Questo ci permette di simulare e ottimizzare le formulazioni del cemento affinché emettano molto meno CO2, mantenendo lo stesso elevato livello di prestazioni meccaniche", spiega la matematica Romana Boiger, prima autrice dello studio. "Invece di testare migliaia di varianti in laboratorio, possiamo usare il nostro modello per generare suggerimenti pratici sulle ricette in pochi secondi—è come avere un ricettario digitale per il cemento a basso impatto climatico."
Sottoprodotti industriali come la loppa derivata dalla produzione del ferro e le ceneri volanti delle centrali a carbone sono già utilizzati per sostituire parzialmente il clinker nelle formulazioni del cemento. Tuttavia, la domanda globale di cemento è talmente elevata che questi materiali da soli non possono soddisfare il fabbisogno. "Abbiamo bisogno della giusta combinazione di materiali disponibili in grandi quantità, da cui si possa produrre un cemento di alta qualità e affidabile", afferma John Provis, responsabile del Cement Systems Research Group al PSI e coautore dello studio.
Il progetto ha richiesto un approccio interdisciplinare, coinvolgendo chimici del cemento, esperti di termodinamica e specialisti di intelligenza artificiale. È stato condotto nell’ambito di SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), un programma di ricerca interdisciplinare che mira a sviluppare soluzioni scientificamente fondate per ridurre drasticamente le emissioni di gas serra nell’industria e nella produzione di energia.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Materials and Structures, offrendo una strada promettente verso la decarbonizzazione di uno dei settori più difficili da trasformare nella lotta contro il cambiamento climatico.