スイスの研究者たちは、気候に優しいセメントのレシピを数秒で作成できるAIシステムを開発し、世界で最も炭素集約的な産業の一つを変革する可能性を示した。
ポール・シェラー研究所（PSI）のチームは、セメントのレシピを再設計することでカーボンフットプリントを劇的に削減できる機械学習アプローチを開発した。このシステムは数千通りの原材料の組み合わせをシミュレーションし、構造的な強度を維持しつつCO2排出量を大幅に削減できる配合を数秒で特定する。
このイノベーションは、セメント産業が世界のCO2排出量の約8%を占めているという重大な気候課題に取り組むものだ。これは、世界中の航空業界全体よりも多い。セメント工場の回転式キルンは、粉砕した石灰石をクリンカー（セメントの原料）に焼成するため、1,400度という高温に加熱されている。
驚くべきことに、セメントの排出量の半分未満しか燃焼プロセス自体からは発生していない。大部分は原材料から放出されており、高温キルンでの変換時に石灰石に化学的に結合していたCO₂が放出されるのだ。
排出量を削減する有望な戦略の一つは、クリンカーの一部を代替セメント材料に置き換えることでセメントのレシピを変更することだ。PSIの廃棄物管理研究室の学際的チームはまさにこの点を研究してきた。
「これにより、CO2排出量を大幅に削減しつつ、同じ高い機械的性能を維持できるセメント配合をシミュレーションし最適化できます」と、論文の第一著者である数学者ロマーナ・ボイガー氏は説明する。「何千ものバリエーションを実験室で試す代わりに、私たちのモデルを使えば、実用的なレシピ提案を数秒で生成できます。まるで気候に優しいセメントのデジタルレシピ本のようです。」
鉄鋼生産の副産物であるスラグや、石炭火力発電所のフライアッシュなどの産業副産物は、すでにセメントのクリンカーの一部代替として利用されている。しかし、世界のセメント需要は非常に膨大で、これらの材料だけでは需要を満たすことができない。「必要なのは、大量に入手可能で、高品質かつ信頼性の高いセメントを製造できる材料の最適な組み合わせです」と、PSIのセメントシステム研究グループ責任者で論文共著者のジョン・プロヴィス氏は述べている。
このプロジェクトには学際的なアプローチが求められ、セメント化学者、熱力学の専門家、AIスペシャリストが結集した。研究は、産業やエネルギー供給分野で温室効果ガス排出量を劇的に削減するための科学的に裏付けられた解決策を開発することを目指す学際的研究プログラム「SCENE（スイス・ネットゼロ排出卓越センター）」の一環として実施された。
この研究成果は、学術誌『Materials and Structures』に掲載されており、気候変動対策の中でも最も困難な分野の一つであるセメント産業の脱炭素化に向けた有望な道筋を示している。