Een baanbrekend kunstmatig intelligentiesysteem, ontwikkeld door onderzoekers in Zwitserland, staat op het punt een revolutie teweeg te brengen in een van de meest CO2-intensieve industrieën ter wereld: de cementproductie.
Het team van het Paul Scherrer Instituut (PSI) heeft wat zij noemen een "digitaal kookboek voor klimaatvriendelijk cement" gecreëerd – een AI-model dat razendsnel nieuwe cementformuleringen met een aanzienlijk lagere CO2-voetafdruk kan ontwerpen, terwijl de noodzakelijke structurele eigenschappen behouden blijven.
"Hiermee kunnen we cementformuleringen simuleren en optimaliseren zodat ze aanzienlijk minder CO2 uitstoten, terwijl ze toch hetzelfde hoge niveau van mechanische prestaties behouden," legt wiskundige Romana Boiger uit, hoofdonderzoeker van de studie die in juni 2025 werd gepubliceerd in Materials and Structures.
Het belang van deze innovatie kan nauwelijks worden overschat. Cementproductie is verantwoordelijk voor ongeveer 8% van de wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide – meer dan de gehele luchtvaartsector wereldwijd. Ongeveer de helft van deze uitstoot is afkomstig van de chemische reactie die optreedt wanneer kalksteen wordt verhit om klinker te produceren, het belangrijkste bindmiddel in cement.
Traditioneel vereist het ontwikkelen van nieuwe cementformuleringen uitgebreid laboratoriumonderzoek, waarbij elke iteratie weken tot maanden in beslag neemt. De AI-aanpak van het PSI-team versnelt dit proces enorm, door gebruik te maken van neurale netwerken die getraind zijn met data uit hun GEMS-software, die de complexe chemische reacties tijdens het uitharden van cement simuleert.
"In plaats van seconden of minuten, kan het getrainde neurale netwerk nu de mechanische eigenschappen voor een willekeurig cementrecept in milliseconden berekenen – dat is ongeveer duizend keer sneller dan met traditionele modellering," aldus Boiger.
In plaats van willekeurig recepten te testen, kozen de onderzoekers voor een omgekeerde benadering. Ze gebruikten genetische algoritmen om specifieke formuleringen te identificeren die voldoen aan vooraf bepaalde doelen voor zowel CO2-uitstoot als materiaalkracht. Verschillende door AI gevonden cementrecepten hebben inmiddels veelbelovend potentieel getoond om de uitstoot te verminderen zonder kwaliteitsverlies.
Het interdisciplinaire project bracht cementchemici, thermodynamica-experts en AI-specialisten samen als onderdeel van het Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions (SCENE). Hoewel de huidige studie vooral als proof of concept dient, zijn de onderzoekers van plan hun model uit te breiden met extra factoren, zoals de beschikbaarheid van grondstoffen en milieuomstandigheden.
"Dit is nog maar het begin," zegt Nikolaos Prasianakis, die het onderzoek initieerde. "De tijdswinst die zo'n algemene workflow oplevert is enorm – en maakt het tot een veelbelovende aanpak voor allerlei materiaal- en systeemontwerpen."