Szwajcarscy naukowcy stworzyli system AI, który w kilka sekund opracowuje przyjazne dla klimatu receptury cementu, co może zrewolucjonizować jedną z najbardziej emisyjnych branż na świecie.
Zespół z Instytutu Paula Scherrera (PSI) opracował podejście oparte na uczeniu maszynowym, które może radykalnie ograniczyć ślad węglowy cementu poprzez zmianę jego receptury. System ten symuluje tysiące kombinacji składników, wskazując te, które zachowują integralność strukturalną przy znacznie mniejszej emisji CO2 — i to wszystko w ciągu kilku sekund.
Innowacja ta odpowiada na poważne wyzwanie klimatyczne, ponieważ przemysł cementowy odpowiada za około osiem procent globalnych emisji CO2 — więcej niż cały światowy sektor lotniczy. Piece obrotowe w cementowniach są podgrzewane do temperatury aż 1400 stopni Celsjusza, aby wypalić zmielony wapień do klinkieru, będącego surowcem do produkcji cementu.
Co zaskakujące, mniej niż połowa emisji cementu pochodzi z samego procesu spalania. Większość uwalniana jest z surowców: CO₂ chemicznie związany w wapieniu uwalnia się podczas jego przekształcania w wysokotemperaturowych piecach.
Jedną z obiecujących strategii redukcji emisji jest modyfikacja receptury cementu poprzez zastąpienie części klinkieru alternatywnymi materiałami wiążącymi. Właśnie tym zajmuje się interdyscyplinarny zespół z Laboratorium Gospodarki Odpadami PSI.
„Dzięki temu możemy symulować i optymalizować receptury cementu tak, by emitowały znacznie mniej CO2, zachowując jednocześnie wysoki poziom właściwości mechanicznych” — wyjaśnia matematyczka Romana Boiger, pierwsza autorka badania. „Zamiast testować tysiące wariantów w laboratorium, możemy dzięki naszemu modelowi w kilka sekund wygenerować praktyczne propozycje receptur — to jak cyfrowa książka kucharska dla cementu przyjaznego klimatowi.”
Produkty uboczne przemysłu, takie jak żużel z produkcji żelaza czy popiół lotny z elektrowni węglowych, są już wykorzystywane do częściowego zastępowania klinkieru w recepturach cementu. Jednak globalne zapotrzebowanie na cement jest tak ogromne, że same te materiały nie wystarczą. „Potrzebujemy odpowiedniej kombinacji materiałów, które są dostępne w dużych ilościach i z których można wyprodukować wysokiej jakości, niezawodny cement” — mówi John Provis, szef Cement Systems Research Group w PSI i współautor badania.
Projekt wymagał podejścia interdyscyplinarnego, łącząc chemików cementu, ekspertów od termodynamiki i specjalistów AI. Realizowany był w ramach SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), interdyscyplinarnego programu badawczego, którego celem jest opracowanie naukowo uzasadnionych rozwiązań na rzecz radykalnej redukcji emisji gazów cieplarnianych w przemyśle i energetyce.
Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Materials and Structures, oferując obiecującą ścieżkę do dekarbonizacji jednego z najtrudniejszych sektorów w walce ze zmianami klimatu.