Przełomowy system sztucznej inteligencji opracowany przez szwajcarskich naukowców może zrewolucjonizować jedną z najbardziej emisyjnych branż na świecie: produkcję cementu.
Zespół z Instytutu Paula Scherrera (PSI) stworzył tzw. „cyfrową książkę kucharską dla przyjaznego klimatowi cementu” – model AI, który błyskawicznie projektuje nowe receptury cementu o znacznie niższym śladzie węglowym, przy zachowaniu wymaganych właściwości konstrukcyjnych.
„Dzięki temu możemy symulować i optymalizować składy cementu tak, by emitowały znacznie mniej CO2, a jednocześnie zachowywały wysoki poziom wytrzymałości mechanicznej” – wyjaśnia matematyczka Romana Boiger, główna autorka badania opublikowanego w czerwcu 2025 roku w czasopiśmie Materials and Structures.
Znaczenie tej innowacji trudno przecenić. Produkcja cementu odpowiada za około 8% globalnych emisji dwutlenku węgla – to więcej niż cały światowy sektor lotniczy. Około połowa tych emisji pochodzi z reakcji chemicznej zachodzącej podczas wypalania wapienia w celu uzyskania klinkieru, głównego składnika wiążącego w cemencie.
Tradycyjnie opracowywanie nowych receptur cementu wymaga żmudnych badań laboratoryjnych, z których każda iteracja trwa tygodnie lub miesiące. Podejście oparte na AI opracowane przez zespół PSI radykalnie przyspiesza ten proces, wykorzystując sieci neuronowe wytrenowane na danych z oprogramowania GEMS, które symuluje złożone reakcje chemiczne podczas twardnienia cementu.
„Zamiast sekund czy minut, wytrenowana sieć neuronowa może teraz obliczyć właściwości mechaniczne dowolnej receptury cementu w milisekundy – czyli około tysiąc razy szybciej niż przy tradycyjnym modelowaniu” – tłumaczy Boiger.
Zamiast losowo testować receptury, naukowcy zastosowali odwrotne podejście, wykorzystując algorytmy genetyczne do identyfikacji konkretnych mieszanek spełniających z góry określone cele dotyczące zarówno emisji CO2, jak i wytrzymałości materiału. Kilka receptur cementu wskazanych przez AI już wykazało duży potencjał w ograniczaniu emisji przy zachowaniu jakości.
Interdyscyplinarny projekt połączył chemików cementu, ekspertów od termodynamiki oraz specjalistów AI w ramach Szwajcarskiego Centrum Doskonałości ds. Emisji Netto Zero (SCENE). Choć obecne badanie ma przede wszystkim charakter dowodu koncepcji, naukowcy planują rozszerzyć model o dodatkowe czynniki, takie jak dostępność surowców czy warunki środowiskowe.
„To dopiero początek” – mówi Nikolaos Prasianakis, inicjator badania. „Oszczędność czasu, jaką daje tak uniwersalne podejście, jest ogromna – to bardzo obiecująca metoda dla projektowania różnych materiałów i systemów.”