Pesquisadores suíços criaram um sistema de IA que desenvolve receitas de cimento ecológicas em segundos, com potencial para transformar uma das indústrias mais intensivas em carbono do mundo.
A equipe do Instituto Paul Scherrer (PSI) desenvolveu uma abordagem de aprendizado de máquina capaz de reduzir drasticamente a pegada de carbono do cimento ao redesenhar sua fórmula. O sistema simula milhares de combinações de ingredientes, identificando aquelas que mantêm a integridade estrutural enquanto emitem muito menos CO2 — tudo isso em segundos.
A inovação mira um desafio climático significativo, já que a indústria do cimento é responsável por cerca de oito por cento das emissões globais de CO2 — mais do que todo o setor de aviação mundial. Os fornos rotativos das fábricas de cimento são aquecidos a impressionantes 1.400 graus Celsius para transformar calcário moído em clínquer, a matéria-prima do cimento pronto para uso.
Surpreendentemente, menos da metade das emissões do cimento vem do próprio processo de combustão. A maior parte é liberada a partir das matérias-primas: o CO₂ quimicamente ligado ao calcário é liberado durante sua transformação em fornos de alta temperatura.
Uma estratégia promissora para reduzir as emissões é modificar a receita do cimento, substituindo parte do clínquer por materiais cimentícios alternativos. É exatamente isso que a equipe interdisciplinar do Laboratório de Gerenciamento de Resíduos do PSI vem investigando.
“Isso nos permite simular e otimizar formulações de cimento que emitem significativamente menos CO2, mantendo o mesmo alto nível de desempenho mecânico”, explica a matemática Romana Boiger, primeira autora do estudo. “Em vez de testar milhares de variações em laboratório, podemos usar nosso modelo para gerar sugestões práticas de receitas em segundos — é como ter um livro de receitas digital para cimento ecológico.”
Subprodutos industriais, como escória da produção de ferro e cinzas volantes de usinas termelétricas a carvão, já são usados para substituir parcialmente o clínquer em formulações de cimento. No entanto, a demanda global por cimento é tão grande que esses materiais, sozinhos, não conseguem suprir a necessidade. “O que precisamos é da combinação certa de materiais disponíveis em grandes quantidades e que permitam produzir cimento de alta qualidade e confiabilidade”, afirma John Provis, chefe do Grupo de Pesquisa em Sistemas de Cimento do PSI e coautor do estudo.
O projeto exigiu uma abordagem interdisciplinar, reunindo químicos do cimento, especialistas em termodinâmica e profissionais de IA. Ele foi realizado como parte do SCENE (Centro Suíço de Excelência em Emissões Líquidas Zero), um programa de pesquisa interdisciplinar que busca desenvolver soluções cientificamente fundamentadas para reduzir drasticamente as emissões de gases de efeito estufa na indústria e no setor energético.
A pesquisa foi publicada na revista Materials and Structures, oferecendo um caminho promissor para a descarbonização de um dos setores mais desafiadores na luta contra as mudanças climáticas.