Cercetătorii elvețieni au creat un sistem AI care generează rețete de ciment prietenoase cu mediul în doar câteva secunde, cu potențialul de a transforma una dintre cele mai poluante industrii la nivel global.
Echipa de la Institutul Paul Scherrer (PSI) a dezvoltat o abordare bazată pe învățare automată ce poate reduce semnificativ amprenta de carbon a cimentului prin reproiectarea rețetei sale. Sistemul simulează mii de combinații de ingrediente, identificându-le pe cele care mențin integritatea structurală, dar emit mult mai puțin CO2 — totul în câteva secunde.
Inovația vizează o provocare climatică majoră, întrucât industria cimentului produce aproximativ opt procente din emisiile globale de CO2 — mai mult decât întregul sector aviatic mondial. Cuptoarele rotative din fabricile de ciment sunt încălzite la temperaturi de până la 1.400 de grade Celsius pentru a transforma calcarul măcinat în clincher, materia primă pentru cimentul utilizabil.
Surprinzător, mai puțin de jumătate din emisiile cimentului provin din procesul de ardere propriu-zis. Majoritatea este eliberată din materiile prime: CO₂ legat chimic în calcar este eliberat în timpul transformării acestuia în cuptoare la temperaturi înalte.
O strategie promițătoare pentru reducerea emisiilor este modificarea rețetei cimentului prin înlocuirea unei părți din clincher cu materiale cimentare alternative. Exact acest aspect a fost investigat de echipa interdisciplinară de la Laboratorul de Management al Deșeurilor din cadrul PSI.
„Acest lucru ne permite să simulăm și să optimizăm formulele de ciment astfel încât să emită semnificativ mai puțin CO2, menținând totodată același nivel ridicat de performanță mecanică”, explică matematiciana Romana Boiger, prima autoare a studiului. „În loc să testăm mii de variații în laborator, putem folosi modelul nostru pentru a genera sugestii practice de rețete în câteva secunde — este ca și cum am avea o carte de bucate digitală pentru ciment prietenos cu clima.”
Subproduse industriale precum zgura rezultată din producția de fier și cenușa zburătoare de la centralele pe cărbune sunt deja folosite pentru a înlocui parțial clincherul în formulele de ciment. Totuși, cererea globală de ciment este atât de mare încât aceste materiale nu pot acoperi necesarul. „Avem nevoie de combinația potrivită de materiale disponibile în cantități mari, din care să poată fi produs ciment de înaltă calitate și fiabil”, spune John Provis, șeful Grupului de Cercetare a Sistemelor de Ciment din cadrul PSI și coautor al studiului.
Proiectul a necesitat o abordare interdisciplinară, reunind chimiști specializați în ciment, experți în termodinamică și specialiști AI. Acesta a fost desfășurat în cadrul SCENE (Centrul Elvețian de Excelență pentru Emisii Net Zero), un program de cercetare interdisciplinar care urmărește dezvoltarea de soluții științifice solide pentru reducerea drastică a emisiilor de gaze cu efect de seră în industrie și energie.
Cercetarea a fost publicată în revista Materials and Structures, oferind o cale promițătoare pentru decarbonizarea unuia dintre cele mai dificile sectoare în lupta împotriva schimbărilor climatice.