O echipă interdisciplinară din Laboratorul de Management al Deșeurilor de la Centrul pentru Inginerie Nucleară și Științe PSI a dezvoltat o abordare revoluționară a producției de ciment folosind învățarea automată. „Acest lucru ne permite să simulăm și să optimizăm rețetele de ciment astfel încât să emită semnificativ mai puțin CO2, menținând același nivel ridicat de performanță mecanică”, explică matematiciana Romana Boiger, prima autoare a studiului. „În loc să testăm mii de variante 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.”
Cercetătorii PSI și-au antrenat rețeaua neuronală folosind date generate de software-ul open-source de modelare termodinamică GEMS. „Cu ajutorul GEMS, am calculat – pentru diverse rețete de ciment – ce minerale se formează în timpul întăririi și ce procese geochimice au loc”, explică cercetătorul Nikolaos Prasianakis. Prin combinarea acestor rezultate cu date experimentale și modele mecanice, echipa a derivat indicatori fiabili pentru proprietățile mecanice și calitatea materialului cimentului.
Printre rețetele de ciment identificate de cercetători există deja candidați promițători. „Unele dintre aceste rețete au un potențial real”, spune John Provis, șeful Grupului de Cercetare Sisteme de Ciment de la PSI, „nu doar în ceea ce privește reducerea CO2 și calitatea, ci și fezabilitatea practică în producție.” Studiul servește în principal ca dovadă de concept – demonstrând că rețete promițătoare pot fi identificate matematic. Înainte de implementare, rețetele trebuie testate mai întâi în laborator.
Într-o dezvoltare paralelă, cercetătorii MIT conduși de postdoctorandul Soroush Mahjoubi au publicat un articol open-access în revista Communications Materials a Nature, prezentând o soluție AI similară. Echipa MIT a remarcat că materiale precum cenușa zburătoare și zgura au fost folosite de mult timp pentru a înlocui o parte din cimentul din amestecurile de beton, dar cererea pentru aceste produse depășește oferta pe măsură ce industria caută să reducă impactul asupra climei. „Ne-am dat seama că AI este cheia pentru a merge mai departe”, notează Mahjoubi. „Există atât de multe date despre materiale potențiale – sute de mii de pagini de literatură științifică. Să le parcurgem ar fi necesitat mai multe vieți de muncă, timp în care s-ar fi descoperit și mai multe materiale!”
Analizând literatura științifică și peste 1 milion de mostre de roci, echipa MIT și-a folosit cadrul pentru a sorta materialele candidate în 19 tipuri, de la biomasă la produse secundare din minerit și materiale provenite din demolări. Mahjoubi și echipa sa au descoperit că materiale potrivite sunt disponibile la nivel global – și, mai impresionant, multe pot fi încorporate în amestecurile de beton doar prin măcinare.
Aceste inovații AI revoluționează industria cimentului, transformând procesele de fabricație și devenind indispensabile în lupta împotriva schimbărilor climatice, prin facilitarea unor abordări inovatoare și extrem de eficiente pentru producția de ciment cu emisii reduse de carbon.