Švajčiarski vedci vytvorili AI systém, ktorý v priebehu niekoľkých sekúnd navrhuje klimaticky priaznivé receptúry cementu, čo môže zásadne zmeniť jeden z najviac uhlíkovo náročných priemyselných odvetví na svete.
Tím z Inštitútu Paula Scherrera (PSI) vyvinul prístup založený na strojovom učení, ktorý dokáže výrazne znížiť uhlíkovú stopu cementu prepracovaním jeho receptúry. Ich systém simuluje tisíce kombinácií prísad a vyberá tie, ktoré si zachovávajú štrukturálnu integritu, pričom produkujú oveľa menej CO2 – a to všetko v priebehu niekoľkých sekúnd.
Táto inovácia sa zameriava na významnú klimatickú výzvu, keďže cementársky priemysel je zodpovedný za približne osem percent celosvetových emisií CO2 – viac než celý letecký sektor dohromady. Rotačné pece v cementárňach sa zahrievajú na extrémnych 1 400 stupňov Celzia, aby spálili mletý vápenec na slinok, základnú surovinu pre hotový cement.
Prekvapivo, menej než polovica emisií cementu pochádza zo samotného spaľovacieho procesu. Väčšina sa uvoľňuje zo surovín: CO₂ chemicky viazaný vo vápenci sa uvoľňuje počas jeho premeny v peciach pri vysokých teplotách.
Jednou z nádejných stratégií na zníženie emisií je úprava receptúry cementu nahradením časti slinku alternatívnymi cementárskymi materiálmi. Presne to skúma interdisciplinárny tím v Laboratóriu pre nakladanie s odpadmi na PSI.
„Týmto spôsobom môžeme simulovať a optimalizovať cementové zmesi tak, aby emitovali podstatne menej CO2, pričom si zachovajú vysokú mechanickú odolnosť,“ vysvetľuje matematička Romana Boiger, hlavná autorka štúdie. „Namiesto testovania tisícok variácií v laboratóriu môžeme pomocou nášho modelu vygenerovať praktické návrhy receptúr v priebehu sekúnd – je to ako digitálna kuchárka pre klimaticky priaznivý cement.“
Priemyselné vedľajšie produkty, ako je troska z výroby železa a popolček z uhoľných elektrární, sa už čiastočne využívajú na nahradenie slinku v cementových zmesiach. Celosvetový dopyt po cemente je však taký obrovský, že tieto materiály samy o sebe nestačia. „Potrebujeme správnu kombináciu materiálov, ktoré sú dostupné vo veľkých množstvách a z ktorých možno vyrobiť kvalitný, spoľahlivý cement,“ hovorí John Provis, vedúci výskumnej skupiny Cement Systems na PSI a spoluautor štúdie.
Projekt si vyžadoval interdisciplinárny prístup, ktorý spojil chemikov cementu, odborníkov na termodynamiku a špecialistov na umelú inteligenciu. Realizoval sa v rámci SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), interdisciplinárneho výskumného programu zameraného na vývoj vedecky podložených riešení na radikálne zníženie emisií skleníkových plynov v priemysle a energetike.
Výskum bol publikovaný v časopise Materials and Structures a ponúka sľubnú cestu k dekarbonizácii jedného z najnáročnejších sektorov v boji proti klimatickej zmene.