Prelomový systém umelej inteligencie, ktorý vyvinuli výskumníci vo Švajčiarsku, má potenciál zrevolucionalizovať jeden z najviac uhlíkovo náročných priemyslov na svete: výrobu cementu.
Tím z Inštitútu Paula Scherrera (PSI) vytvoril to, čo nazývajú „digitálnou kuchárkou pre klimaticky priateľský cement“ – AI model, ktorý dokáže rýchlo navrhovať nové zloženia cementu s výrazne nižšou uhlíkovou stopou pri zachovaní potrebných štrukturálnych vlastností.
„To nám umožňuje simulovať a optimalizovať zloženia cementu tak, aby emitovali podstatne menej CO2, pričom si zachovávajú rovnakú vysokú úroveň mechanickej výkonnosti,“ vysvetľuje matematička Romana Boiger, hlavná autorka štúdie publikovanej v časopise Materials and Structures v júni 2025.
Význam tejto inovácie je ťažké preceňovať. Výroba cementu sa podieľa približne 8 % na celosvetových emisiách oxidu uhličitého – čo je viac ako celý globálny letecký sektor. Približne polovica týchto emisií pochádza z chemickej reakcie, ktorá nastáva pri zahrievaní vápenca na výrobu slinku, hlavnej spojovacej zložky cementu.
Tradične si vývoj nových zložení cementu vyžaduje rozsiahle laboratórne testovanie, pričom každá iterácia trvá týždne alebo mesiace. Prístup PSI založený na umelej inteligencii tento proces dramaticky urýchľuje – využíva neurónové siete trénované na dátach zo softvéru GEMS, ktorý simuluje zložité chemické reakcie počas tvrdnutia cementu.
„Namiesto sekúnd alebo minút dokáže natrénovaná neurónová sieť teraz vypočítať mechanické vlastnosti ľubovoľného cementového receptu v milisekundách – teda približne tisíckrát rýchlejšie ako pri tradičnom modelovaní,“ vysvetľuje Boiger.
Namiesto náhodného testovania receptov vedci použili opačný prístup: genetické algoritmy na identifikáciu konkrétnych zložení, ktoré spĺňajú vopred stanovené ciele pre emisie CO2 aj pevnosť materiálu. Niekoľko receptov na cement, ktoré identifikovala AI, už preukázalo silný potenciál na zníženie emisií pri zachovaní kvality.
Interdisciplinárny projekt spojil cementových chemikov, expertov na termodynamiku a špecialistov na AI v rámci Švajčiarskeho centra excelentnosti pre nulové emisie (SCENE). Hoci súčasná štúdia slúži najmä ako dôkaz konceptu, vedci plánujú svoj model rozšíriť o ďalšie faktory, ako je dostupnosť surovín a environmentálne podmienky.
„Toto je len začiatok,“ hovorí Nikolaos Prasianakis, ktorý štúdiu inicioval. „Časová úspora, ktorú takýto všeobecný pracovný postup ponúka, je obrovská – čo z neho robí veľmi sľubný prístup pre najrôznejšie návrhy materiálov a systémov.“