Interdisciplinárny tím v Laboratóriu pre nakladanie s odpadmi v Centre pre jadrové inžinierstvo a vedy PSI vyvinul prelomový prístup k výrobe cementu s využitím strojového učenia. „To nám umožňuje simulovať a optimalizovať cementové zmesi tak, aby emitovali podstatne menej CO2, pričom si zachovávajú rovnakú vysokú úroveň mechanickej pevnosti,“ vysvetľuje matematička Romana Boiger, hlavná autorka štúdie. „Namiesto testovania tisícov variácií v laboratóriu môžeme pomocou nášho modelu generovať praktické návrhy receptúr v priebehu sekúnd – je to ako digitálna kuchárka pre ekologický cement.“
Výskumníci z PSI trénovali svoju neurónovú sieť na dátach získaných z open-source softvéru na termodynamické modelovanie GEMS. „S pomocou GEMS sme pre rôzne cementové zmesi vypočítali, aké minerály sa tvoria počas tvrdnutia a aké geochemické procesy prebiehajú,“ objasňuje výskumník Nikolaos Prasianakis. Kombináciou týchto výsledkov s experimentálnymi dátami a mechanickými modelmi tím získal spoľahlivé ukazovatele mechanických vlastností a kvality cementu.
Medzi cementovými zmesami, ktoré vedci identifikovali, sa už nachádzajú sľubní kandidáti. „Niektoré z týchto zmesí majú skutočný potenciál,“ hovorí John Provis, vedúci výskumnej skupiny Cementové systémy na PSI, „nielen z hľadiska zníženia CO2 a kvality, ale aj z pohľadu praktickej realizovateľnosti vo výrobe.“ Štúdia slúži predovšetkým ako dôkaz konceptu – ukazuje, že sľubné zmesi je možné identifikovať matematickými výpočtami. Pred zavedením do praxe však musia receptúry najskôr prejsť laboratórnym testovaním.
Súbežne s tým zverejnili výskumníci z MIT pod vedením postdoktoranda Sorousha Mahjoubiho v časopise Communications Materials (Nature) otvorenú štúdiu, ktorá opisuje podobné riešenie založené na AI. Tím z MIT poznamenal, že materiály ako popolček a troska sa už dlho používajú na nahradenie časti cementu v betónových zmesiach, no dopyt po týchto produktoch prevyšuje ponuku, keďže priemysel hľadá spôsoby, ako znížiť klimatické dopady. „Uvedomili sme si, že AI je kľúčom k ďalšiemu pokroku,“ poznamenáva Mahjoubi. „Existuje obrovské množstvo dát o potenciálnych materiáloch – stovky tisíc strán vedeckej literatúry. Pretriediť ich by trvalo mnoho ľudských životov, pričom by sa medzičasom objavili ďalšie nové materiály!“
Analýzou vedeckej literatúry a viac ako milióna vzoriek hornín použil tím z MIT svoj rámec na roztriedenie kandidátskych materiálov do 19 typov – od biomasy cez vedľajšie produkty baníctva až po materiály zo zbúraných stavieb. Mahjoubi a jeho tím zistili, že vhodné materiály sú dostupné po celom svete – a čo je ešte pôsobivejšie, mnohé z nich je možné do betónových zmesí zaradiť jednoducho ich rozomletím.
Tieto AI inovácie revolučne menia cementársky priemysel, transformujú výrobné procesy a stávajú sa nepostrádateľnými v boji proti klimatickej zmene tým, že umožňujú inovatívne a mimoriadne efektívne prístupy k výrobe nízkouhlíkového cementu.