Ett banbrytande artificiellt intelligenssystem, utvecklat av forskare i Schweiz, står redo att revolutionera en av världens mest koldioxidintensiva industrier: cementproduktionen.
Teamet vid Paul Scherrer-institutet (PSI) har skapat vad de kallar en "digital kokbok för klimatvänlig cement" – en AI-modell som snabbt kan ta fram nya cementrecept med dramatiskt lägre koldioxidavtryck, samtidigt som de nödvändiga strukturella egenskaperna bibehålls.
"Detta gör att vi kan simulera och optimera cementrecept så att de släpper ut betydligt mindre CO2, samtidigt som de behåller samma höga mekaniska prestanda," förklarar matematikern Romana Boiger, huvudförfattare till studien som publicerades i Materials and Structures i juni 2025.
Betydelsen av denna innovation är svår att överskatta. Cementproduktion står för cirka 8 % av de globala koldioxidutsläppen – mer än hela den globala flygindustrin. Omkring hälften av dessa utsläpp kommer från den kemiska reaktion som sker när kalksten upphettas för att bilda klinker, den huvudsakliga bindande komponenten i cement.
Traditionellt kräver utveckling av nya cementrecept omfattande laboratorietester, där varje iteration kan ta veckor eller månader. PSI-teamets AI-metod snabbar upp processen dramatiskt genom att använda neurala nätverk som tränats på data från deras GEMS-programvara, vilken simulerar de komplexa kemiska reaktionerna under cementens härdning.
"Istället för sekunder eller minuter kan det tränade neurala nätverket nu beräkna de mekaniska egenskaperna för ett godtyckligt cementrecept på millisekunder – alltså omkring tusen gånger snabbare än traditionell modellering," förklarar Boiger.
Istället för att slumpmässigt testa recept använde forskarna en omvänd metod, där genetiska algoritmer identifierar specifika sammansättningar som uppfyller förutbestämda mål för både CO2-utsläpp och materialstyrka. Flera av de AI-framtagna cementrecepten har redan visat stor potential att minska utsläppen utan att kompromissa med kvaliteten.
Det tvärvetenskapliga projektet samlade cementkemister, termodynamikexperter och AI-specialister inom ramen för Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions (SCENE). Även om den aktuella studien främst fungerar som ett konceptbevis planerar forskarna att vidareutveckla modellen för att ta hänsyn till fler faktorer, såsom tillgång på råmaterial och miljöförhållanden.
"Det här är bara början," säger Nikolaos Prasianakis, som initierade studien. "De tidsbesparingar som en sådan generell arbetsgång möjliggör är enorma – vilket gör det till en mycket lovande metod för alla typer av material- och systemdesign."