Швейцарські дослідники створили систему штучного інтелекту, яка за лічені секунди формує кліматично дружні рецепти цементу, що потенційно може змінити одну з найбільш вуглецеємних галузей світу.
Команда Інституту Пауля Шеррера (PSI) розробила підхід на основі машинного навчання, який може суттєво скоротити вуглецевий слід цементу шляхом перепроектування його рецептури. Їхня система моделює тисячі комбінацій інгредієнтів, визначаючи ті, що зберігають структурну цілісність і водночас виділяють значно менше CO2 — і все це за лічені секунди.
Інновація спрямована на вирішення серйозної кліматичної проблеми, адже цементна промисловість генерує близько восьми відсотків глобальних викидів CO2 — більше, ніж уся світова авіація. Обертові печі на цементних заводах нагріваються до шаленої температури 1400 градусів Цельсія, щоб випалити подрібнений вапняк до клінкеру — основної сировини для готового цементу.
Дивовижно, але менше половини викидів цементу припадає на сам процес спалювання. Основна частина викидів виникає з сировини: CO₂, хімічно зв’язаний у вапняку, вивільняється під час його перетворення у високотемпературних печах.
Однією з перспективних стратегій зменшення викидів є модифікація рецептури цементу шляхом заміщення частини клінкеру альтернативними цементуючими матеріалами. Саме цим і займається міждисциплінарна команда Лабораторії поводження з відходами PSI.
"Це дозволяє нам моделювати й оптимізувати рецептури цементу так, щоб вони виділяли значно менше CO2, зберігаючи при цьому високий рівень механічної міцності", — пояснює математик Романа Бойгер, перша авторка дослідження. "Замість того, щоб випробовувати тисячі варіацій у лабораторії, ми можемо за допомогою нашої моделі генерувати практичні рецепти за лічені секунди — це як цифрова кулінарна книга для кліматично дружнього цементу".
Промислові побічні продукти, такі як шлак від виробництва заліза та зола від вугільних електростанцій, вже використовуються для часткової заміни клінкеру в рецептурах цементу. Однак світовий попит на цемент настільки великий, що цих матеріалів недостатньо. "Нам потрібна правильна комбінація матеріалів, які доступні у великих обсягах і з яких можна виробляти якісний, надійний цемент", — зазначає Джон Провіс, керівник групи досліджень цементних систем PSI та співавтор дослідження.
Проєкт вимагав міждисциплінарного підходу, об’єднавши хіміків цементу, експертів з термодинаміки та фахівців зі штучного інтелекту. Дослідження проводилося в рамках SCENE (Швейцарський центр передового досвіду з досягнення нульових викидів), міждисциплінарної дослідницької програми, що має на меті розробку науково обґрунтованих рішень для радикального скорочення викидів парникових газів у промисловості та енергопостачанні.
Дослідження було опубліковано в журналі Materials and Structures і відкриває перспективний шлях до декарбонізації однієї з найскладніших галузей у боротьбі зі зміною клімату.