Інноваційна система штучного інтелекту, розроблена дослідниками у Швейцарії, може докорінно змінити одну з найбільш вуглецеємних галузей світу — виробництво цементу.
Команда Інституту Пауля Шеррера (PSI) створила так звану «цифрову кулінарну книгу для кліматично дружнього цементу» — модель ШІ, яка здатна швидко розробляти нові формули цементу з набагато меншим вуглецевим слідом, зберігаючи необхідні структурні властивості.
«Це дозволяє нам моделювати й оптимізувати формули цементу так, щоб вони виділяли значно менше CO2, водночас зберігаючи високий рівень механічної міцності», — пояснює математикиня Романа Бойгер, головна авторка дослідження, опублікованого в журналі Materials and Structures у червні 2025 року.
Важливість цієї інновації важко переоцінити. Виробництво цементу становить близько 8% глобальних викидів вуглекислого газу — більше, ніж усього світового авіаційного сектору. Приблизно половина цих викидів виникає внаслідок хімічної реакції, коли вапняк нагрівають для отримання клінкеру — основного в’яжучого компонента цементу.
Традиційно розробка нових формул цементу потребує тривалих лабораторних випробувань, кожен етап яких займає тижні або місяці. Підхід PSI із використанням ШІ суттєво прискорює цей процес, застосовуючи нейронні мережі, навчені на даних із їхнього програмного забезпечення GEMS, яке моделює складні хімічні реакції під час твердіння цементу.
«Замість секунд чи хвилин навчена нейронна мережа тепер може розраховувати механічні властивості для будь-якого рецепту цементу за мілісекунди — тобто приблизно в тисячу разів швидше, ніж при традиційному моделюванні», — зазначає Бойгер.
Замість випадкового тестування рецептів дослідники застосували зворотний підхід, використовуючи генетичні алгоритми для пошуку конкретних формул, які відповідають заданим критеріям щодо викидів CO2 та міцності матеріалу. Декілька рецептів цементу, знайдених ШІ, вже продемонстрували великий потенціал для скорочення викидів без втрати якості.
Міждисциплінарний проєкт об’єднав хіміків-цементників, експертів із термодинаміки та фахівців зі штучного інтелекту в рамках Швейцарського центру досконалості з досягнення нульових викидів (SCENE). Хоча поточне дослідження є насамперед демонстрацією концепції, науковці планують розширити модель, враховуючи додаткові фактори, такі як доступність сировини та екологічні умови.
«Це лише початок», — говорить Ніколаос Прасіанакіс, ініціатор дослідження. «Часові виграші, які дає такий універсальний підхід, величезні — це дуже перспективний напрям для розробки різноманітних матеріалів і систем.»