Производство цемента отвечает примерно за 8% мировых выбросов CO2 — это больше, чем выбрасывает вся авиационная отрасль. Исследователи из Института Пауля Шеррера (PSI) создали искусственный интеллект, который ускоряет поиск новых рецептур цемента, позволяя сохранять качество материала и одновременно снижать его углеродный след.

Проблема выбросов в цементной промышленности

В цементных заводах вращающиеся печи нагреваются до 1400°C для получения клинкера — основного компонента цемента. Большая часть выбросов CO2 связана не только с сжиганием топлива, но и с химическим разложением известняка при высоких температурах. Одной из стратегий сокращения выбросов является замена части клинкера альтернативными вяжущими материалами.

Искусственный интеллект для поиска новых составов

Междисциплинарная команда PSI разработала подход на основе машинного обучения, который позволяет моделировать и оптимизировать состав цемента с целью снижения выбросов CO2 при сохранении механических свойств. Эта модель быстро генерирует практические рецептуры, что значительно ускоряет процесс поиска новых составов.

С помощью искусственных нейронных сетей, обученных на данных, полученных с помощью программного обеспечения GEMS и экспериментальных исследований, ученые смогли оперативно оценивать механические свойства и уровень выбросов CO2 для различных рецептур цемента. Такой подход ускорил расчёты примерно в тысячу раз по сравнению с традиционным моделированием.

Генетические алгоритмы для оптимизации

Для поиска оптимальных составов команда использовала генетические алгоритмы, которые позволяют находить рецептуры с максимальными механическими свойствами и минимальными выбросами CO2. Это позволяет целенаправленно искать нужные варианты, а не тестировать вслепую множество комбинаций.

Перспективы и дальнейшее развитие

Среди найденных составов уже есть перспективные кандидаты, которые требуют дальнейших лабораторных испытаний. Исследование доказывает, что с помощью математического моделирования можно выявлять эффективные рецептуры цемента. В будущем инструмент может быть расширен с учётом дополнительных факторов, таких как доступность сырья и условия эксплуатации материала.

Проект реализован в рамках программы SCENE (Swiss Centre of Excellence on Net Zero Emissions), направленной на разработку решений по снижению выбросов парниковых газов в промышленности и энергетике.