Il settore della produzione di cemento contribuisce per circa l’8% alle emissioni globali di CO2, superando persino l’impatto dell’aviazione. In questo contesto, la ricerca per formulazioni di cemento a basso impatto ambientale si fa urgente. Al Paul Scherrer Institute in Svizzera, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un modello di intelligenza artificiale capace di individuare rapidamente nuove combinazioni di materiali per produrre cemento con emissioni ridotte ma mantenendo le caratteristiche tecniche necessarie.
Il contributo del cemento nelle emissioni globali e l’esigenza di materiali green
La produzione del cemento è uno dei maggiori responsabili delle emissioni di gas serra. Il processo di fabbricazione del clinker, componente principale del cemento, richiede temperature di circa 1.400 gradi Celsius. Questa fase comporta sia un consumo elevato di combustibili fossili che l’emissione diretta di anidride carbonica dalla decomposizione del calcare, ingrediente base del clinker. Ridurre la quantità di clinker usata nella produzione è considerata una via fondamentale per abbassare le emissioni legate al cemento.
Nel mondo, il cemento rimane una risorsa indispensabile per l’edilizia, e sostituirlo completamente non è pratico. Per questo motivo, i ricercatori cercano metodi per ottimizzarne la composizione, includendo altri materiali con minore impatto ambientale ma che non compromettano prestazioni e durata. La sfida è trovare nuove formulazioni rapidamente, testandone la sostenibilità e la resistenza meccanica prima di mettere in produzione un nuovo tipo di cemento.
Il ruolo dell’intelligenza artificiale nella scoperta di nuove formulazioni di cemento
Al Paul Scherrer Institute, il team ha adottato reti neurali artificiali per gestire la complessità delle reazioni chimiche nel cemento durante la fase di indurimento. Questo sistema simula come diverse combinazioni di materiali reagiscono tra loro e ne calcola al contempo l’impatto ambientale, grazie a un sistema che assegna a ogni componente un valore di emissioni CO2.
Grazie a questo modello, è possibile generare nuove ricette di cemento in pochi millisecondi, evitando l’ingente lavoro di prove in laboratorio che precedentemente richiedeva molto più tempo e risorse. La rete neurale filtra migliaia di possibili formule, scartando automaticamente quelle che non rispettano i criteri di qualità e sostenibilità.
La matematica Romana Boiger, prima autrice dello studio, ha sottolineato come questo sistema rappresenti un ricettario digitale in grado di indicare soluzioni concrete per il cemento ecosostenibile. La ricerca è stata pubblicata recentemente sulla rivista Materials and Structures.
Sostituti del clinker e combinazioni di materiali per il cemento del futuro
Industrie come quella siderurgica producono sottoprodotti quali scorie e ceneri volanti già usati per sostituire in parte il clinker nel cemento. Però, la quantità di questi materiali non è sufficiente a soddisfare l’intera domanda mondiale. Serve una sinergia tra diversi materiali disponibili in quantità elevate che, combinati, assicurino un prodotto finale affidabile per l’edilizia.
John Provis, coautore dello studio, ha spiegato che la sfida sta proprio nel trovare le dosi giuste in modo che il cemento mantenga alta resistenza e durabilità, oltre a un impatto ambientale ridotto. Il sistema sviluppato al PSI riesce a individuare queste dosi precise e può considerare anche fattori come la disponibilità locale di materiali o le condizioni ambientali specifiche del luogo in cui il cemento verrà utilizzato.
Un modello predittivo capace di fissare nuovi standard nell’edilizia sostenibile
Il progetto del PSI consente di partire dagli obiettivi desiderati, per esempio una riduzione precisa delle emissioni con una certa resistenza meccanica minima, e di risalire alle formulazioni ottimali. Questa procedura si basa su algoritmi genetici che emulano la selezione naturale, affinando continuamente le soluzioni fino a trovare quelle più adatte.
Alcuni dei composti già individuati mostrano qualità promettenti sia sotto il profilo ambientale che per la produzione su scala industriale, offrendo così possibilità concrete di impiego nel settore edilizio. In più, il modello può essere aggiornato per includere nuove variabili come il tipo di materie prime presenti in una data area o le condizioni climatiche.
Questa ricerca testimonia come l’uso dell’intelligenza artificiale possa accelerare significativamente l’innovazione in un settore tradizionalmente lento, aprendo la strada a materiali più rispettosi dell’ambiente senza sacrificare la qualità delle costruzioni. L’evoluzione tecnologica in corso punta a un impatto ridotto del cemento sull’atmosfera, problematica urgente e particolarmente rilevante nel quadro globale della lotta al cambiamento climatico.
