» Xi măng là vật liệu cốt lõi trong linh vực xây dựng hiện đại, nhưng quá trình sản xuất ra nó lại gây phát thải CO₂ ở mức báo động, chiếm tới 8% tổng lượng phát thải toàn cầu. Trong bối cảnh toàn thế giới đang đẩy mạnh các sáng kiến giảm phát thải, việc ứng dụng công nghệ, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo (AI), để phát triển các giải pháp sản xuất xi măng thân thiện hơn với môi trường đang thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp.
Theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh, bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Tuy nhiên, một trong những thành phần chính của bê tông là xi măng và quy trình sản xuất xi măng phát thải một lượng lớn khí CO₂ vào khí quyển. Đây là vấn đề khiến các nhà khoa học tại Viện Paul Scherrer (PSI) tại Thụy Sĩ quyết định phát triển một công nghệ AI nhằm đẩy nhanh quá trình tìm ra những loại xi măng mới có khả năng giảm phát thải carbon, thân thiện hơn với môi trường.
Có thể hình dung công nghệ AI này như một cuốn sách nấu ăn kỹ thuật số dành cho ngành Xi măng, thay vì phải thử nghiệm từng công thức một cách thủ công, giờ đây hệ thống sẽ nhanh chóng gợi ý hàng loạt phương án phối liệu khác nhau giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và tìm ra những loại xi măng thân thiện với môi trường, nhà Toán học Romana Boiger, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Nghiên cứu này là một phần của dự án SCENE - Trung tâm nghiên cứu quốc gia về phát thải ròng bằng 0 của Thụy Sĩ. Nhóm nghiên cứu tại PSI đặt mục tiêu rút ngắn chu trình phát triển vật liệu mới và nhanh chóng xác định được những công thức tiềm năng để đưa vào thử nghiệm thực tế. Phương pháp này giúp chúng tôi tăng tốc đáng kể việc phát triển vật liệu, từ đó mở rộng khả năng giảm phát thải CO₂ trong ngành Xi măng,Tiến sĩ Nikolaos Prasianakis, người khởi xướng nghiên cứu nhận định.
Hiện tại, ngành Xi măng đóng góp khoảng 8% lượng CO₂ phát thải toàn cầu là một con số cao hơn gấp 3 lần so với lĩnh vực hàng không, vốn chỉ chiếm 2,5%. Phần lớn lượng phát thải CO₂ trong sản xuất xi măng đến từ 2 nguồn chính là năng lượng dùng để nung đá vôi trong lò quay ở nhiệt độ lên tới 1.400°C để tạo ra clinker, quá trình này cần điện năng và đốt nhiên liệu, cả hai đều tạo ra CO₂ và quan trọng hơn là khí CO₂ được giải phóng từ chính nguyên liệu đầu vào, khi đá vôi bị nung, CO₂ liên kết hóa học trong đá sẽ bị giải phóng trực tiếp vào khí quyển.
Để cắt giảm lượng phát thải từ gốc, nhóm nghiên cứu tại PSI tập trung vào việc điều chỉnh cấu trúc phân tử trong công thức xi măng. Với sự hỗ trợ từ phần mềm mô phỏng nhiệt động lực học mã nguồn mở GEMS do chính PSI phát triển, họ đã tính toán các loại khoáng chất hình thành trong quá trình đông cứng và xác định các phản ứng địa hóa học diễn ra trong từng công thức cụ thể.
Công nghệ AI được phát triển có khả năng ước tính lượng CO₂ phát thải của mỗi công thức vật liệu chỉ trong vài phần nghìn giây, nhanh gấp hàng nghìn lần so với các phương pháp mô phỏng truyền thống. Có thể ví công nghệ của chúng tôi là địa chất học... tua nhanh, Giáo sư John Provis, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Hệ thống xi măng tại Viện PSI và là đồng tác giả của nghiên cứu chia sẻ.
Điều mà nhóm nghiên cứu hướng tới là sự kết hợp đúng đắn giữa các nguyên liệu có sẵn với số lượng lớn và khả năng tạo ra xi măng chất lượng cao, ổn định. Dù nhiều công thức tiềm năng đã được phát hiện, tất cả vẫn cần được kiểm chứng thông qua thử nghiệm thực tế trong phòng thí nghiệm trước khi đưa vào ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng.
Tiến sĩ Nikolaos Prasianakis nhận định, đây mới chỉ đang ở giai đoạn khởi đầu, tiềm năng rút ngắn thời gian phát triển vật liệu là rất lớn, có thể tạo ra một bước ngoặt trong cách tiếp cận thiết kế vật liệu và hệ thống kỹ thuật. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Materials and Structures, khẳng định tính khoa học và giá trị ứng dụng thực tiễn của công nghệ AI do nhóm phát triển.
