Cemento sostenibile: come l'AI può rivoluzionare il settore delle costruzioni

L'industria del cemento rappresenta una delle principali fonti di emissioni globali di anidride carbonica: contribuisce al totale all'incirca per l'8% - più dell'intero settore dell'aviazione. Ridurre l'impatto ambientale della produzione di cemento è dunque una priorità assoluta nella lotta contro il cambiamento climatico.

Già in passato vi abbiamo parlato di soluzioni come ZeroCAL o degli sforzi di Microsoft per realizzare datacenter meno impattanti; l'ultimo sviluppo arriva dalla Svizzera. Al Paul Scherrer Institute (PSI), un team multidisciplinare ha sviluppato un innovativo modello basato su intelligenza artificiale (AI) per accelerare la ricerca di formulazioni di cemento più sostenibili.

Alla base del problema c'è il processo di produzione del clinker, componente chiave del cemento, che richiede temperature estremamente elevate, fino a 1400 °C. Questo non solo implica un elevato consumo energetico, spesso basato su combustibili fossili, ma comporta anche il rilascio di CO₂ chimicamente legata al calcare. Una soluzione efficace per ridurre l'impronta carbonica del cemento consiste nella parziale sostituzione del clinker con materiali alternativi. Tuttavia, identificare combinazioni efficaci e sostenibili è una sfida complessa, vista la vasta gamma di variabili coinvolte.

Il gruppo di ricerca del PSI ha quindi progettato un sistema di modellazione predittiva basato su reti neurali artificiali, capace di simulare in pochi millisecondi le proprietà meccaniche e ambientali di diverse formulazioni cementizie. L'approccio consente di bypassare migliaia di prove di laboratorio, riducendo drasticamente i tempi di sviluppo e aumentando l'efficienza della ricerca. "È come avere un ricettario digitale per un cemento ecocompatibile", afferma Romana Boiger, matematica e prima autrice dello studio.

Il modello non si limita a calcolare prestazioni a partire da una ricetta, ma può anche invertire il processo: definire gli obiettivi di resistenza e sostenibilità e ricavare le composizioni che li soddisfano al meglio. Per farlo, i ricercatori hanno integrato "algoritmi genetici", ispirati alla selezione naturale, capaci di trovare le soluzioni ottimali in modo mirato. Un cambiamento di paradigma nella progettazione dei materiali.

Già oggi esistono formulazioni promettenti, compatibili con la produzione su larga scala e capaci di offrire un buon equilibrio tra performance meccanica e riduzione delle emissioni. Alcuni materiali alternativi - come scorie di lavorazione industriale o ceneri volanti - vengono già utilizzati, ma non bastano da soli a soddisfare la crescente domanda globale. Il contributo dell'AI potrebbe quindi rivelarsi decisivo per individuare combinazioni alternative efficaci, su scala mondiale.

"Il nostro workflow può essere esteso e adattato a diversi contesti, come ambienti marini o desertici, e rappresenta un punto di partenza per la progettazione sostenibile di una vasta gamma di materiali", conclude Nikolaos Prasianakis, co-autore dello studio.

In un mondo in cui si consuma più cemento che cibo - circa 1,5 kg al giorno per persona - anche piccoli miglioramenti nelle emissioni per tonnellata possono avere un impatto ambientale enorme, equivalente alla rimozione di milioni di automobili dalla strada. La speranza è che l'intelligenza artificiale possa davvero dare forma a una nuova era del calcestruzzo, più verde e più intelligente.