Ein Team aus Wissenschaftlern der Olivetti-Gruppe und des MIT Concrete Sustainability Hubs (CSHub) hat mithilfe einer Künstlichen Intelligenz (KI) Alternativen zu Zement gefunden, um den Anteil von Zement in Beton gegen umweltfreundlichere Ersatzstoffe auszutauschen, da bei der Herstellung Kohlendioxid entsteht. Aus vorhandenem Forschungsmaterial konnte die KI insgesamt 19 Materialien als mögliche Ersatzstoffe extrahieren.
Zement wird als Bindemittel in Beton eingesetzt. Aufgrund seiner hydraulischen Reaktivität sorgt Zement dafür, dass Beton aushärtet, sobald er mit Wasser in Berührung kommt. Der Zement dient so gewissermaßen als "Klebstoff". Hinzu kommt die Puzzolanität von Zement. Sobald der Zement mit Wasser in Berührung kommt, reagiert ein Material mit Calciumhydroxid, einem Nebenprodukt, das dafür sorgt, dass der Beton mit der Zeit fester und härter wird.
Das Problem bei der Suche nach Ersatzstoffen ist, Material zu finden, bei dem die beiden Eigenschaften so ausbalanciert sind, dass es ähnlich wie Zement funktioniert. In der Regel wird Flugasche und Schlacke dafür verwendet. Derzeit ist die Nachfrage nach diesen Stoffen allerdings so hoch, dass sie nicht ausreichend verfügbar sind und deshalb Alternativen gefunden werden müssen.
"Wir haben erkannt, dass KI der Schlüssel zum Fortschritt ist", sagt Soroush Mahjoubi, Leiter des Projektteams und einer der Autoren der Studie "Data-driven material screening of secondary and natural cementitious precursors", die in Communications Materials erschienen ist. "Es gibt so viele Daten über potenzielle Materialien – Hunderttausende Seiten wissenschaftlicher Literatur. Diese zu sortieren, hätte viele Lebenszeiten Arbeit gekostet, und bis dahin wären schon wieder neue Materialien entdeckt worden!"
KI identifiziert und bewertet Materialien
Das gemeinsam erarbeitete KI-System auf Grundlage eines Large Language Models (LLM) nutzte etwa 88.000 wissenschaftliche Paper, in denen rund 14.000 Materialien beschrieben sind, um Materialalternativen für Zement zu finden. Die KI sortiert sie, bewertet sie nach ihren materiellen und chemischen Eigenschaften und hilft dabei, das Material zu finden, das die potenziell beste Aussicht als Ersatzstoff hat. Insgesamt 19 Materialien konnte die KI so identifizieren.
Aussichtsreichste Kandidaten sind demnach Keramiken. Sie könnten einen Teil des Zements ersetzen. Dazu gehören etwa alte Fliesen, Ziegel und Töpferwaren. Ihnen gemein ist, dass sie eine hohe Reaktivität aufweisen.
Die Wissenschaftler wollen die KI nun weiterentwickeln, um noch mehr Materialien bewerten und weitere Alternativen zum Zement finden zu können.
(olb)
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