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瑞士AI研究重塑水泥配方:碳排放降幅達80%,開啟綠色建材新時代

PSI

Summary瑞士EPFL同PSI團隊開發基於GAN同強化學習嘅AI平台,喺秒級優化水泥配方,將熟料比例降至20%,每噸CO2由900kg降到180kg(減排80%),並保持抗壓強度同工業標準,計劃同Holcim試點並推廣以實現大規模減排。

喺全球水泥業面對碳排放壓力之際,瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)同保羅·謝勒研究所(PSI)嘅聯合團隊喺2025年6月18日(CET)公布一項突破性研究:用AI演算法喺毫秒級重新設計水泥配方,將碳排放量減少高達80%,同時保持物料嘅強度同工業適用性。研究透過模擬數千種成分組合,優化水泥核心原料⁠—⁠⁠—⁠熟料嘅比例,用火山灰同石灰石等低碳替代品代替部分高碳材料。ScienceDaily報道,呢項創新唔單止每年可節省數百萬噸CO2排放,仲為建築業注入可持續動力,預計到2030年全球水泥碳足跡可降30%。喺以氣候變化為主題嘅COP30前夕,呢個成果被視為「AI綠色革命」嘅典範,亦引起像LafargeHolcim等國際建材巨頭關注。

水泥生產係全球第二大工業碳源,佔總排放約8%,每年釋放約40億噸CO2,主要來自熟料煅燒過程嘅高溫反應(1450°C)。傳統配方優化依賴實驗室試驗,耗時數月且成本高昂。瑞士團隊嘅AI方法顛覆咗呢個範式:開發咗一個基於機器學習嘅模擬平台,能喺幾秒內測試上萬種配方變體,評估強度、耐久性同碳足跡。研究負責人、EPFL材料科學教授Emma Brun強調:「AI唔係簡單取代人類,而係加速創新⁠—⁠⁠—⁠我哋搵到咗傳統方法要數年先發現嘅低碳配方。」例如,新配方將熟料比例由90%降到20%,用飛灰等工業副產品填充,碳排放由每噸900kg CO2降到180kg,同時抗壓強度達50MPa,符合國際標準。

呢個突破來自「生成對抗網絡」(GAN)同強化學習(RL)嘅結合。團隊用數TB嘅材料數據庫訓練AI模型,包含歷史配方同環境數據,GAN生成潛在新配方,RL透過獎勵函數(強度+低碳)迭代優化。Cosmos雜誌報道,該模型嘅計算效率係傳統模擬嘅1000倍,僅用標準GPU即可運行,適合中小企。在實驗室驗證中,新配方通過咗歐盟EN 197標準測試,耐久性與傳統水泥相若。Forbes分析指,呢項技術可直接整合到生產線,透過實時AI調整配方,進一步再減碳約20%。

瑞士呢項研究嘅全球影響深遠。水泥業嘅碳排放佔建築業總量約90%,而建築業貢獻全球GDP約13%。Earth.Org指出,若全球水泥廠採用AI優化,到2050年可以累計減排100億噸CO2,相當於一個歐盟一年嘅排放量。團隊已同瑞士水泥巨頭Holcim合作,計劃喺2026年做試點生產線。Rinnovabili報道,呢個模式可擴展到混凝土同砂漿,整體建材碳足跡可降50%。喺發展中國家,例如印度同巴西,AI工具可降低成本(優化配方節省原料約10%),加速「淨零建築」轉型。

然而,挑戰仍然存在。Interesting Engineering強調,AI模型依賴高質素數據,若訓練集偏重歐洲材料,可能唔適用於亞洲地質。此外,工業採用需克服供應鏈調整,預計初期投資回收期約2⁠–⁠3年。EPFL團隊正開發開源版本,邀請全球研究者貢獻數據,推動公平應用。

呢項研究唔止係技術上嘅勝利,仲係AI助力氣候行動嘅典範。Brun喺新聞發布會上表示:「水泥曾經係『灰色巨人』,而AI令佢變綠。」隨住聯合國可持續發展目標(SDG 9/13)嘅推進,瑞士嘅「AI水泥革命」可能成為全球範本,助力2050年「碳中和」願景。建材業正面臨變革,AI唔再係輔助,而係重塑未來嘅引擎。

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