Künstliche Intelligenz schafft kohlenstoffneutrales Beton mit langer Haltbarkeit.

Forscher der USC Viterbi School of Engineering haben ein künstliches neuronales Netzwerk namens Allegro-FM entwickelt, das die Verhaltensweisen von Milliarden von Atomen gleichzeitig simulieren kann. Dieses Tool ermöglicht es, neue Materialien wie eine lang haltbare und kohlenstoffneutrale Betonformel zu entwerfen, die nicht nur stabiler ist, sondern auch CO₂ aus der Atmosphäre aufnimmt. Der Anstoß für das Projekt kam nach den verheerenden Waldbränden in Los Angeles im Januar, als der Professor Aiichiro Nakano mit seinem Kollegen Ken-Ichi Nomura über die Auswirkungen des Klimawandels und die Rolle des Betons bei der CO₂-Emission diskutierte. Zusammen mit Priya Vashishta und Rajiv Kalia forschen sie seit über 20 Jahren an der "CO₂-Speicherung", einem Prozess, bei dem Kohlendioxid, das bei der Betonherstellung entsteht, wieder in das Material zurückgeführt wird. Mit Allegro-FM können sie verschiedene Betonchemien virtuell testen, was die Entwicklung von Beton als Kohlenstoffsenke beschleunigt. Die Betonproduktion verursacht etwa 8 % der globalen CO₂-Emissionen, doch das neue Modell ermöglicht es, diese Prozesse effizienter zu gestalten. Während herkömmliche Simulationen nur mit Tausenden oder Millionen von Atomen arbeiten, erreicht Allegro-FM eine Effizienz von 97,5 % bei der Simulation von über vier Milliarden Atomen auf dem Aurora-Supercomputer. Es berücksichtigt 89 chemische Elemente und kann die molekulare Reaktion vorhersagen, was für die Entwicklung von Beton von Bedeutung ist. Der Beton ist nicht nur feuerfest, sondern durch die Aufnahme von CO₂ auch robuster. Die traditionelle Methode der Simulation erforderte komplexe mathematische Formeln, doch mit dem neuen AI-Modell können Forscher Trainingsdaten erstellen und den Prozess automatisieren. Dies reduziert den Rechenaufwand erheblich und ermöglicht präzisere Berechnungen mit geringerem Ressourcenbedarf. Die Forscher planen, ihre Arbeit fortzusetzen, um noch komplexere Geometrien und Oberflächen zu simulieren. Das Projekt wurde kürzlich in der Fachzeitschrift The Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlicht und als Titelbild präsentiert. Die Entwicklung von Allegro-FM markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft, da sie die Simulationskapazitäten erheblich erweitert. Unternehmen wie das USC Viterbi School of Engineering sind führend in der Integration von KI in wissenschaftliche Forschungsprozesse. Experten erwarten, dass solche Modelle in Zukunft die Materialentwicklung revolutionieren und nachhaltigere Lösungen ermöglichen. Die Forscher betonen, dass ihr Werk nur der Anfang ist und dass weitere Forschung notwendig ist, um die theoretischen Erkenntnisse in der Praxis umzusetzen.