في خطوة مهمة نحو تقليل البصمة الكربونية لقطاع البناء، نجح فريق بحثي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأميركي «MIT» في تطوير نظام ذكي يعتمد على تقنيات الذكاء الاصطناعي لاكتشاف بدائل أكثر استدامة للإسمنت، المادة التي تُعتبر من أكبر مصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المسببة لتغير المناخ.
قاد الباحث ما بعد الدكتوراه سروش محجوبي من قسم الهندسة المدنية والبيئية الفريق في تصميم إطار علمي يعتمد على التعلم الآلي لتقييم وتصنيف المواد البديلة بناءً على خصائصها الكيميائية والفيزيائية. وقال محجوبي: «من بين المواد الواعدة كبدائل جزئية للإسمنت، تبرز الخزفيات مثل البلاط والطوب والفخار القديم، نظرًا لتفاعلها الكيميائي العالي».
أزمة مواد بديلة للإسمنت
لطالما استخدمت صناعة الخرسانة مواد ثانوية مثل رماد الفحم و«خبث الحديد» لتقليل كمية الإسمنت، لكن الطلب المتزايد جعل هذه المصادر غير كافية، مما دفع الفريق للبحث بين آلاف المواد المحتملة.
في مختبرات MIT، وتحديدًا في مجموعة أوليفيتي ومركز استدامة الخرسانة، حلل الفريق ملايين الصفحات من الأدبيات العلمية وأكثر من مليون عينة صخرية، ووجد أن المشكلة ليست قلة الخيارات، بل كثرتها، ما استدعى الاعتماد على الذكاء الاصطناعي لإيجاد الحل.
الذكاء الاصطناعي مفتاح النجاح
في 17 مايو، نشر الفريق ورقة بحثية في مجلة Nature Communications Materials، عرضوا فيها نظامًا يستخدم نماذج لغوية ضخمة لتقييم وفرز المواد البديلة.
يوضح محجوبي: «كان أمامنا بحر هائل من البيانات، وفرزها يدويًا كان سيستغرق حياة كاملة».
ركز النظام على خاصيتين أساسيتين: التفاعل الهيدروليكي، أي قدرة المادة على التصلب عند تفاعلها مع الماء، والبوزولانية، التي تعزز صلابة الخرسانة بمرور الزمن عبر التفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم.
نتائج واعدة من إعادة التدوير
صنّف الفريق المواد إلى 19 فئة تشمل المخلفات الحيوية، نفايات التعدين، وركام الهدم، واكتشف أن كثيرًا منها يمكن إدماجه في خلطات الخرسانة بمجرد طحنها، مما يقلل التكاليف والانبعاثات دون الحاجة لمعالجة معقدة.
يشير محجوبي إلى أن «الخزفيات والطين المحروق كانت تُستخدم منذ العصور الرومانية لتحسين مقاومة الخرسانة للماء، وهذا يعطينا فرصة للاستفادة من الخبرات القديمة في بناء مستقبل أفضل».
الخرسانة ودور الاقتصاد الدائري
تمثل هذه الدراسة نموذجًا عمليًا لتطبيقات الاقتصاد الدائري، حيث تُعاد استخدام النفايات الصناعية والزراعية والعمرانية كمكونات أساسية للبناء. ويخطط الفريق لتوسيع النظام لتقييم مزيد من المواد مع اختبار أفضل البدائل ميدانيًا في المستقبل.
قالت البروفيسورة إلسا أوليفيتي، الباحثة الرئيسة ومديرة مجموعة أوليفيتي في MIT: «أدوات الذكاء الاصطناعي سرّعت البحث بشكل غير مسبوق، ونحن متحمسون لما ستقدمه النماذج الجديدة من إمكانيات».
وأضاف الدكتور راندولف كيرتشاين، مدير مركز استدامة الخرسانة: «الخرسانة هي حجر الأساس للبنية التحتية. عبر دمج علوم البيانات والذكاء الاصطناعي، نسعى لبناء مستقبل أكثر استدامة دون التنازل عن القوة والأمان والمتانة».
شمل فريق البحث إلى جانب محجوبي وأوليفيتي وكيرتشاين كلًا من الباحث ما بعد الدكتوراه فينيث فينوغوبال، والباحثة إيبك بنسو مناف، والدكتور حسام أزري جعفري، نائب مدير مركز استدامة الخرسانة.
أسامة عثمان (أبوظبي)
