La recente ondata di incendi che ha colpito il sud della California ha spinto alcuni ricercatori a interrogarsi su come rendere più resilienti le infrastrutture urbane. A partire da queste riflessioni, un gruppo interdisciplinare dell’Università della Southern California (USC) ha raggiunto un traguardo che potrebbe cambiare radicalmente la produzione e l’impiego del cemento nel mondo. Grazie all’applicazione avanzata dell’Intelligenza Artificiale, è stato messo a punto un nuovo tipo di calcestruzzo, capace di resistere per secoli e assorbire anidride carbonica dall’atmosfera. Alla base del progetto vi è un sofisticato strumento computazionale denominato Allegro-FM. Il modello di simulazione atomica ha permesso di analizzare il comportamento di miliardi di atomi contemporaneamente, fornendo dati senza precedenti sulla composizione chimica dei materiali da costruzione. L’algoritmo, sviluppato attraverso una collaborazione ventennale tra i professori Aiichiro Nakano e Ken-Ichi Nomura, è in grado di elaborare scenari estremamente complessi, un tempo inaccessibili anche ai supercomputer più potenti.

Uno degli aspetti più rivoluzionari emersi dalle simulazioni riguarda la possibilità di reintrodurre la CO₂ nel calcestruzzo stesso, e ridurre così il bilancio complessivo delle emissioni. La reazione chimica ottenuta genera uno “strato carbonato” che rafforza la struttura del materiale. L’idea di trasformare un noto emettitore di gas serra in una vera e propria spugna per il carbonio è sicuramente un cambio di modello per l’industria edile. Il nuovo cemento, oltre ad essere carbon-neutral, mostra caratteristiche strutturali che superano in longevità e resistenza quelle dei materiali tradizionali. L’ispirazione arriva anche dal passato: le ricerche del team hanno trovato un legame sorprendente tra il nuovo materiale e le antiche tecniche romane di costruzione; i calcestruzzi utilizzati oltre duemila anni fa, ancora oggi stabili, presentano, infatti, proprietà simili a quelle ottenute grazie all’incorporazione della CO₂. Gli studiosi hanno identificato una somiglianza nella formazione di composti carbonatici, suggerendo che l’efficacia del cemento romano potrebbe risiedere proprio in processi chimici analoghi a quelli ora simulati dall’Intelligenza Artificiale.

Il settore delle costruzioni è tra i principali responsabili delle emissioni globali di CO₂, con un contributo che si aggira attorno all’8%, ragion per cui ridurre l’impatto ambientale di uno dei materiali più utilizzati al mondo diventa, quindi, un obiettivo strategico. In contesti ad alto rischio come quello californiano, dove gli incendi sono sempre più frequenti, un calcestruzzo ignifugo, resistente e sostenibile può diventare uno strumento fondamentale per la sicurezza e la protezione ambientale.

Oltre che nella composizione chimica, la portata dell’innovazione risiede anche nel metodo sperimentale. Il sistema Allegro-FM ha dimostrato una precisione straordinaria nel simulare più di quattro miliardi di atomi, con un’efficienza del 97,5%. Il livello di dettaglio è mille volte superiore rispetto ai tradizionali approcci computazionali limitati a modelli atomici su scala ridotta. La simulazione ha incluso ben 89 elementi chimici differenti, un risultato che fino a pochi anni fa sarebbe stato ritenuto impraticabile. Nel passato recente, ogni nuovo materiale richiedeva anni di test empirici prima di poter essere validato e implementato, ora, invece, grazie all’Intelligenza Artificiale, è possibile prevedere con accuratezza le interazioni tra le diverse componenti chimiche e ridurre notevolmente i tempi ed i costi della sperimentazione fisica. L’intero processo di sviluppo viene accelerato per un’innovazione più rapida e flessibile.

Secondo gli autori dello studio, l’obiettivo è quello di continuare a perfezionare il calcestruzzo simulando geometrie e superfici ancora più complesse, e cercando nuovi equilibri molecolari in grado di massimizzare durabilità e sostenibilità. Il lavoro pubblicato su The Journal of Physical Chemistry Letters è solo il primo passo in una direzione che punta a cambiare il modo in cui si concepiscono e si realizzano le infrastrutture del futuro. La prospettiva di un cemento intelligente in grado di sopportare l’usura del tempo e diventare un alleato contro il cambiamento climatico, stabilisce le basi per una transizione ecologica concreta nel campo dell’edilizia, e per un futuro costruito sulla scienza, ma anche sull’urgenza di cambiare rotta prima che i limiti ambientali diventino irreversibili.