AI有望讓混凝土不只更耐用，還會減碳！
APP、活動方案都有Ver2.0，連混凝土建築都即將進入Ver2.0時代！混凝土是現代建築重要的材料，然而它的生產過程所產生的碳排也相當可觀。而且目前的混凝土支撐力其實並不持久，使得科學家與工程師開始嘗試尋找改良方案。幸運的是，透過近年來發展迅速的AI，他們成功開發出新的技術，能夠透過AI計算混凝土材料內的原子交互作用，快速篩選出堅固、耐久又兼顧永續的混凝土組合。雖然目前該技術尚在有許多問題須解決，但能夠期待未來能夠逐漸取代傳統的混凝土。
撰文｜科學人雜誌
混凝土是現代建築不可或缺的材料之一，堅固、耐火，從道路、橋樑到摩天大樓等工程、建物都需要它。然而，混凝土製造過程所產生的碳排量，卻同時也是造成氣候變遷危機的元凶之一，光是混凝土的生產，就占了全球約7～8%的二氧化碳 (CO2) 排放量。隨著人類活動規模不斷擴張，對混凝土的需求持續增加，如何在滿足建物需求的同時，降低對環境的衝擊，成為迫切課題。而且更令人憂慮的是，現代混凝土經歷長年風吹雨打等自然災害，可能開始出現龜裂與崩解，難以抵抗時間與環境的考驗，正常混凝土的平均壽命約為100年左右，因此科學家和工程師開始尋找更耐用且環保的混凝土改良方案。
然而，混凝土裡的結構其實很複雜，是由各種材料混合在一起，且不同材料之間的界面還存在著交互作用。以前的科學家只能不斷進行試驗和計算模型，慢慢的摸索，但要完全模擬出混凝土裡的結構變化，還是非常困難。近期，美國南加州大學 (University of Southern California) 的研究團隊透過人工智慧 (AI)，提出了一種突破性的「概念」，為建築與環境帶來了新的希望。他們開發的模型Allegro-FM，能同時模擬超過40億個原子的交互作用，在原子與分子層級設計混凝土材料，快速篩選出兼具強度、耐久性與永續性的混凝土組合。
經AI模擬設計出的新型混凝土組合，首先在強度與耐用性上有了大幅的突破。研究團隊希望打造出能像古羅馬建築般，歷經數百年甚至上千年仍屹立不搖的材料，而不是在可能100年後就需要大規模翻修的建築。這樣的耐久性不僅可提升建築安全性，也能大幅減少維修與重建所需的資源與能源，進一步降低建築全生命週期的碳足跡。
此外，這類新型的模擬混凝土能在製作過程中捕集並封存CO2，並在材料內部形成穩定的「碳酸鹽」層。這不只等同於將溫室氣體封存在建材中，還能進一步提升結構強度，使混凝土成為碳中和、甚至負碳排的建材。未來的建築物將不再只是碳排放的來源，而能反過來成為碳匯，主動協助減碳。對全球建築業來說，這是一項革命性的轉變。
模擬結果也顯示，除了結構上的改良，AI混凝土在理論上還能抵抗颶風、洪水、野火或劇烈溫差變化等極端氣候的挑戰，甚至具備「自我修復」的能力。透過AI優化的特殊添加物組合，能自動填補微小裂縫，防止惡化成結構問題。這使得橋樑與大樓的壽命進一步延長，減少昂貴、耗時的維護需求，兼顧經濟效益與環境永續。
更關鍵的是，這種AI模擬出的材料組合，能靈活結合環保原料，像是粉煤灰、回收骨材，都可以在AI的幫助下精準調整與再利用。不僅降低對高碳排水泥的依賴，還能推動建築業邁向循環經濟，實現資源再利用與廢棄物減量，逐步達成環境部資源循環署推行之「資源循環零廢棄」的目標。
目前距離把這種「AI混凝土」真正製作出來，還需要更多實驗和技術突破。即便如此，這項研究已經展現出AI在材料科學上的巨大潛力。或許在不久的將來，會吸碳、能自我修復、壽命長達千年的「綠色混凝土」，不再只是科幻般的構想，而是成為現實世界的建材新選擇。
本文轉載自環境部化學物質管理署《化學知識地圖》網站
參考文獻
- University of Southern California (2025), "Concrete that lasts centuries and captures carbon? AI just made it possible.", Science Daily.
- Bovitz, S. (2025), "Concrete Reinvented: AI Simulates 4 Billion Atoms To Build Better Materials.", Sci Tech Daily.
- Putol, R. (2025), "AI just designed concrete that could reverse climate damage.", Earth.com.
- Karayi, K. (2025), "AI-Developed Concrete: A Breakthrough for Climate and Construction.", Marksmen Daily.
- Nomura, K. et al. (2025), "Allegro-FM: Toward an Equivariant Foundation Model for Exascale Molecular Dynamics Simulations. The Journal of Physical Chemistry Letters." DOI: 1021/acs.jpclett.5c00605.
- 科技新報（2025），《洛杉磯野火啟發，AI模型助力打造會「吃」二氧化碳的超強混凝土》。