”Du ved, cement er overalt, ” siger Nikolaos Vlasopoulos, miljøingeniør ved Imperial College i London, mens han sad i et lyst konferencelokale på universitetet i en hulking med syv etagers bygning, der blev holdt op med samtaleemnet. ”Det er alt omkring os.”
Fra denne historie
[×] LUKKET
Nikolaos Vlasopoulos 'drøm er at udvikle et nyt materiale, hvis produktion i modsætning til traditionel cement absorberer kuldioxid. Hvis det lykkes, ville han hjælpe med at reducere en vigtig faktor i klimaforandringer - og hævde et dristigt fremskridt inden for byggeteknologi. (John Ritter) 
Novacems pilotanlæg er det første cementværk i det centrale London siden romertiden. (Alex Masi) 
Vlasopoulos arbejdede på en cementfabrik sammen med sin onkel, der nu driller ham, "Du vil lukke min virksomhed." (Alex Masi) 
Novacem planlægger at teste sin eksperimentelle cement (ovenfor: prøveblokke) først i strukturer som hundehuse og gårdhave. (Alex Masi) 
Fotogalleri
Sidste år producerede verden 3, 6 milliarder ton cement - den mineralblanding, der størkner til beton, når den tilsættes vand, sand og andre materialer - og den mængde kunne stige med en milliard ton i 2050. Globalt er det eneste stof, folk bruger mere af end beton i samlet volumen er vand.
Cements dyder, siger Vlasopoulos, har længe været almindelig: Det er billigt, hældbart og bliver lidt uforklarligt hårdt som en klippe. Men en anden vigtig detalje anerkendes sjældent: Cement er beskidt. Ikke beskidt som i det vil ikke komme af dit tøj - selvom dette problem har løftet bygningsarbejdere i århundreder. Den vigtigste ingrediens er kalksten, for det meste calciumcarbonat, resterne af afskalede marine væsener. Opskriften til fremstilling af cement kræver opvarmning af kalksten, som kræver fossile brændstoffer. Og når den opvarmes, sender kalksten wafting af kuldioxid ud i atmosfæren, hvor den fanger varme, hvilket bidrager til den globale opvarmning. Cementproduktion er ansvarlig for 5 procent af verdens menneskeligt producerede kuldioxidemissioner; i USA er det kun fossilt brændstofforbrug (til transport, elektricitet, kemisk fremstilling og anden anvendelse) og jern- og stålindustrien frigiver mere af drivhusgassen. Og med blomstrende lande som Kina og Indien, der bruger cement til at konstruere deres stigning, er cementens snavsede væv som en af de største ulemper ved globaliseringen.
Hvis cementens enorme bidrag til luftforurening stort set overses af offentligheden, har Vlasopoulos (31) været opmærksom på det i nogen tid. Han voksede op i Patras, en græsk havn. Hans far var ingeniør, og hans mor arbejdede i en bank, og i Vlasopoulos 'somre hjem fra Dimokrition Panepistimion Thrakis college, hvor han studerede miljøteknik, arbejdede han i en cementfabrik med sin onkel. Dette var heldigt. Hans job var at samle udstyret, der målte kuldioxidemissioner. De var høje; typisk producerer en fabrik næsten et ton kuldioxid for hvert ton cement. Vlasopoulos syntes, at værket var interessant, men han så ikke cement i sin fremtid. Det var kedeligt, det var gammelt, det var beskidt.
Derefter modtog en af hans professorer ved Imperial College, hvor han arbejdede på en kandidatgrad i ingeniørarbejde, finansiering til at undersøge en ny type cement fremstillet af en australsk virksomhed. Professor, Christopher Cheeseman, overtalte Vlasopoulos til at samarbejde om projektet og få en ph.d. ”Dette var en chance for at gøre noget pænt arbejde, ” sagde Vlasopoulos på sin typisk undervurderede måde.
Folk har forsøgt at bygge et bedre cement siden næsten begyndelsen af historien. For mere end 2.000 år siden udtænkte romerne en blanding af kalk, vulkansk aske og bunker af sten til dannelse af beton, som blev brugt til at fremstille havne, monumenter og bygninger - limet fra de tidlige byer - inklusive Pantheon og Colosseum. I 1820'erne i Leeds, England, omkring 200 miles fra Imperial College, opfandt en stenmurer ved navn Joseph Aspdin moderne cement. Aspdin opvarmede et sammenfald af finmalet kalksten og ler i sit køkken. Efter at han havde tilsat vand, hærdede blandingen. Voilà - byggestenen i den industrielle revolution blev født. Fordi materialet lignede en populær byggesten fra Isle of Portland, kaldte Aspdin hans opfindelse Portland cement. Patentet, der blev udstedt i 1824, var til "en forbedring af fremstillingen af en kunststen."
De australske udviklere havde prøvet en ny opskrift, hvor Portland cement blev blandet med magnesiumoxid. De håbede at reducere kulstofemissionerne, fordi magnesiumoxid kan indtage stedet for noget af kalkstenen, og magnesiumoxid behøver ikke opvarmes ved en så høj temperatur. Kalksten skal opvarmes til 2.600 grader Fahrenheit, men magnesiumoxid kan forberedes til cement ved 1.300 grader, en temperatur, der kan opnås med biomasse og andet brændstof, der frigiver mindre kulstof, hvilket reducerer fossilt brændstofforbrug.
Men Vlasopoulos opdagede hurtigt, at blandingen ikke reducerede de samlede kuldioxidemissioner. I nogle test er emissionerne næsten fordoblet, fordi magnesiumoxid i sig selv produceres ved opvarmning af magnesiumcarbonater, en proces, der frigiver kuldioxid.
”Jeg kan huske, at jeg følte mig meget skuffet, for når du ser, at det projekt, du arbejder på, faktisk ikke er det, du troede, det skulle blive, mister du motivation, ” sagde han. ”Men vi følte, at det var et meget værdifuldt projekt, en værdifuld idé, så vi forsøgte at finde en anden måde at løse problemet på.”
På det tidspunkt, hvor Vlasopoulos tog spørgsmålet op, i 2004, søgte store cementfirmaer rundt om i verden efter nye måder at gøre Portland-cement mere miljøvenlig. Producenterne tilføjede biprodukter af stål, såsom slagge; kulrester, såsom flyveaske; og andre materialer, såsom magnesiumoxid, til opfyldning af cementblandingen, hvilket kræver mindre Portland-cement. De eksperimenterede med mineraladditiver for at reducere de temperaturer, der var nødvendige for at fremstille materialerne.
Men det er svært at ændre et produkt, hvis kemi ikke er godt forstået. ”Vi har aldrig kendt den nøjagtige kemi for, hvordan det bliver svært, ” sagde Hamlin Jennings, en ekspert på cementkemi og leder af MIT's Concrete Sustainability Hub, et af flere akademiske initiativer til smedning af ”grøn” cement. ”Jeg tror ikke, at der er noget byggemateriale, der bruges i verden i dag, der er mere dårligt forstået end Portland cement.”
Mens cementvirksomhederne fikset af originalen, tog Vlasopoulos endnu en anelse. ”Du kan kun gøre så meget for Portland cement for at gøre det bedre, ” sagde han. "Det er hvad det er. Det er det materiale, du starter med. Vi måtte komme med noget andet. ”Vlasopoulos kunne godt lide ideen om at bruge magnesiumoxid som en erstatning for kalkstenen til at danne cementen, men det var nødvendigt med et andet materiale for at gøre det hårdt. At blande magnesiumoxid alene med vand ville ikke gøre det - blandingen bliver slushy. Og han havde brug for at finde en kilde til magnesiumoxid, der ikke frigav så meget kuldioxid. Den klasse af materiale, han satte sig i, var magnesiumsilicater, carbonfrie forbindelser afledt af talkum, serpentin, olivin eller andre mineraler. Verdensforsyningen af disse mineraler er omkring 10.000 milliarder tons, en vigtig faktor, fordi hvis man løber tør for mel, kan der ikke bages mere kager.
Vlasopoulos er ikke nøjagtigt interesseret i at forklare, hvordan hans eksperimentelle forbindelse fungerer. Hans hemmelige sauce er måske en meget indbringende hemmelighed. Der er indgivet flere patenter. Han vil afsløre dette meget: For nogle år siden begyndte han at blande magnesiumoxid med andre kemiske forbindelser, han skabte, og vand. Blandingen hærdet til en lille kugle. Han bragte det til Cheesemans kontor. ”Du kunne mærke, at varmen kommer fra denne lille bold, ” sagde Cheeseman. ”Der skete klart noget.” Kemiske reaktioner brændte; energi blev frigivet. De blev ikke for begejstrede. ”Jeg mener, dette er cement, vi taler om her - det er ikke ligefrem det mest sexede ting i verden, ” sagde Cheeseman. ”Jeg løb ikke op og ned i hallerne med vognhjul, men det var interessant.”
Kemikalierne Vlasopoulos blandes med magnesiumoxid og vand for at få cementet til at hærde er magnesiumcarbonater, som han fremstiller ved at tilføje kuldioxid til andre råmaterialer. Det betyder, at cement i nogle scenarier ikke kun er kulstofneutral - det er kulstofnegativt. For hvert ton produceret Vlasopoulos 'cement kunne en tiendedel af et ton kuldioxid absorberes.
Til sidst startede Vlasopoulos med Cheesemans hjælp et firma, Novacem, for at udvikle en ny cement. Virksomheden, med mere end et dusin medarbejdere og partnerskaber med nogle af de største cementfirmaer i verden, er placeret i en forretningsinkubator for højteknologiske opstartfirmaer ved Imperial College. Mens nogle andre virksomheder i anlægget er biovidenskabsstarter, med mikrobiologiske laboratorier fulde af gensekventeringsmaskiner og samling af prøverør, er Novacems laboratorium et rummeligt anlæg, der producerer høje lyde, belastninger med støv og spand efter spand cement. Det er de første cementværker i det centrale London siden romernes dage.
Arbejdere, der bærer hårde hatte, beskyttelsesbriller, masker og hvide lab frakker, anvender en miniaturiseret version af en cementanlæg, ikke i modsætning til den, som Vlasopoulos arbejdede i i sommerferier.
Skønt der stadig forfines sine procedurer, kæmper Novacem med mindst fem andre virksomheder og universitetscentre for at komme med en grønnere cement. ”I betragtning af al opmærksomhed på kulstof i disse dage er der mange iværksættere dukket op, ” sagde MITs Jennings. ”De ser muligheden side.” Med cement en $ 170 milliarder dollar om året strømmer investeringspenge ind.
Et Californisk firma kaldet Calera har måske den mest usædvanlige tilgang: Det udnytter kuldioxid, der udsendes fra et kraftværk, og blander det med havvand eller saltvand for at skabe carbonater, der bruges til at fremstille cement. De kan føjes til Portland cement for at erstatte en del af eller hele kalkstenen. Calera understøttes af en investering på 50 millioner dollars fra Vinod Khosla, en computeringeniør, der måske er Silicon Valley's mest respekterede og dybdelte investor i grønne teknologier. ”Vi fremstiller faktisk vores cement ud af CO2, ” sagde virksomhedens grundlægger Brent Constantz. ”Vi tager CO2, der ville være gået ud i atmosfæren og omdanne det til cement.” Teknologien er stadig under udvikling med et demonstrationsanlæg i Moss Landing, Californien, og et partnerskab med en kinesisk gruppe for at bygge et anlæg ved siden af et kulmine i Indre Mongoliet, hvor de planlægger at bruge kuldioxidemissioner til at fremstille cement.
Calix, et australsk selskab, fremstiller cement ved hjælp af overophedet damp, der modificerer cementpartiklerne og gør dem renere og mere kemisk reaktive. Processen adskiller også kuldioxid, hvilket gør det lettere at fange gas og holde den ude af atmosfæren.
Louisiana Tech University, ligesom Novacem og Calera, fjerner helt kalksten; det bruger en pasta kaldet geopolymer, som er lavet af flyveaske, natriumhydroxid og kaliumhydroxid.
”Støvet vil til sidst slå sig ned, og en af disse ideer vil fungere, ” sagde Jennings.
Tidligt var en af Novacems største skeptikere det største privatejede byggefirma i Storbritannien, Laing O'Rourke. Den udøvende chef for at holde styr på det lovende universitetsarbejde, Dheeraj Bhardwaj, hørte om Novacems produkt gennem hans videnskabelige forbindelser. Han kiggede på kemi, tænkte, at alt blev tjekket ud og for et par år siden tog ideen til formanden, der var meget i tvivl. Der var ingen måde, hvor cementen kunne være stærk nok til kommerciel brug, sagde han. Det var nødvendigt med kalksten. Når Novacems materiale nåede 40 megapascaler - den nøjagtige mindste mængde styrke, der kræves til strukturel stabilitet - så kunne han måske være interesseret.
Syv dage senere ramte en lille del af Novacem-cement, der blev placeret i et skruestiklignende instrument, dette mærke. Otteogtyve dage senere ramte det 60 megapascals. Bhardwaj tog derefter resultaterne til formanden, der sagde: ”Lad os gøre dette arbejde.” Laing O'Rourke er nu en vigtig Novacem-partner. I dag nærmer cementen sig til 80 megapascals efter meget kløende. Beton fremstillet med Novacem-cement kan sammenlignes i styrke med noget standardbeton.
Novacems andre partnere inkluderer Lafarge i Paris, verdens største producent af byggematerialer, og Rio Tinto, et London-baseret globalt mineselskab, der er ivrig efter at hjælpe Novacem med at grave op magnesiumsilicater.
"Cementindustrien intensiverer nu økonomisk, på videnskabeligt vigtige måder lige nu, " sagde Jennings og henviste til alle de forskellige eksperimentelle tilgange. ”Verden ændrer sig. Alle, inklusive alle cementfirmaer, bliver nødt til at være så grønne som muligt og tage sig af verden lidt bedre. ”
Jennings afviste at godkende en bestemt ny cement. ”Hvis Novacems værker, ” sagde han, ”er det en meget attraktiv idé.”
Bhardwaj er mere forpligtet. Han sagde, at han for nylig gik til sit tekniske team. ”Ærligt, vær ikke høflig, ” fortalte han dem. ”Læg ethvert spørgsmål om kulstof til side. Tror du, dette er noget tæt på Portland cement? ”Svaret overraskede ham: De sagde, at det var bedre. Hvorfor? Ikke kun var den stærk, men den var ren hvid. Portland cement er let grå. ”Du kan tilføje farver til denne cement, ” sagde Bhardwaj. "Forestil dig at have en hvilken som helst farve cementvæg i dit hus, som du ønskede."
Cementen er en dejlig hvid nuance, som Vlasopoulos påpegede, mens han viste frem sit selskabs prototype cementfabrik. Han henviste til de tilstødende biovidenskabelige laboratorier og sagde: ”Vi er højere” og tilføjede: “De helbreder folk derinde; vi helbreder noget andet. ”En hulking-maskine foran ham, tomgang i øjeblikket, har lange rør, der banker og klæber, alarmer, der går af, og blandere, der snyder og spytter ud spande af Vlasopoulos 'skabelse.
Vlasopoulos var i et vildt humør, idet han netop havde foreslået sin kæreste dagen før. (Hun sagde ja.) Over i et hjørne af rummet var det, han kaldte ”vores museum.” På et lille bord var tidlige bunker af Novacem-cement - de lignede børneblokke, bare støvet. ”Dette var ikke så godt, ” sagde han og holdt en skrøbelig ud, der blev fliset. ”Nu ved vi, hvad vi laver.” Anlægget kan producere cirka fem ton cement om året. Virksomheden arbejder også på en anden facilitet, der ville producere 200 ton om året. Hvis alt går godt, agter virksomheden at licensere sin opskrift til cementproducenter over hele verden.
Den største hindring, som virksomheden stadig skal overvinde, er historien. Portland cement fungerer . Har altid siden den eftermiddag i 1824 i Joseph Aspdins køkken. "Cement har eksisteret i meget lang tid, " sagde Bhardwaj. ”Folk stoler på det. De kan se sig omkring på alle bygninger, der har overlevet hundreder af år. Så for Novacem vil beviset på holdbarhed tage tid. De bliver nødt til at gå langsomt. Hvis jeg skal bygge en bro eller en bygning ved hjælp af Novacem-cement, hvordan overbeviser jeg folk, at det er OK? Det er udfordringen. Ingen ønsker, at en bro falder ned. ”
På spørgsmålet om han ville krydse en bro, der er bygget med Novacem-cement, sagde Bhardwaj: ”Jeg ville ikke have noget problem med det.” Men den bro er endnu ikke blevet bygget.
Michael Rosenwald skrev om nanoteknologi og influenzavejere for Smithsonian . John Ritter bor i Pennsylvania.
