„Znate, cementa je posvuda“, kaže Nikolaos Vlasopoulos, inženjer zaštite okoliša na Imperial Collegeu u Londonu, dok je sjedio u jarko osvijetljenoj konferencijskoj sali u zamagljenoj sedmospratnoj zgradi koju je držala tema razgovora. "Sve je oko nas."
Iz ove priče
[×] ZATVORI
San Nikolaos Vlasopoulosa je razviti novi materijal čija proizvodnja, za razliku od tradicionalnog cementa, apsorbira ugljični dioksid. Ako bude uspio, pomogao bi smanjiti glavni faktor klimatskih promjena - i uložio je hrabar napredak u građevinskoj tehnologiji. (John Ritter) 
Novacelova pilot tvornica prva je tvornica cementa u središtu Londona još od rimskih vremena. (Alex Masi) 
Vlasopoulos je radio u tvornici cementa sa svojim ujakom, koji ga sada zadirkuje, "Zatvorit ćete moj posao." (Alex Masi) 
Novacem planira prvo testirati svoj eksperimentalni cement (gore: uzorkovani blokovi) u strukturama poput pasa i dvorišta. (Alex Masi) 
FOTOGALERIJA
Prošle godine, svijet je proizveo 3, 6 milijardi tona cementa - mineralnu smjesu koja se očvrsnula u betonu kad mu se doda voda, pijesak i drugi materijali - a ta bi se količina mogla povećati za milijardu tona do 2050. Globalno gledano, jedine tvari koje ljudi koriste nego beton, u ukupnom volumenu je voda.
Cementove vrline, kaže Vlasopoulos, dugo su bile jasne: jeftina je, poučna i pomalo neobjašnjiva, postaje tvrda kao stijena. Ali još je jedan važan detalj koji se rijetko priznaje: Cement je prljav. Ne prljav kao u vašoj odjeći, iako taj problem stoljećima zasipaju građevinske radnike. Ključni sastojak su vapnenac, uglavnom kalcijev karbonat, ostaci granatiranih morskih stvorenja. Recept za izradu cementa zahtijeva zagrijavanje krečnjaka, koji zahtijeva fosilna goriva. A kad se zagrijava, vapnenac šalje plinove ugljičnog dioksida koji lebde u atmosferu, gdje zadržava toplinu, pridonoseći globalnom zagrijavanju. Proizvodnja cementa odgovorna je za 5 posto svjetske emisije ugljičnog dioksida u svijetu; u Sjedinjenim Državama samo potrošnja fosilnih goriva (za transport, električnu energiju, proizvodnju kemikalija i druge namjene) te industrija željeza i čelika oslobađaju više stakleničkih plinova. A s procvatnim zemljama kao što su Kina i Indija koje koriste cement kako bi izgradile svoj uspon, prljavština cementa postaje jedan od glavnih nedostataka globalizacije.
Da ogroman doprinos cementa zagađenju zraka u široj javnosti uvelike previdi, Vlasopoulos (31) toga je svjestan već neko vrijeme. Odrastao je u Patrasu, grčkoj luci. Otac mu je bio inženjer, a majka je radila u banci, a tijekom Vlasopoulosovog ljeta kući s koledža Dimokrition Panepistimion Thrakis, gdje je studirao inženjerstvo okoliša, radio je u tvornici cementa sa svojim ujakom. Ovo je bilo slučajno. Njegov je posao bio sastaviti opremu koja mjeri razine emisije ugljičnog dioksida. Bili su visoki; obično tvornica proizvodi gotovo tonu ugljičnog dioksida za svaku tonu cementa. Vlasopoulos je mislio da je rad zanimljiv, ali u budućnosti nije vidio cement. Bilo je dosadno, bilo je staro, bilo je prljavo.
Potom je jedan od njegovih profesora na Imperial Collegeu, gdje je radio magisterij inženjera, dobio sredstva za ispitivanje nove vrste cementa koju je napravila australska tvrtka. Profesor, Christopher Cheeseman, uvjerio je Vlasopoulosa da surađuje na projektu i zaradio doktorat. "Ovo je bila prilika za neki lijepi posao", rekao je Vlasopoulos na uobičajeno podcjenjivački način.
Ljudi pokušavaju izgraditi bolji cement od samo početka povijesti. Prije više od 2000 godina Rimljani su osmislili mješavinu vapna, vulkanskog pepela i komada kamena za stvaranje betona, koji je korišten za izradu luka, spomenika i građevina - ljepila ranih gradova - uključujući Panteon i Koloseum. 1820-ih, u Leedsu u Engleskoj, oko 200 milja od Imperial Collegea, kameni zidar po imenu Joseph Aspdin izumio je moderan cement. Aspdin je u svojoj kuhinji zagrijao oblog od fino mljevenog vapnenca i gline. Nakon što je dodao vodu, smjesa se stvrdnula. Voilà - nastao je građevni blok industrijske revolucije. Budući da je materijal izgledao kao popularni građevinski kamen s otoka Portland, Aspdin je svoj izum nazvao Portland cementom. Patent izdan 1824. godine bio je za "poboljšanje načina proizvodnje umjetnog kamena".
Australski programeri isprobali su novi recept, miješajući Portland cement s magnezijevim oksidom. Nadali su se da će smanjiti emisiju ugljika jer magnezijev oksid može zauzeti mjesto vapnenca, a magnezijev oksid ne treba zagrijavati na tako visokoj temperaturi. Vapnenac se mora zagrijati na 2600 stupnjeva Farenhajta, ali magnezijev oksid može se pripremiti za cement na 1.300 stupnjeva, temperaturi koja se može postići biomasom i drugim gorivima koja oslobađaju manje ugljika, smanjujući potrošnju fosilnih goriva.
Ali Vlasopoulos je brzo otkrio da smjesa ne smanjuje ukupnu emisiju ugljičnog dioksida. U nekim testovima emisije su se gotovo udvostručile, jer se sam magnezijev oksid proizvodi zagrijavanjem magnezijevih karbonata, procesa koji oslobađa ugljični dioksid.
„Sjećam se da sam bio vrlo razočaran jer kad vidite da projekt na kojem radite nije zapravo ono što ste mislili da će to biti, gubite motivaciju“, rekao je. "Ali smatrali smo da je to vrlo vrijedan projekt, vrijedna ideja, pa smo pokušali pronaći drugi način da riješimo problem."
U vrijeme kad je Vlasopoulos pokrenuo to pitanje, 2004., velike tvrtke za proizvodnju cementa širom svijeta tražile su nove načine kako povećati Portland cement ekološki prihvatljivijim. Proizvođači su dodali čelične nusproizvode, poput šljake; ostaci ugljena, poput letećeg pepela; i drugi materijali, poput magnezijevog oksida, za skupljanje cementne smjese, zahtijevajući manje Portland cementa. Eksperimentirali su s mineralnim dodacima kako bi smanjili temperature potrebne za pripremu materijala.
Ali teško je modificirati proizvod čija se kemija nije dobro razumjela. "Nikada nismo znali točnu kemiju kako te stvari postaju teške", rekao je Hamlin Jennings, stručnjak za cementnu kemiju i voditelj MIT-ovog Concrete Sustainability Hub, jedne od nekoliko akademskih inicijativa za krivotvorenje "zelenog" cementa. "Mislim da danas u svijetu ne postoji nijedan građevinski materijal koji se manje razumije od Portland cementa."
Dok su se cementarne tvrtke dopisivale s izvornikom, Vlasopoulos je uzeo još jedan korak. "Putem Portland cementa možete učiniti toliko da ga poboljšate", rekao je. "Tako je kako je. To je materijal s kojim započinjete. Morali smo smisliti nešto drugo. Vlasopoulosu se svidjela ideja da se magnezijev oksid koristi kao zamjena za vapnenac za stvaranje cementa, ali za obradu cementa potreban je drugi materijal. Miješanje magnezijevog oksida samo s vodom to ne bi učinilo - smjesa postaje gusta. I morao je pronaći izvor magnezijevog oksida koji ne ispušta toliko ugljičnog dioksida. Klasa materijala na koji se naselio bili su magnezijevi silikati, spojevi bez ugljika dobiveni od talka, serpentina, olivina ili drugih minerala. Svjetska opskrba ovim mineralima iznosi oko 10 000 milijardi tona, što je važan čimbenik jer ako vam ponestane brašna, više se kolači ne mogu ispeći.
Vlasopoulos nije baš voljan objasniti kako djeluje njegov eksperimentalni spoj. Njegov tajni umak možda je vrlo unosna tajna. Podneseno je nekoliko patenata. To će vam mnogo otkriti: Prije nekoliko godina počeo je miješati magnezijev oksid s drugim kemijskim spojevima koje je stvorio i vodom. Smjesa se stvrdnula u malu kuglu. Donio ga je u Cheesemanov ured. "Možete osjetiti toplinu kako odlazi od ove malene kuglice", rekao je Cheeseman. „Nešto se očito događalo.“ Kemijske reakcije su pucale; energija se oslobađala. Nisu se pretjerano uzbuđivali. "Mislim, ovo je cement o kojem ovdje govorimo - to nisu baš najseksipilnije stvari na svijetu", rekao je Cheeseman. "Nisam trčao po hodnicima i hodnicima, radeći kotače, ali bilo je zanimljivo."
Kemikalije Vlasopoulos miješaju se s magnezijevim oksidom i vodom da bi se cement očvrsnuo magnezijevim karbonatima, što stvara dodavanjem ugljičnog dioksida drugim sirovinama. To znači da cement, u nekim scenarijima, nije samo ugljik neutralan - nego i ugljik negativan. Za svaku tonu Vlasopulosovog cementa može se apsorbirati jedna desetina tone ugljičnog dioksida.
Na kraju je Vlasopoulos, uz pomoć Cheesemana, pokrenuo tvrtku Novacem za razvoj novog cementa. Tvrtka s više od desetak zaposlenih i partnerstvom s nekim od najvećih cementara na svijetu smještena je u poslovni inkubator za visokotehnološke startup tvrtke na Imperial Collegeu. Dok su neke druge tvrtke u pogonu pokretači nauka o životu, s laboratorijima za mikrobiologiju punim strojeva za sekvenciranje gena i kolekcijama epruveta, Novacemov laboratorij je prostrana tvornica koja proizvodi bučne buke, puno prašine i kantu nakon kante cementa. To je prvi cementni pogon u središnjem Londonu još od vremena Rimljana.
Radnici koji nose tvrde šešire, zaštitne naočale, maske i bijele laboratorije rade minijaturisanu verziju cementare, za razliku od one u kojoj je Vlasopoulos radio tijekom ljetnih odmora.
Iako još uvijek usavršava svoje postupke, Novacem se utrkuje s još najmanje pet tvrtki i sveučilišnih centara kako bi pronašao zeleniji cement. "S obzirom na svu pažnju tog ugljika ovih dana, mnogi poduzetnici su iskočili", rekao je Jenning MIT. "Oni vide priliku." Cementirajući industriju od 170 milijardi dolara godišnje, ulaže se novac za ulaganje.
Kalifornijska tvrtka nazvana Calera ima možda najneobičniji pristup: ona koristi ugljični dioksid koji se emitira iz elektrane i miješa ga s morskom vodom ili slanom vodom kako bi se stvorili karbonati koji se koriste za izradu cementa. Oni se mogu dodati Portland cementu kako bi zamijenili neki ili cijeli vapnenac. Calera je potpomognuta investicijom od 50 milijuna dolara od Vinoda Khosla, računalnog inženjera, koji je možda najugledniji i najcjenjeniji ulagač u zelene tehnologije iz Silicijske doline. "Mi ustvari proizvodimo naš cement iz CO2", rekao je osnivač tvrtke Brent Constantz. "Uzimamo CO2 koji bi otišao u atmosferu i pretvorio ga u cement." Tehnologija je još uvijek u razvoju, s demonstracijskim postrojenjem u Moss Landingu, Kalifornija, i partnerstvom s kineskom skupinom za izgradnju postrojenja pored rudnik ugljena u Unutarnjoj Mongoliji, gdje planiraju koristiti emisije ugljičnog dioksida za izradu cementa.
Australijska tvrtka Calix, proizvodi cement pomoću pregrijane pare, koja modificira čestice cementa i čini ih čistijim i kemijski reaktivnijima. Proces također odvaja ugljični dioksid, što olakšava hvatanje plina i njegovo čuvanje izvan atmosfere.
Sveučilište Louisiana Tech, poput Novacem i Calera, u potpunosti uklanja vapnenac; koristi se paste pod nazivom geopolimer koji je izrađen od letećeg pepela, natrijevog hidroksida i kalijevog hidroksida.
"Prašina će se vremenom taložiti i jedna od tih ideja će uspjeti", rekao je Jennings.
Rano, jedan od najvećih skeptika Novacama bila je najveća privatna građevinska tvrtka u Britaniji, Laing O'Rourke. Izvršna direktorica zadužena za vođenje kartica obećavajućeg sveučilišnog rada, Dheeraj Bhardwaj, čula je za Novacem proizvod kroz svoje znanstvene veze. Pogledao je kemiju, mislio da je sve provjereno i prije nekoliko godina ideju je odnio predsjedavajućem, koji je imao puno sumnji. Nema šanse da cement može biti dovoljno jak za komercijalnu upotrebu, rekao je. Trebao je vapnenac. Kad je Novacemov materijal dostigao 40 megapaskala - najnižu minimalnu količinu snage koja je potrebna za strukturnu stabilnost - tada bi ga mogao zanimati.
Sedam dana kasnije, mali komad Novacem cementa smješten u instrumentu sličnom visećem tijelu pogodio je tu oznaku. Dvadeset i osam dana kasnije pogodilo je 60 megapaskala. Bhardwaj je potom rezultate odnio predsjedavajućem, koji je rekao: "Hajde da ovo učinimo." Laing O'Rourke je sada glavni Novacemov partner. Danas se, nakon dosta tinktura, približava 80 megapaskala. Beton proizveden Novacem cementom po snazi je usporediv sa nekim standardnim betonom.
Ostali Novacemovi partneri uključuju Lafarge u Parizu, najveći svjetski proizvođač građevinskih materijala, i Rio Tinto, londonsku globalnu rudarsku tvrtku koja je željna pomoći Novacemu da iskopa magnezijeve silikate.
"Cementarna industrija trenutno se povećava na financijski značajnim i na znanstveno značajnim načinima", rekao je Jennings, pozivajući se na sve različite eksperimentalne pristupe. „Svijet se mijenja. Svi, uključujući sve tvrtke za proizvodnju cementa, morat će biti što zeleniji i malo bolje se pobrinuti za svijet. "
Jennings je odbio podržati bilo koji novi novi cement. "Ako Novacem radi", rekao je, "to je vrlo atraktivna ideja."
Bhardwaj je posvećeniji. Rekao je da je nedavno išao u svoj inženjerski tim. "Iskreno, ne budite pristojni", rekao im je. "Ostavite svako pitanje o ugljiku. Mislite li da je to nešto što je blisko Portland cementu? "Odgovor ga je iznenadio: Rekli su da je bolje. Zašto? Ne samo da je bila jaka, već je bila i čisto bijela. Portland cement je blago sive boje. "Možete dodati boje ovom cementu", rekao je Bhardwaj. "Zamislite da u kući imate bilo koji cementni zid u boji."
Cement je lijepe nijanse bijele boje, kako je istaknuo Vlasopoulos, pokazujući svoje prototipove tvornice cementa svoje tvrtke. Pozivajući se na susjedne laboratorije za bioznanost, rekao je, "Mi smo glasniji", dodajući: "Oni liječe ljude unutra; liječimo nešto drugo. ”Mašina za zavijanje pred sobom, u ovom trenutku u praznom hodu, ima duge cijevi koje lupkaju i grče se, alarme koji se isključuju i miješalice koje čiste i ispljuju kante Vlasopoulosove kreacije.
Vlasopoulos je bio raspoložen, a upravo je dan prije predložio svojoj djevojci. (Rekla je da.) U kutu sobe nalazilo se ono što je on nazvao "naš muzej". Na malom stolu bili su rani komadi cementa Novacem - izgledali su poput dječjih blokova, prašnije. "Ovo nije bilo tako dobro", rekao je, držeći krhkog izgleda koji je bio usitnjen. "Sada znamo što radimo." Postrojenje može proizvesti oko pet tona cementa godišnje. Tvrtka također radi na drugom pogonu koji bi proizvodio 200 tona godišnje. Ako sve pođe dobro, tvrtka namjerava svoj recept licencirati proizvođačima cementa širom svijeta.
Glavna prepreka koju tvrtka tek treba prevladati je povijest. Portland cement radi . Uvijek je, od tog popodneva 1824. godine, u kuhinji Josepha Aspdina. "Cement je prisutan već jako dugo", rekao je Bhardwaj. "Ljudi vjeruju u to. Oni mogu razgledati sve zgrade koje su preživjele stotine godina. Dakle, za Novacem će dokaz trajnosti trebati vremena. Morat će ići sporo. Ako moram graditi most ili zgradu koristeći Novacem cement, kako da uvjerim ljude da je to u redu? To je izazov. Nitko ne želi srušiti most. "
Upitan da li će prijeći most izgrađen od Novacem cementa, Bhardwaj je rekao, "Ne bih imao problema s tim." Ali taj most još nije izgrađen.
Michael Rosenwald pisao je o Smithtonianu o nanotehnologiji i lovcima na gripu. John Ritter živi u Pennsylvaniji.
