”Tiedätte, sementtiä on kaikkialla”, Lontoon Imperial College -ympäristöinsinööri Nikolaos Vlasopoulos sanoo istuessaan kirkkaasti valaistuissa yliopistojen neuvotteluhuoneissa surkeassa seitsemäkerroksisessa rakennuksessa, jota keskusteluaihe on pitänyt. "Se on ympärillämme."
Tästä tarinasta
[×] SULJE
Nikolaos Vlasopoulosin unelma on kehittää uusi materiaali, jonka tuotanto, toisin kuin perinteinen sementti, imee hiilidioksidin. Jos onnistuminen, hän auttaisi vähentämään merkittävää ilmastonmuutostekijää - ja vaatisi rohkeaa edistystä rakennustekniikassa. (John Ritter) 
Novacemin pilottilaitos on ensimmäinen sementtitehdas Lontoon keskustassa Rooman ajoista lähtien. (Alex Masi) 
Vlasopoulos työskenteli aikaisemmin sementtitehtaalla setänsä kanssa, joka kiusaa häntä nyt: "Aiot sulkea yritykseni." (Alex Masi) 
Novacem aikoo testata kokeellisen sementtinsä (yllä: näytekappaleet) ensin rakenteissa, kuten koiratalot ja terassit. (Alex Masi) 
Kuvagalleria
Viime vuonna maailma tuotti 3, 6 miljardia tonnia sementtiä - mineraaliseosta, joka kiinteytyy betoniksi, kun sitä lisätään veteen, hiekkaan ja muihin materiaaleihin - ja tämä määrä voisi kasvaa miljardilla tonnilla vuoteen 2050 mennessä. Maailmanlaajuisesti ainoa aine, jota ihmiset käyttävät enemmän kuin betoni kokonaistilavuudessa on vettä.
Sementin hyveet, Vlasopoulos sanoo, ovat jo kauan olleet selviä: Se on edullinen, kaatava ja muuttuu hieman selittämättömänä kovaksi kuin kallio. Mutta yksi tärkeä yksityiskohta tunnustetaan harvoin: sementti on likainen. Ei likainen, koska se ei irtoa vaatteistasi - vaikka tämä ongelma on hoitanut rakennustyöntekijöitä vuosisatojen ajan. Tärkein ainesosa on kalkkikivi, pääasiassa kalsiumkarbonaattia, kuoritut merieläimet. Sementin valmistusresepti vaatii kalkkikiven lämmitystä, mikä vaatii fossiilisia polttoaineita. Ja lämmitettäessä kalkkikivi lähettää hiilidioksidikaasua vahingoittuneena ilmakehään, missä se vangitsee lämpöä edistäen ilmaston lämpenemistä. Sementintuotanto aiheuttaa 5 prosenttia maailman ihmisen tuottamista hiilidioksidipäästöistä; Yhdysvalloissa vain fossiilisten polttoaineiden kulutus (kuljetuksiin, sähkön, kemikaalien valmistukseen ja muuhun käyttöön) ja rauta- ja terästeollisuus vapauttavat enemmän kasvihuonekaasuja. Ja kun kukoistavat maat, kuten Kiina ja Intia, käyttävät sementtiä nousunsa rakentamiseksi, sementin likaisuus kanee yhtenä globalisaation tärkeimmistä heikkouksista.
Jos kansalaiset jättävät suurelta osin huomiotta sementin valtavan vaikutuksen ilman pilaantumiseen, Vlasopoulos, 31, on ollut tietoinen siitä jo jonkin aikaa. Hän varttui Patrasissa, Kreikan satamassa. Hänen isänsä oli insinööri ja hänen äitinsä työskenteli pankissa, ja Vlasopoulosin kesäisin kotiin Dimokrition Panepistimion Thrakisin yliopistosta, jossa hän opiskeli ympäristötekniikkaa, hän työskenteli sementtitehtaalla setänsä kanssa. Tämä oli onnistunut. Hänen tehtävänsä oli koota laitteet, jotka mittasivat hiilidioksidipäästötasoja. He olivat korkeita; tyypillisesti tehdas tuottaa melkein tonnin hiilidioksidia jokaisesta tonnista sementtiä. Vlasopoulos piti työtä mielenkiintoisena, mutta hän ei nähnyt sementtiä tulevaisuudessa. Se oli tylsää, se oli vanhaa, likaista.
Sitten yksi hänen professoreistaan Imperial Collegessa, jossa hän työskenteli tekniikan maisteriksi, sai rahoitusta uuden australialaisen yrityksen valmistaman sementtityypin tutkimiseksi. Professori Christopher Cheeseman vakuutti Vlasopoulosin tekemään yhteistyötä hankkeessa ja antamaan tohtorin tutkinnon. "Tämä oli mahdollisuus tehdä hienoa työtä", Vlasopoulos sanoi tyypillisesti aliarvioidulla tavalla.
Ihmiset ovat yrittäneet rakentaa parempaa sementtiä jo historian alusta lähtien. Yli 2000 vuotta sitten roomalaiset suunnittelivat kalkin, tulivuoren tuhkan ja kivipalasien seoksen betonin muodostamiseksi, jota käytettiin satamien, monumenttien ja rakennusten valmistamiseen - varhaisten kaupunkien liimaksi - mukaan lukien Panteon ja Kolosseum. 1820-luvulla Leedsissä, Englannissa, noin 200 mailin päässä Imperial Collegesta, kivimuurari nimeltä Joseph Aspdin keksi modernin sementin. Aspdin lämmitti keittiössä hienoksi jauhetun kalkkikiven ja savea. Lisättyään vettä seos kovettui. Voilà - teollisen vallankumouksen rakennusosa syntyi. Koska materiaali näytti suositusta rakennuskivistä Portlandin saarelta, Aspdin kutsui keksintöään Portlandsementiksi. Vuonna 1824 myönnetty patentti oli tarkoitettu "keinotekoisen kivin valmistusmallin parantamiseen".
Australialaiset kehittäjät olivat kokeilleet uutta reseptiä sekoittaen portlandsementtiä magnesiumoksidiin. He toivoivat vähentävänsä hiilidioksidipäästöjä, koska magnesiumoksidi voi korvata osan kalkkikivestä ja magnesiumoksidia ei tarvitse lämmittää niin korkeassa lämpötilassa. Kalkkikivi on lämmitettävä 2 600 asteeseen Fahrenheit-astetta, mutta seokselle voidaan valmistaa magnesiumoksidia 1 300 asteen lämpötilassa, joka voidaan saavuttaa biomassalla ja muilla polttoaineilla, jotka vapauttavat vähemmän hiiltä, vähentäen fossiilisten polttoaineiden kulutusta.
Mutta Vlasopoulos huomasi nopeasti, että seos ei vähentänyt hiilidioksidipäästöjä. Joissakin testeissä päästöt melkein kaksinkertaistuivat, koska itse magnesiumoksidi tuotetaan kuumentamalla magnesiumkarbonaatteja, prosessi, joka vapauttaa hiilidioksidia.
"Muistan olevani erittäin pettynyt, koska kun huomaat, että projekti, jota työskentelet, ei oikeastaan ole sitä, mitä luulit sen tulevan, menetät motivaation", hän sanoi. "Mutta mielestämme se oli erittäin arvokas hanke, kannattava idea, joten yritimme löytää toisen tavan ratkaista ongelma."
Aikana, kun Vlasopoulos otti kysymyksen esiin, vuonna 2004 suuret sementtiyritykset ympäri maailmaa etsivät uusia tapoja tehdä portlandsementistä ympäristöystävällisempi. Tuottajat lisäsivät teräksen sivutuotteita, kuten kuona; kivihiilitähteet, kuten lentotuhka; ja muut materiaalit, kuten magnesiumoksidi, sementti-seoksen massoimiseksi, mikä vaatii vähemmän portlandsementtiä. He kokeilivat mineraalilisäaineita materiaalien valmistukseen tarvittavien lämpötilojen alentamiseksi.
Mutta on vaikea muokata tuotetta, jonka kemiaa ei ymmärretä hyvin. "Emme ole koskaan tienneet tarkkaa kemiaa siitä, kuinka nämä asiat kovettuvat", kertoi sementtikemian asiantuntija ja MIT: n Concrete Sustainability Hubin johtaja Hamlin Jennings, joka on yksi monista akateemisista aloitteista "vihreän" sementin väärentämiseksi. "En usko, että nykyään maailmassa käytetään mitään rakennusmateriaalia, joka ymmärretään huonommin kuin Portlandsementti."
Samalla kun sementtiyritykset olivat tekemisissä alkuperäisen kanssa, Vlasopoulos otti toisen askeleen. "Voit tehdä Portlandsementtiin vain niin paljon, että se paranee", hän sanoi. "Se on mitä on. Se on materiaali, josta aloitat. Meidän oli keksittävä jotain muuta. ”Vlasopoulos piti ajatuksesta käyttää magnesiumoksidia kalkkikiven korvaamiseksi sementin muodostamiseksi, mutta se tarvitsi toisen materiaalin, jotta se olisi kovaa. Pelkästään magnesiumoksidin sekoittaminen veden kanssa ei tekisi sitä - seoksesta tulee löysä. Ja hänen piti löytää lähde magnesiumoksidia, joka ei vapauttanut niin paljon hiilidioksidia. Materiaaliluokka, johon hän asettui, olivat magnesiumsilikaatit, talkista johdetut hiilivapaat yhdisteet, serpentiini, oliviini tai muut mineraalit. Näiden mineraalien tarjonta maailmassa on noin 10 000 miljardia tonnia, mikä on tärkeä tekijä, koska jos jauhoista loppuu, kakkuja ei voi enää paistaa.
Vlasopoulos ei ole tarkalleen innokas selittämään, kuinka hänen kokeellinen yhdiste toimii. Hänen salainen kastike on ehkä erittäin tuottoisa salaisuus. Useita patentteja on jätetty. Hän paljastaa tämän paljon: muutama vuosi sitten hän alkoi sekoittaa magnesiumoksidia muiden luomiensa kemiallisten yhdisteiden ja veden kanssa. Seos kovettui pieneksi palloksi. Hän toi sen Cheesemanin toimistoon. "Voit tuntea lämmön tulevan pois tästä pienestä pallasta", Cheeseman sanoi. ”Jotain tapahtui selvästi.” Kemialliset reaktiot ampuivat; energiaa vapautui. He eivät innostuneet liian paljon. "Tarkoitan, että se on sementti, josta puhumme täällä - se ei ole aivan maailman seksikkäimpiä juttuja", Cheeseman sanoi. "En juoksinut ylös ja alas käytävistä tekemällä vanteita, mutta se oli mielenkiintoista."
Kemikaalit, joita Vlasopoulos sekoittaa magnesiumoksidin ja veden kanssa sementin kovettumiseksi, ovat magnesiumkarbonaatteja, jotka hän valmistaa lisäämällä hiilidioksidia muihin raaka-aineisiin. Tämä tarkoittaa, että sementti ei joissain tapauksissa ole vain hiileneutraali - se on hiilenegatiivista. Jokaisesta tuotetusta Vlasopoulos-sementtitonnista voitiin absorboida kymmenesosa hiilidioksiditonnista.
Lopulta Vlasopoulos perusti Cheesemanin avustuksella yrityksen, Novacem, kehittämään uutta sementtiä. Yli kymmenen työntekijän ja kumppanuuksien kanssa maailman suurimpien sementtiyritysten kanssa toimiva yritys sijaitsee Imperial College -yrityksen korkean teknologian aloitusyritysten yrityshautomossa. Vaikka jotkut laitoksen muut yritykset ovat biotieteiden aloittelijoita, mikrobiologian laboratorioissa on täynnä geenisekvenssikoneita ja koeputkikokoelmia, Novacemin laboratorio on tilava tehdas, joka tuottaa kovia ääniä, pölyä ja ämpäri sementtiämpäri jälkeen. Se on ensimmäinen sementtitehdas Lontoon keskustassa roomalaisten aikojen jälkeen.
Kovia hattuja, suojalaseja, naamioita ja valkoisia laboratoriotakkia käyttävät työntekijät käyttävät sementtitehtaan pienoiskoossa olevaa versiota, toisin kuin Vlasopoulos, joka työskenteli kesätaukoilla.
Novacem on edelleen hienostanut menettelyjään, mutta se kilpailee ainakin viiden muun yrityksen ja yliopistokeskuksen kanssa vihreän sementin kanssa. "Kun otetaan huomioon kaikki hiilen huomio näinä päivinä, monet yrittäjät ovat nousseet esiin", kertoi MIT: n Jennings. ”He näkevät mahdollisuuspuolen.” Sementin kanssa, jonka teollisuus on 170 miljardia dollaria vuodessa, sijoitusrahaa valuu sisään.
Kalifornian Calera-nimisen yrityksen lähestymistapa on ehkä epätavallisin: Se valjastaa voimalaitoksen päästöt hiilidioksidin ja sekoittaa sen meriveden tai suolaveden kanssa karbonaattien muodostamiseksi, joita käytetään sementin valmistukseen. Niitä voidaan lisätä portlandsementtiin korvaamaan osa tai kokonaan kalkkikiveä. Caleraa tukee 50 miljoonan dollarin sijoitus Vinod Khoslalta, tietokonesuunnittelijalta, joka on ehkä Piilaakson arvostetuin ja syvätaskuisin sijoittaja vihreään teknologiaan. "Teemme tosiasiallisesti sementistämme hiilidioksidipäästöjä", sanoi yrityksen perustaja Brent Constantz. ”Otamme hiilidioksidia, joka olisi mennyt ilmakehään, ja muuttamalla se sementiksi.” Teknologia on edelleen kehitteillä, ja sillä on esittelylaitos Moss Landingissä, Kalifornia, ja yhteistyössä kiinalaisen ryhmän kanssa rakentaa kasvi vieressä Hiilikaivos Sisä-Mongolialla, missä he aikovat käyttää hiilidioksidipäästöjä sementin valmistukseen.
Calix, australialainen yritys, valmistaa sementtiä ylikuumennetulla höyryllä, joka modifioi sementtihiukkaset ja tekee niistä puhtaampia ja kemiallisesti reaktiivisempia. Prosessi erottaa myös hiilidioksidin, jolloin kaasun sieppaaminen ja pitäminen ilmakehästä on helpompaa.
Louisiana Tech University, kuten Novacem ja Calera, poistaa kokonaan kalkkikivestä; se käyttää tahnaa nimeltä geopolymeeri, joka on valmistettu lentotuhkasta, natriumhydroksidista ja kaliumhydroksidista.
"Pöly lopulta laskeutuu ja yksi näistä ideoista toimii", Jennings sanoi.
Varhain yksi Novacemin suurimmista skeptikoista oli Ison-Britannian suurin yksityisomistuksessa oleva rakennusyritys Laing O'Rourke. Dheeraj Bhardwaj, joka vastaa välilehtien pitämisestä lupaavasta yliopistotyöstä, kuuli Novacemin tuotteesta tieteellisten yhteyksiensä kautta. Hän tarkasteli kemiaa, ajatteli kaiken tarkistuneen ja vei muutama vuosi sitten idean puheenjohtajalle, jolla oli paljon epäilyksiä. Sementti ei voinut olla riittävän vahva kaupalliseen käyttöön, hän sanoi. Se tarvitsi kalkkikiveä. Kun Novacemin materiaali saavutti 40 megapaskalia - rakenteellista vakautta varten tarvittavan vähimmäismäärän -, hän saattaa olla kiinnostunut.
Seitsemän päivää myöhemmin pieni Novacem-sementtipala, joka oli asetettu ruuvimaiseen instrumenttiin, osui siihen merkkiin. Kaksikymmentäkahdeksan päivää myöhemmin se osui 60 megapaskaliin. Bhardwaj vei sitten tulokset puheenjohtajalle, joka sanoi: ”Tehdään tämä työ.” Laing O'Rourke on nyt merkittävä Novacemin kumppani. Nykyään sementti lähestyy 80 megapaskalia, kun se on vaikeuttunut paljon. Novacem-sementillä valmistettu betoni on lujuudeltaan verrattavissa joihinkin vakiobetoniin.
Novacemin muihin yhteistyökumppaneihin kuuluvat Lafarge Pariisissa, joka on maailman suurin rakennusmateriaalien tuottaja, ja Rio Tinto, lontoolainen globaali kaivosyhtiö, joka haluaa auttaa Novacemia kaivaamaan magnesiumsilikaatteja.
"Sementtiteollisuus on nyt lisäämässä taloudellisesti merkittäviä ja tieteellisesti merkittäviä tapoja", sanoi Jennings viitaten kaikkiin erilaisiin kokeellisiin lähestymistapoihin. ”Maailma muuttuu. Kaikkien, mukaan lukien kaikki sementtiyritykset, on oltava mahdollisimman vihreitä ja huolehdittava maailmasta hiukan paremmin. ”
Jennings kieltäytyi hyväksymästä mitään uutta sementtiä. "Jos Novacemin teokset", hän sanoi, "se on erittäin houkutteleva idea."
Bhardwaj on sitoutuneempi. Hän kertoi menneensä äskettäin suunnittelutiimiinsä. "Rehellisesti, älä ole kohtelias", hän kertoi heille. ”Laita syrjään kaikki hiiltä koskevat kysymykset. Luuletko, että tämä on jotain lähellä Portlandsementtiä? ”Vastaus hämmästyi: Hänen mukaansa se oli parempi. Miksi? Se ei ollut vain vahva, vaan myös puhtaan valkoinen. Portlandsementti on hieman harmaa. "Voit lisätä värejä tähän sementtiin", Bhardwaj sanoi. "Kuvittele, että talossa olisi haluamasi värisementtiseinää."
Sementti on ihana valkoisen sävy, kuten Vlasopoulos huomautti esitteleessään yrityksen prototyyppisementtitehdasta. Viitaten naapurimaiden biotieteen laboratorioihin hän sanoi: ”Olemme kovemmat”, lisääen: “Ne parantavat siellä ihmisiä; parannamme jotain muuta. ”Hänen edessään tylsässä koneessa, joka on tällä hetkellä tyhjäkäynnillä, on pitkät putket, jotka bang and collan, hälytykset menevät pois, ja sekoittimet, jotka churn ja kauhat Vlasopoulos luomiseen kauhat.
Vlasopoulos oli typerällä tuulella, ehdottaessaan juuri tyttöystävälleen edellisenä päivänä. (Hän sanoi kyllä.) Huoneen nurkassa oli sitä, mitä hän kutsui “museomme”. Pienellä pöydällä olivat Novacem-sementin varhaiset palat - ne näyttivät lasten lohkoilta, vain pölyisemmiltä. "Tämä ei ollut niin hyvä", hän sanoi pitäessään haurasta näköistä, joka oli hakettu. ”Nyt tiedämme, mitä teemme.” Laitos voi tuottaa noin viisi tonnia sementtiä vuodessa. Yhtiö työskentelee myös toisessa laitoksessa, joka tuottaa 200 tonnia vuodessa. Jos kaikki menee hyvin, yritys aikoo lisensoida reseptinsä sementinvalmistajille ympäri maailmaa.
Suurin este, joka yrityksen on vielä ylitettävä, on historia. Portlandsementti toimii . Aina iltapäivästä 1824 lähtien on aina Joseph Aspdinin keittiössä. "Sementti on ollut olemassa jo kauan", Bhardwaj sanoi. ”Ihmiset luottavat siihen. He voivat katsella ympärilleen kaikkia rakennuksia, jotka ovat säilyneet satojen vuosien ajan. Joten Novacemille kestävyyden todistaminen vie aikaa. Heidän on mentävä hitaasti. Jos minun on rakennettava silta tai rakennus Novacem-sementtiä käyttäen, miten vakuuttaa ihmiset siitä, että se on OK? Se on haaste. Kukaan ei halua sillan putoavan alas. ”
Kysytettynä, ylittääkö hän Novacem-sementillä rakennetun sillan, Bhardwaj sanoi: ”Minulla ei olisi mitään ongelmaa sen kanssa.” Mutta siltaa ei ole vielä rakennettu.
Michael Rosenwald kirjoitti nanoteknologiasta ja flunssametsästäjistä Smithsonianille . John Ritter asuu Pennsylvaniassa.
