„Tudod, a cement mindenütt megtalálható” - mondja Nikolaos Vlasopoulos, a londoni Imperial College környezetvédelmi mérnöke, miközben egy fényesen megvilágított főiskolai konferencia teremben fekszik egy udvarias hét emeletes épületben, amelyet a beszélgetés témája tart. "Minden körülöttünk van."
Ebből a történetből
[×] BEZÁR
Nikolaos Vlasopoulos álma egy új anyag kifejlesztése, amelynek előállítása - a hagyományos cementtel ellentétben - a szén-dioxidot felszívja . Ha sikerrel járul hozzá, hozzájárul az éghajlatváltozás egyik fő tényezőjének csökkentéséhez - és kijelenti, hogy merész előrelépést jelent az épülettechnika területén. (John Ritter) 
A Novacem pilótaüzem az első cementgyár London központjában a római idők óta. (Alex Masi) 
Vlasopoulos egy cementgyárnál dolgozott a nagybátyjával, aki most ugratja őt: “Be fogod zárni az üzletemet.” (Alex Masi) 
A Novacem először a kísérleti cementet (fent: mintablokkok) kívánja tesztelni olyan struktúrákban, mint például kutyaházak és teraszok. (Alex Masi) 
Képgaléria
Tavaly a világ 3, 6 milliárd tonna cementet állított elő - az ásványi keveréket, amely megszilárdul betonba, amikor vízhez, homokhoz és egyéb anyagokhoz adják hozzá -, és ez az összeg 2050-re milliárd tonnával növekedhet. Globális értelemben az egyetlen anyag, amelyet az emberek többet fogyasztanak. mint a beton teljes térfogatában víz.
A cement erényei - mondja Vlasopoulos - már régóta egyértelmûek: Olcsó, önthetõ, és kissé megmagyarázhatatlanul kemény lesz, mint egy szikla. De egy másik fontos részletet ritkán elismernek: a cement piszkos. Nem piszkos, mivel nem fog levenni a ruháit - bár ez a probléma évszázadok óta érinti az építőmunkásokat. A fő alkotóelem a mészkő, többnyire kalcium-karbonát, a héjazott tengeri lények maradványai. A cementgyártás receptje megköveteli a mészkő melegítését, amely fosszilis tüzelőanyagokat igényel. És hevítve a mészkő széndioxid-gázt juttat el a légkörbe, ahol csapdába helyezi a hőt, hozzájárulva a globális felmelegedéshez. A cementgyártás felelős a világ emberi eredetű szén-dioxid-kibocsátásának 5% -áért; az Egyesült Államokban csak a fosszilis tüzelőanyagok fogyasztása (szállítás, villamos energia, vegyipar és egyéb felhasználások), valamint a vas- és acélipar engedi ki az üvegházhatást okozó gázokat. És ha a virágzó országok, például Kína és India cementet használnak felfelé, a cement szennyeződése a globalizáció egyik legfontosabb hátránya.
Ha a cementnek a légszennyezéshez való hatalmas hozzájárulását a nagyközönség nagymértékben elhanyagolja, akkor a 31 éves Vlasopoulos már egy ideje tisztában van ezzel. Patrasban nőtt fel, egy görög kikötőben. Apja mérnök volt, édesanyja egy bankban dolgozott, és a Vlasopoulos nyarai alatt a Dimokrition Panepistimion Thrakis főiskolától otthonában, ahol környezeti mérnököt tanult, cementgyárban dolgozott nagybátyjának. Ez bonyolult volt. Feladata az volt, hogy összeállítsa a szén-dioxid-kibocsátási szinteket mérő berendezéseket. Maguk voltak; jellemzően egy gyár csak egy tonna szén-dioxidot termel egy tonnánként cementre. Vlasopoulos szerint a munka érdekes volt, ám a jövőben nem látott cementet. Unalmas volt, öreg volt, piszkos.
Aztán az egyik professzora a Imperial College-ban, ahol mérnöki diplomát végzett, finanszírozást kapott egy ausztrál cég által készített új típusú cement vizsgálatához. A professzor, Christopher Cheeseman rábeszélte Vlasopoulos-t, hogy működjön együtt a projektben és szerezzen PhD-t. "Ez volt esély egy szép munkára" - mondta Vlasopoulos tipikusan alulértékelt módon.
Az emberek már a történelem kezdete óta próbáltak jobb cementet építeni. A rómaiak több mint 2000 évvel ezelőtt mész, vulkáni hamu és kődarabok keverékét dolgozták ki beton készítésére, amelyet kikötők, műemlékek és épületek készítésére használtak - a korai városok ragasztására - ideértve a Panteont és a Kolosszeumot. Az 1820-as években, az angliai Leeds-ben, kb. 200 mérföldre a Imperial Főiskolától, Joseph Aspdin nevű kőműves talált fel modern cementet. Aspdin finoman őrölt mészkő és agyag melegítését melegítette a konyhájában. Víz hozzáadása után az elegy megszilárdult. Voilà - született az ipari forradalom építőköve. Mivel az anyag úgy nézett ki, mint egy népszerű építőköv a Portland-szigetről, Aspdin találmányát portlandcementnek nevezi. Az 1824-ben kiadott szabadalom „a mesterséges kő előállítási módjának fejlesztésére” irányult.
Az ausztrál fejlesztők kipróbálták egy új receptet, a portlandcementet magnézium-oxiddal keverve. Remélte, hogy csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást, mivel a mészkő helyett a magnézium-oxid helyettesíthető, és a magnézium-oxidot nem kell ilyen magas hőmérsékleten hevíteni. A mészkövet 2600 fokos hőmérsékleten kell hevíteni, de a magnézium-oxid elkészíthető a cementhez 1300 fokon, olyan hőmérsékleten, amely elérhető biomasszával és más, kevesebb szén-dioxidot kibocsátó üzemanyaggal, csökkentve a fosszilis tüzelőanyagok fogyasztását.
De Vlasopoulos gyorsan felfedezte, hogy a keverék nem csökkentette az összes szén-dioxid-kibocsátást. Néhány vizsgálatban a kibocsátás csaknem megduplázódott, mivel maga a magnézium-oxid keletkezik a magnézium-karbonátok melegítésével, amely szén-dioxidot bocsát ki.
"Emlékszem, hogy nagyon csalódottnak éreztem magam, mert amikor látja, hogy a projekt, amelyen dolgozik, valójában nem az, amire gondolta, hogy lesz, elveszíti a motivációt" - mondta. "De úgy éreztük, hogy ez egy nagyon értékes projekt, érdemes ötlet, ezért megpróbáltunk másik utat találni a probléma megoldására."
Abban az időben, amikor Vlasopoulos felvette a kérdést, 2004-ben a világ nagy cementvállalatai új módszereket kerestek a portlandcementet környezetbarátabbá tételére. A gyártók acél melléktermékeket, mint például salak; szénmaradványok, mint például pernye; és más anyagok, például magnézium-oxid, a cementkeverék ömlesztéséhez, kevesebb portlandcementre van szükség. Kísérleteztek ásványi adalékanyagokkal az anyagok elkészítéséhez szükséges hőmérséklet csökkentése érdekében.
De nehéz olyan terméket módosítani, amelynek kémiája nem jól ismert. "Soha nem tudtunk valójában, hogy pontosan miként keményednek ezek a dolgok" - mondta Hamlin Jennings, a cementkémiai szakértő és az MIT Concrete Sustainability Hub vezetője, amely a „zöld” cement előállítására irányuló számos akadémiai kezdeményezés egyike. "Nem hiszem, hogy a mai világban használnak olyan építőanyagot, amely rosszabb megértésű, mint a portlandcement."
Miközben a cementgyártók az eredeti példányokkal büszkélkedtek, Vlasopoulos újabb harcot vett. "Csak annyit tehet a portlandcemenssel, hogy jobbá tegye" - mondta. "Az, ami. Ez az anyag, amellyel kezded. Volt valami más is. ”Vlasopoulosnak tetszett az ötlet, hogy a mészkő helyettesítésére magnézium-oxidot használjon a cement előállításához, de ehhez másik anyagra van szüksége, hogy megnehezítse. A magnézium-oxid önmagában a vízzel történő keverése nem tenné meg - a keverék lassúvá válik. Meg kellett találnia egy olyan magnézium-oxid forrást, amely nem engedte annyira széndioxidot. Az anyag osztálya, amelybe települt, a magnézium-szilikátok, a talkumból, szerpentinből, olivinból vagy más ásványokból származó szénmentes vegyületek. Ezeknek az ásványoknak a világpiaci kínálata körülbelül 10 000 milliárd tonna, ez egy fontos tényező, mert ha az egyik fogy ki a liszt, akkor több sütemény nem süthető.
Vlasopoulos nem pontosan akarja elmagyarázni, hogyan működik a kísérleti vegyülete. Titkos mártása talán nagyon jövedelmező titok. Számos szabadalmat nyújtottak be. Ezt sokkal felfedi: Néhány évvel ezelőtt elkezdte keverni a magnézium-oxidot más általa létrehozott kémiai vegyületekkel és a vízzel. A keverék kis golyóssá megszilárdult. Elhozta Cheeseman irodájába. "Érezted, hogy a hő melegszik le ebből a kis golyóból" - mondta Cheeseman. „Valami egyértelműen történt.” A kémiai reakciók tüzet okoztak; az energia felszabadult. Nem voltak túl izgatottak. "Úgy értem, ez a cement, amiről itt beszélünk - ez nem pontosan a legszexisebb cucc a világon" - mondta Cheeseman. "Nem futtam fel és le a csarnokokhoz kerekes kerekekkel, de érdekes volt."
A Vlasopoulos vegyületek magnézium-oxiddal és vízzel keverednek, és így a cement megkeményedik. Magnézium-karbonátok, amelyeket más nyersanyagokhoz szén-dioxid hozzáadásával készít. Ez azt jelenti, hogy a cement bizonyos esetekben nem csak szén-semleges - hanem szén negatív. Az előállított Vlasopoulos cement tonna minden tonna tonna tonna széndioxidot képes felszívni.
Vlasopoulos végül, Cheeseman segítségével, egy Novacem társaságot alapított egy új cement kifejlesztésére. A több mint tucat alkalmazottat foglalkoztató és a világ néhány legnagyobb cementgyártó társaságával partnerségben lévő vállalkozás az Imperial Főiskola csúcstechnológiájú startup cégeinek üzleti inkubátorában található. Míg a létesítmény néhány más vállalata élettudományi startup, miközben a mikrobiológiai laboratóriumok tele vannak génszekvenáló gépekkel és tesztcsövek gyűjteményével, a Novacem laboratóriuma egy tágas üzem, amely hangos zajokat, por- és vödörterméket termel a vödör cement után. Ez az első cementgyár London központjában, a rómaiak napja óta.
A kemény kalapot, védőszemüveget, maszkot és fehér laboratóriumi kabátot viselő munkavállalók a cementgyár miniatürizált változatát működtetik, ellentétben a Vlasopoulos nyári szünetben dolgozott változatával.
Bár a Novacem még mindig finomítja eljárásait, legalább öt másik vállalattal és egyetemi központtal versenyez, hogy zöldebb cementet álljon elő. „Tekintettel arra, hogy manapság a szénre összpontosítanak, sok vállalkozó jelent meg először” - mondta a MIT Jennings. „Látják a lehetőségek oldalát.” A cemenssel évente 170 milliárd dolláros iparág folyik beruházási pénz.
A calera nevű kaliforniai vállalat talán a legszokatlanabb megközelítést alkalmazza: felhasználja az erőmű által kibocsátott szén-dioxidot, és keveri azt tengervízzel vagy sós vízzel, hogy karbonátokat hozzon létre, amelyeket cement előállításához használnak. Hozzáadhatók a portlandcementhez a mészkő részleges vagy egészének pótlására. Calerat 50 millió dolláros beruházás támogatja Vinod Khosla, egy számítógépes mérnök, aki talán a Szilícium-völgy legelismertebb és mélyebb helyzetben lévő befektetője a zöld technológiák terén. "Valójában kiépítjük cementünket a CO2-ból" - mondta Brent Constantz a cég alapítója. „Olyan szén-dioxidot veszünk, amely bekerült volna a légkörbe, és cementré alakítottuk.” A technológia még fejlesztés alatt áll, egy bemutató üzemmel a kaliforniai Moss Landingben, és egy kínai csoporttal való partnerségben épít egy növény mellett szénbánya a Belső-Mongóliában, ahol a szén-dioxid-kibocsátást tervezik cement előállítására használni.
A Calix, egy ausztrál cég, melegített gőzzel állítja elő a cementet, amely módosítja a cement részecskéit, tisztábbá és kémiailag reaktívvá teszi őket. A folyamat elválasztja a széndioxidot is, megkönnyítve a gáz elfogását és a légkörből tartását.
A Louisiana Tech University, akárcsak a Novacem és a Calera, teljes mértékben megsemmisíti a mészkövet; geopolimernek nevezett paszta felhasználásával készül, amely lendhamból, nátrium-hidroxidból és kálium-hidroxidból készül.
"A por végül leülepedik, és ezen ötletek egyike működni fog" - mondta Jennings.
Korán a Novacem egyik legnagyobb szkeptikája volt a legnagyobb magántulajdonban lévő építőipari vállalat Nagy-Britanniában, a Laing O'Rourke. Dheeraj Bhardwaj, az ígéretes egyetemi munkáról szóló lap fenntartása, Dheeraj Bhardwaj tudományos kapcsolatai révén meghallotta a Novacem termékét. Nézte a kémiát, azt gondolta, hogy mindent megnéznek, és néhány évvel ezelőtt az elnök felé vitte az ötletet, aki sok kételkedéssel bírt. A cement nem volt olyan erős, hogy a kereskedelemben felhasználható legyen - mondta. Mészkőre volt szüksége. Amikor Novacem anyaga elérte a 40 megapaszkálust - ez a szerkezeti stabilitáshoz szükséges minimális erő szükséges -, akkor érdekli lehet ő.
Hét nappal később egy kis darab Novacem cement, amelyet egy kéreg alakú eszközbe helyeztek, eltalálta ezt a jelet. Huszonnyolc nappal később 60 megapasztálust ért el. Bhardwaj ezt követően az eredményeket az elnökhöz továbbította, aki azt mondta: „Tegyük fel ezt a munkát.” Laing O'Rourke most a Novacem egyik legfontosabb partnere. Manapság, sok csipeszelés után a cement megközelíti a 80 megapaszkát. A Novacem cementtel készített beton szilárdsága összehasonlítható bizonyos standard betonokkal.
A Novacem többi partnere a Párizsban található Lafarge, a világ legnagyobb építőanyag-gyártója, és a Rio Tinto, egy londoni székhelyű globális bányászati vállalat, amely alig várja, hogy segítse a Novacemnek a magnézium-szilikátok feltárását.
"A cementipar jelenleg pénzügyi szempontból jelentős, tudományosan jelentős lépésekben lép fel" - mondta Jennings, a különféle kísérleti megközelítésekre hivatkozva. „A világ változik. Mindenkinek, beleértve az összes cementgyártót is, a lehető legzöldebbnek kell lennie, és kicsit jobban gondoskodnia kell a világról. ”
Jennings nem volt hajlandó jóváhagyni bármilyen új cementet. - Ha Novacem működik - mondta -, ez egy nagyon vonzó ötlet.
Bhardwaj elkötelezettebb. Azt mondta, hogy nemrég ment a mérnöki csapatába. - Őszintén szólva, ne légy udvarias - mondta nekik. „Tegyen félre minden széntel kapcsolatos kérdést. Gondolod, hogy ez valami közelebb áll a portlandcementhez? ”A válasz meglepte: Azt mondták, jobb. Miért? Nem csak erős volt, hanem tiszta fehér. A portlandcement enyhén szürke. - Színeket adhat ehhez a cementhez - mondta Bhardwaj. "Képzelje el, hogy házában van-e olyan színes cement fal, amelyet akart."
A cement szép árnyalatú fehér, ahogy Vlasopoulos rámutatott, miközben bemutatta cégének prototípus cementet. A szomszédos biológiai tudományos laboratóriumokra hivatkozva azt mondta: „Hangosabbok vagyunk”, hozzáadásával: „Gyógyítják az embereket ott; valami mást gyógyítunk. ”Az előttünk álló, gépen nem működő gépezet hosszú, csöpögő és csukló csövekkel rendelkezik, riasztások kialszanak, és keverők, amelyek Vlasopoulos alkotásának vödröket csörgetik és szétverik.
Vlasopoulos csábító hangulatban volt, miután előző nap csak javaslatot tett barátnőjének. (Igen azt mondta.) A szoba sarkában volt, amit ő „múzeumunknak” hívott. Egy kis asztalon a Novacem cement korai darabjai voltak - olyanoknak tűntek, mint a gyermekek, csak porosabbak. - Ez nem volt annyira jó - mondta, miközben feltartotta a törékeny kinézetű csirkét. „Most már tudjuk, mit csinálunk.” Az üzem évente körülbelül öt tonna cementet képes előállítani. A vállalat egy másik létesítményen is dolgozik, amely évente 200 tonnát termelne. Ha minden jól megy, akkor a cég engedélyezni kívánja receptjét a cementgyártóknak szerte a világon.
A legfőbb akadály, amelyet a társaságnak még át kell küzdenie, a történelem. A portlandcement működik . 1824 óta délután óta mindig ott van Joseph Aspdin konyhájában. "A cement nagyon régóta létezik" - mondta Bhardwaj. Az emberek bíznak abban. Körbejárhatnak az összes épület, amely évszázadok óta fennmaradt. Tehát a Novacem számára a tartósság bizonyítása időt vesz igénybe. Lassan kell menniük. Ha hidat vagy épületet kell építenem a Novacem cement felhasználásával, hogyan lehet meggyőzni az embereket, hogy ez rendben van? Ez a kihívás. Senki sem akarja, hogy egy híd leesjen. ”
Arra a kérdésre, hogy át akar-e lépni egy Novacem cementtel épített hídon, Bhardwaj azt mondta: „Nem lenne ezzel probléma.” De ezt a híd még nem épült.
Michael Rosenwald a nanotechnológiáról és az influenzavadászokról írt Smithsonian számára . John Ritter Pennsylvaniában él.
