"Du vet, sement er overalt, " sier Nikolaos Vlasopoulos, miljøingeniør ved Imperial College i London, mens han satt i et sterkt opplyst konferanserom i en hellig syv-etasjers bygning holdt oppe av samtaleemnet. "Det er rundt oss."
Fra denne historien
[×] STENGT
Nikolaos Vlasopoulos 'drøm er å utvikle et nytt materiale hvis produksjon, i motsetning til tradisjonell sement, tar opp karbondioksid. Hvis han lykkes, ville han bidra til å redusere en viktig faktor i klimaendringene - og påstå et dristig fremskritt innen byggteknologi. (John Ritter) 
Novacems pilotanlegg er de første sementverkene i sentrum av London siden romertiden. (Alex Masi) 
Vlasopoulos jobbet på en sementfabrikk sammen med onkelen, som nå erter ham, "Du kommer til å stenge virksomheten min." (Alex Masi) 
Novacem planlegger å teste eksperimentell sement (over: prøveblokker) først i strukturer som hundehus og uteplasser. (Alex Masi) 
Fotogalleri
I fjor produserte verden 3, 6 milliarder tonn sement - mineralblandingen som stivner til betong når den tilsettes vann, sand og andre materialer - og den mengden kan øke med en milliard tonn innen 2050. Globalt er det eneste stoffet folk bruker mer av enn betong, i total volum, er vann.
Sements dyder, sier Vlasopoulos, har lenge vært slette: Den er billig, skjenkbar og blir, noe uforklarlig, hard som en stein. Men en annen viktig detalj erkjennes sjelden: Sement er skittent. Ikke skitten som i den vil ikke gå av klærne dine - selv om det problemet har knebet bygningsarbeidere i århundrer. Den viktigste ingrediensen er kalkstein, for det meste kalsiumkarbonat, restene av skallede marine skapninger. Oppskriften for å lage sement krever oppvarming av kalksteinen, som krever fossilt brensel. Og når den blir oppvarmet, sender kalkstein gass som flyter ut i atmosfæren, der den fanger varme, og bidrar til global oppvarming. Sementproduksjon er ansvarlig for 5 prosent av verdens menneskelig produserte karbondioksidutslipp; i USA er det bare fossilt drivstofforbruk (for transport, elektrisitet, kjemisk produksjon og annen bruk) og jern- og stålindustrien som frigjør mer av klimagassen. Og med blomstrende land som Kina og India som bruker sement for å konstruere sin oppgang, er sementens skittethet en av de fremste ulempene ved globaliseringen.
Hvis sementets enorme bidrag til luftforurensning i stor grad overses av allmennheten, har Vlasopoulos (31) vært klar over det i lang tid. Han vokste opp i Patras, en gresk havn. Faren var ingeniør og moren jobbet i en bank, og under Vlasopoulos 'somre hjem fra Dimokrition Panepistimion Thrakis høyskole, hvor han studerte miljøteknikk, jobbet han i en sementfabrikk sammen med onkelen. Dette var heldig. Hans jobb var å sette sammen utstyret som målte utslippsnivåene for karbondioksid. De var høye; vanligvis produserer en fabrikk nesten et tonn karbondioksid for hvert tonn sement. Vlasopoulos syntes arbeidet var interessant, men han så ikke sement i fremtiden. Det var kjedelig, det var gammelt, det var skittent.
Da fikk en av professorene hans ved Imperial College, hvor han jobbet med en mastergrad i ingeniørfag, midler til å undersøke en ny type sement laget av et australsk selskap. Professoren, Christopher Cheeseman, overtalte Vlasopoulos til å samarbeide om prosjektet og få en doktorgrad. "Dette var en sjanse til å gjøre noe fint arbeid, " sa Vlasopoulos på sin typisk undervurderte måte.
Folk har prøvd å bygge en bedre sement siden omtrent begynnelsen av historien. For mer enn 2000 år siden tegnet romerne en blanding av kalk, vulkansk aske og biter av stein for å danne betong, som ble brukt til å lage havner, monumenter og bygninger - limet fra tidlige byer - inkludert Pantheon og Colosseum. I 1820-årene, i Leeds, England, omtrent 200 kilometer fra Imperial College, oppfant en steinmurer ved navn Joseph Aspdin moderne sement. Aspdin varmet opp en sammenkokning av finmalt kalkstein og leire på kjøkkenet sitt. Etter at han hadde tilsatt vann, herdet blandingen. Voilà — byggesteinen til den industrielle revolusjonen ble født. Fordi materialet så ut som en populær byggestein fra Isle of Portland, kalte Aspdin oppfinnelsen sin Portland sement. Patentet, utstedt i 1824, var for "en forbedring i fremstillingsmåten for en kunstig stein."
De australske utviklerne hadde prøvd en ny oppskrift, og blandet Portland-sement med magnesiumoksyd. De håpet å redusere karbonutslipp fordi magnesiumoksyd kan ta plassen til noe av kalksteinen, og magnesiumoksyd trenger ikke å varmes opp ved en så høy temperatur. Kalkstein må varmes opp til 2600 grader Fahrenheit, men magnesiumoksyd kan tilberedes for sement ved 1300 grader, en temperatur som kan oppnås med biomasse og annet brensel som frigjør mindre karbon, og reduserer fossilt forbruk.
Men Vlasopoulos oppdaget raskt at blandingen ikke reduserte de samlede karbondioksidutslippene. I noen tester er utslippene nesten doblet, fordi magnesiumoksid i seg selv produseres ved å varme opp magnesiumkarbonater, en prosess som frigjør karbondioksid.
"Jeg husker at jeg følte meg veldig skuffet, for når du ser at prosjektet du jobber med faktisk ikke er det du trodde det skulle bli, mister du motivasjonen, " sa han. "Men vi følte at det var et veldig verdig prosjekt, en verdig idé, så vi prøvde å finne en annen måte å løse problemet på."
Da Vlasopoulos tok opp spørsmålet, i 2004, lette store sementfirmaer rundt om i verden etter nye måter å gjøre Portland-sement mer miljøvennlig. Produsentene la biprodukter av stål, for eksempel slagg; kullrester, for eksempel flyveaske; og andre materialer, for eksempel magnesiumoksyd, for å bulk opp sementblandingen, noe som krever mindre Portland-sement. De eksperimenterte med mineraltilsetningsstoffer for å redusere temperaturene som trengs for å tilberede materialene.
Men det er vanskelig å endre et produkt hvis kjemi ikke er godt forstått. "Vi har aldri kjent den eksakte kjemien for hvordan det blir vanskelig, " sier Hamlin Jennings, ekspert på sementkjemi og leder for MITs Concrete Sustainability Hub, et av flere akademiske initiativer for å smi “grønn” sement. "Jeg tror ikke det er noe bygningsmateriale som brukes i verden i dag som er mer forstått enn Portland sement."
Mens sementbedriftene fikset med originalen, tok Vlasopoulos en ny takling. "Du kan bare gjøre så mye for Portland sement for å gjøre det bedre, " sa han. "Det er hva det er. Det er materialet du starter med. Vi måtte komme på noe annet. ”Vlasopoulos likte ideen om å bruke magnesiumoksyd som erstatning for kalksteinen for å danne sementen, men det trengtes et annet materiale for å gjøre det vanskelig. Å blande magnesiumoksyd alene med vann ville ikke gjort det - blandingen blir slapp. Og han trengte å finne en kilde til magnesiumoksyd som ikke frigjorde så mye karbondioksid. Materialklassen han slo seg ned på var magnesiumsilikater, karbonfrie forbindelser avledet fra talkum, serpentin, olivin eller andre mineraler. Verdensforsyningen av disse mineralene er omtrent 10.000 milliarder tonn, en viktig faktor fordi hvis man går tom for mel, kan det ikke bakes flere kaker.
Vlasopoulos er ikke akkurat opptatt av å forklare hvordan den eksperimentelle forbindelsen hans fungerer. Hans hemmelige saus er kanskje en veldig lukrativ hemmelighet. Flere patenter er innlevert. Han vil avsløre dette mye: For noen år siden begynte han å blande magnesiumoksyd med andre kjemiske forbindelser han skapte og vann. Blandingen herdet til en liten ball. Han brakte den til Cheesemans kontor. "Du kunne kjenne varmen komme fra denne lille ballen, " sa Cheeseman. "Noe skjedde tydelig." Kjemiske reaksjoner skjøt; energi ble frigitt. De ble ikke altfor begeistret. "Jeg mener, dette er sement vi snakker om her - det er ikke akkurat de mest sexy tingene i verden, " sa Cheeseman. "Jeg løp ikke opp og ned i gangene og gjorde vogghjul, men det var interessant."
Kjemikaliene Vlasopoulos blander seg med magnesiumoksyd og vann for å få sementen til å stivne er magnesiumkarbonater, som han lager ved å tilsette karbondioksid til andre råvarer. Det betyr at sementen, i noen scenarier, ikke bare er karbonnøytral - den er karbonnegativ. For hvert tonn Vlasopoulos 'sement som produseres, kunne en tidel av et tonn karbondioksid tas opp.
Etter hvert startet Vlasopoulos, med Cheesemans hjelp, et selskap, Novacem, for å utvikle en ny sement. Firmaet, med mer enn et dusin ansatte og partnerskap med noen av de største sementbedriftene i verden, er lokalisert i en forretningsinkubator for høyteknologiske oppstartsbedrifter ved Imperial College. Mens noen andre selskaper i anlegget er oppstart av biovitenskap, med mikrobiologiske laboratorier fulle av gen-sekvenseringsmaskiner og samlinger av prøverør, er Novacems laboratorium et romslig anlegg som produserer høye lyder, masse støv og bøtte etter bøtte med sement. Det er de første sementverkene i sentrum av London siden romernes dager.
Arbeidere som har harde hatter, beskyttelsesbriller, masker og hvite laboratoriefrakker bruker en miniatyrisert versjon av et sementverk, ikke ulikt det Vlasopoulos jobbet i i sommerferiene.
Selv om de fremdeles foredler prosedyrene, kjører Novacem med minst fem andre selskaper og universitetssentre for å komme opp med en grønnere sement. "Gitt all oppmerksomhet på karbon i disse dager, har mange gründere dukket opp, " sa MITs Jennings. "De ser muligheten side." Med sement en $ 170 milliarder dollar i året, strømmer investeringspenger inn.
Et selskap i California som heter Calera har kanskje den mest uvanlige tilnærmingen: Det utnytter karbondioksid som slippes ut fra et kraftverk og blander det med sjøvann eller saltlake for å lage karbonater som brukes til å lage sement. De kan legges til Portland sement for å erstatte deler av eller hele kalksteinen. Calera støttes av en investering på 50 millioner dollar fra Vinod Khosla, en dataingeniør som kanskje er Silicon Valley mest respekterte og dyptlomme investor i grønne teknologier. "Vi lager faktisk sementen vår av CO2, " sier selskapets grunnlegger Brent Constantz. "Vi tar CO2 som ville ha gått ut i atmosfæren og gjort det til sement." Teknologien er fortsatt i utvikling, med et demonstrasjonsanlegg i Moss Landing, California, og et partnerskap med en kinesisk gruppe for å bygge et anlegg ved siden av kullgruve i indre Mongolia, der de planlegger å bruke karbondioksidutslipp for å lage sement.
Calix, et australsk selskap, lager sement ved hjelp av overopphetet damp, som modifiserer sementpartiklene og gjør dem renere og mer kjemisk reaktive. Prosessen skiller også ut karbondioksid, noe som gjør det lettere å fange opp gassen og holde den utenfor atmosfæren.
Louisiana Tech University, som Novacem og Calera, gjør helt unna kalkstein; den bruker en pasta som heter geopolymer, og er laget av flyveaske, natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd.
"Støvet vil til slutt legge seg, og en av disse ideene vil fungere, " sa Jennings.
Tidlig var en av Novacems største skeptikere det største privateide byggefirmaet i Storbritannia, Laing O'Rourke. Den utøvende ansvarlige for å holde oversikt over lovende universitetsarbeid, Dheeraj Bhardwaj, hørte om Novacems produkt gjennom sine vitenskapelige forbindelser. Han så på kjemien, trodde alt sjekket ut og tok ideen til styrelederen, som var rikelig med tvil, for noen år siden. Det var ingen måte at sementen kunne være sterk nok til kommersiell bruk, sa han. Det trengtes kalkstein. Når Novacems materiale nådde 40 megapascals - den minimale styrkestyrken som trengs for strukturell stabilitet - da kunne han være interessert.
Syv dager senere traff en liten del av Novacem-sement som ble plassert i et skruvlignende instrument, dette merket. 24 dager senere traff den 60 megapascals. Bhardwaj tok deretter resultatene til styrelederen, som sa: "La oss få dette til å fungere." Laing O'Rourke er nå en viktig partner i Novacem. I dag, etter mye tipping, nærmer sementen seg 80 megapascals. Betong laget med Novacem-sement kan sammenlignes i styrke med noe standard betong.
Novacems andre partnere inkluderer Lafarge, i Paris, verdens største produsent av byggematerialer, og Rio Tinto, et London-basert globalt gruveselskap som er ivrig etter å hjelpe Novacem med å grave opp magnesiumsilikater.
"Sementindustrien trapper nå opp på økonomisk betydningsfullt, på vitenskapelig viktige måter akkurat nå, " sa Jennings, og refererte til alle de forskjellige eksperimentelle tilnærmingene. ”Verden forandrer seg. Alle, inkludert alle sementbedriftene, må være så grønne som mulig og ta vare på verden litt bedre. ”
Jennings takket nei til å godkjenne noe nytt sement. "Hvis Novacems arbeider, " sa han, "er det en veldig attraktiv idé."
Bhardwaj er mer forpliktet. Han sa at han nylig dro til ingeniørteamet sitt. “Ærlig talt, ikke vær høflig, ” sa han til dem. “Legg alle spørsmål om karbonet til side. Tror du dette er noe som ligger nær Portland sement? ”Svaret overrasket ham: De sa at det var bedre. Hvorfor? Ikke bare var den sterk, men den var ren hvit. Portland sement er litt grå. "Du kan legge farger til denne sementen, " sa Bhardwaj. "Tenk å ha en sementvegg i huset ditt som du ønsket."
Sementen er en nydelig hvit nyanse, som Vlasopoulos påpekte mens han viste frem selskapets prototype sementfabrikk. Han henviste til de nærliggende biovitenskapelige laboratoriene, og sa: "Vi er høyere, " og la til: "De kurerer folk der inne; vi kurerer noe annet. ”En hulking-maskin foran seg, i tomgang for øyeblikket, har lange rør som banker og klirrer, alarmer som går av, og miksere som kverner og spytter ut bøtter fra Vlasopoulos 'skaperverk.
Vlasopoulos var i en lun stemning, nettopp etter å ha foreslått kjæresten dagen før. (Hun sa ja.) Over i et hjørne av rommet var det han kalte “museet vårt.” På et lite bord lå tidlige biter av Novacem-sement - de så ut som barneklosser, bare støvete. "Dette var ikke så bra, " sa han og holdt opp en skjør utseende som ble fliset. "Nå vet vi hva vi gjør." Anlegget kan produsere omtrent fem tonn sement per år. Selskapet jobber også med et annet anlegg som vil produsere 200 tonn per år. Hvis alt går bra, har selskapet til hensikt å lisensiere sin oppskrift til sementprodusenter over hele verden.
Den største hindringen som selskapet fremdeles må overvinne er historien. Portland sement fungerer . Har alltid hatt, siden den ettermiddagen i 1824 på Joseph Aspdins kjøkken. "Sement har eksistert veldig lenge, " sa Bhardwaj. “Folk stoler på det. De kan se rundt på alle bygningene som har overlevd hundrevis av år. Så for Novacem vil beviset på holdbarhet ta tid. De må gå sakte. Hvis jeg må bygge en bro eller et bygg med Novacem-sement, hvordan overbeviser jeg folk om at det er OK? Det er utfordringen. Ingen vil at en bro skal falle ned. ”
På spørsmål om han ville krysse en bro bygget med Novacem-sement, sa Bhardwaj: "Jeg ville ikke ha noe problem med det." Men den broen har ikke blitt bygget ennå.
Michael Rosenwald skrev om nanoteknologi og influensajegere for Smithsonian . John Ritter bor i Pennsylvania.
