„Știi, cimentul este peste tot”, spune Nikolaos Vlasopoulos, un inginer de mediu la Imperial College din Londra, în timp ce stătea într-o sală de conferințe a colegiului luminos într-o clădire cu șapte etaje, susținută de subiectul conversației. - Este în jurul nostru.
Din această poveste
[×] ÎNCHIS
Visul lui Nikolaos Vlasopoulos este de a dezvolta un nou material a cărui producție, spre deosebire de cea a cimentului tradițional, absoarbe dioxidul de carbon. Dacă va avea succes, el va contribui la reducerea unui factor major în schimbările climatice - și va pretinde un progres îndrăzneț în tehnologia construcțiilor. (John Ritter) 
Uzina pilot a Novacem este prima lucrare de ciment din centrul Londrei încă din epoca romană. (Alex Masi) 
Vlasopoulos lucra la o fabrică de ciment cu unchiul său, care acum îl tachinează: „O să-mi închideți afacerea.” (Alex Masi) 
Novacem intenționează să testeze cimentul său experimental (mai sus: blocuri de probe) mai întâi în structuri precum casele de câini și terase. (Alex Masi) 
Galerie foto
Anul trecut, lumea a produs 3, 6 miliarde de tone de ciment - amestecul mineral care se solidifică în beton atunci când este adăugat la apă, nisip și alte materiale - și această cantitate ar putea crește cu un miliard de tone până în 2050. La nivel global, singura substanță pe care oamenii o folosesc mai mult decât betonul, în volum total, este apă.
Virtutile cimentului, spune Vlasopoulos, sunt demult limpezi: este ieftin, rabatabil și, oarecum inexplicabil, devine dur ca o stâncă. Dar un alt detaliu important este rareori recunoscut: cimentul este murdar. Nu este murdar, întrucât nu se va îndepărta de hainele voastre - deși această problemă i-a blocat pe lucrătorii din construcții de secole. Ingredientul cheie este calcarul, în majoritate carbonatul de calciu, rămășițele creaturilor marine decojite. Rețeta de fabricare a cimentului necesită încălzirea calcarului, care necesită combustibili fosili. Și când este încălzit, calcarul trimite gazul cu dioxid de carbon în atmosferă, unde prinde căldură, contribuind la încălzirea globală. Producția de ciment este responsabilă pentru 5 la sută din emisiile de dioxid de carbon din lume produse de om; în Statele Unite, numai consumul de combustibili fosili (pentru transport, electricitate, fabricație chimică și alte utilizări) și industria siderurgică eliberează mai mult gaz cu efect de seră. Și cu țări în plină expansiune, cum ar fi China și India, care folosesc cimentul pentru a-și construi ascensiunea, murdăria cimentului ține de unul dintre dezavantajele cele mai importante ale globalizării.
Dacă contribuția enormă a cimentului la poluarea aerului este în mare măsură ignorată de publicul larg, Vlasopoulos, 31 de ani, este conștient de ceva timp. A crescut în Patras, un port grecesc. Tatăl său a fost inginer, iar mama sa a lucrat într-o bancă, iar în timpul verii la Vlasopoulos acasă la colegiul Dimokrition Panepistimion Thrakis, unde a studiat inginerie de mediu, a lucrat într-o fabrică de ciment cu unchiul său. Acest lucru a fost fortuit. Misiunea lui a fost să asambleze echipamentele care măsoară nivelul emisiilor de dioxid de carbon. Erau înalți; de obicei, o fabrică produce aproape o tonă de dioxid de carbon pentru fiecare tonă de ciment. Vlasopoulos a considerat că lucrarea este interesantă, dar nu a văzut ciment în viitorul său. Era plictisitor, era vechi, era murdar.
Apoi, unul dintre profesorii săi la Imperial College, unde lucra la un master în inginerie, a primit finanțare pentru a examina un nou tip de ciment fabricat de o companie australiană. Profesorul, Christopher Cheeseman, l-a convins pe Vlasopoulos să colaboreze la proiect și să obțină un doctorat. „Aceasta a fost o șansă de a face niște lucrări frumoase”, a spus Vlasopoulos în maniera sa tipică.
Oamenii încearcă să construiască un ciment mai bun încă de la începutul istoriei. Cu mai bine de 2.000 de ani în urmă, romanii au conceput un amestec de var, cenușă vulcanică și bucăți de piatră pentru a forma beton, care a fost folosit pentru fabricarea porturilor, monumentelor și clădirilor - lipiciul orașelor timpurii - inclusiv Panteonul și Colosseumul. În anii 1820, în Leeds, Anglia, la aproximativ 200 de mile de Imperial College, un zidar de piatră pe nume Joseph Aspdin a inventat cimentul modern. Aspdin a încălzit o bucată de calcar și lut fin măcinat în bucătăria sa. După ce a adăugat apă, amestecul s-a întărit. Voilà - s-a născut blocul de construcție al Revoluției industriale. Deoarece materialul semăna cu o piatră de construcție populară din Insula Portland, Aspdin a numit invenția sa ciment Portland. Brevetul, emis în 1824, a fost pentru „o îmbunătățire a modului de producere a unei pietre artificiale”.
Dezvoltatorii australieni au încercat o nouă rețetă, amestecând cimentul Portland cu oxid de magneziu. Ei sperau să reducă emisiile de carbon, deoarece oxidul de magneziu poate lua locul unora dintre calcar, iar oxidul de magneziu nu trebuie încălzit la o temperatură atât de ridicată. Calcarul trebuie încălzit la 2.600 de grade Fahrenheit, dar oxidul de magneziu poate fi pregătit pentru ciment la 1.300 de grade, o temperatură care poate fi atinsă cu biomasă și alți combustibili care eliberează mai puțin carbon, reducând consumul de combustibil fosil.
Dar Vlasopoulos a descoperit rapid că amestecul nu a redus emisiile globale de dioxid de carbon. În unele teste, emisiile aproape că s-au dublat, deoarece oxidul de magneziu în sine este produs prin încălzirea carbonatelor de magneziu, un proces care eliberează dioxid de carbon.
„Îmi amintesc că m-am simțit foarte dezamăgit pentru că atunci când vezi că proiectul la care lucrezi nu este în realitate ceea ce ai crezut că va fi, pierzi motivația”, a spus el. „Dar am considerat că este un proiect foarte demn, o idee demnă, așa că am încercat să găsim un alt mod de a rezolva problema.”
În momentul în care Vlasopoulos a luat întrebarea, în 2004, marile firme de ciment din întreaga lume căutau noi modalități de a face cimentul Portland mai palatabil din punct de vedere ecologic. Producătorii au adăugat produse secundare din oțel, cum ar fi zgura; reziduuri de cărbune, cum ar fi cenușă de muște; și alte materiale, cum ar fi oxidul de magneziu, pentru a grupa amestecul de ciment, necesitând mai puțin ciment Portland. Au experimentat aditivi minerali pentru a reduce temperaturile necesare pregătirii materialelor.
Dar este greu de modificat un produs a cărui chimie nu este bine înțeleasă. „Nu am cunoscut niciodată chimia exactă a modului în care aceste lucruri devin dure”, a declarat Hamlin Jennings, expert în chimia cimentului și șeful Centrului de Dezvoltare Durabilă al MIT, una dintre mai multe inițiative academice de falsificare a cimentului „verde”. „Nu cred că există materiale de construcție folosite în lumea de azi care sunt mai puțin înțelese decât cimentul Portland.”
În timp ce întreprinderile de ciment se agitau de original, Vlasopoulos a luat o altă abordare. „Puteți face atât de mult pentru cimentul Portland pentru a-l îmbunătăți”, a spus el. "Este ceea ce este. Este materialul cu care începi. A trebuit să venim cu altceva. ”Vlasopoulos i-a plăcut ideea de a folosi oxidul de magneziu ca înlocuitor al calcarului pentru a forma cimentul, dar a avut nevoie de un alt material care să-l îngreuneze. Amestecarea oxidului de magneziu singur cu apă nu s-ar descurca - amestecul devine slab. Și avea nevoie să găsească o sursă de oxid de magneziu care să nu elibereze atât de mult dioxid de carbon. Clasa de materiale pe care s-a instalat a fost silicații de magneziu, compuși fără carbon, derivați din talc, serpentină, olivină sau alte minerale. Aprovizionarea mondială a acestor minerale este de aproximativ 10.000 de miliarde de tone, un factor important pentru că, dacă unul rămâne fără făină, nu se mai pot coace prăjituri.
Vlasopoulos nu dorește exact să explice cum funcționează compusul său experimental. Sosul lui secret este poate un secret foarte profitabil. Au fost depuse mai multe brevete. El va dezvălui acest lucru: acum câțiva ani, a început să amestece oxidul de magneziu cu alți compuși chimici pe care i-a creat și apă. Amestecul s-a întărit într-o bilă. O aduse în biroul lui Cheeseman. „Ai simți căldura care se degajă din această minge mică”, a spus Cheeseman. „Ceva se întâmpla clar.” Reacțiile chimice trageau; energia era eliberată. Nu s-au excitat excesiv. „Vreau să spun, este vorba despre ciment despre care vorbim aici - nu este tocmai cele mai sexy lucruri din lume”, a spus Cheeseman. "Nu alergam în jos și pe holuri făcând cartușe, dar a fost interesant."
Produsele chimice Vlasopoulos se amestecă cu oxidul de magneziu și apa pentru a întări cimentul sunt carbonatele de magneziu, pe care le produce prin adăugarea de dioxid de carbon la alte materii prime. Asta înseamnă că, în unele scenarii, cimentul nu este doar neutru din carbon, ci este negativ din punct de vedere al carbonului. Pentru fiecare tonă de ciment produs de Vlasopoulos, o zecime dintr-o tonă de dioxid de carbon ar putea fi absorbită.
În cele din urmă, Vlasopoulos, cu ajutorul Cheeseman, a început o companie, Novacem, să dezvolte un nou ciment. Firma, cu peste o duzină de angajați și parteneriate cu unele dintre cele mai mari companii de ciment din lume, este situată într-un incubator de afaceri pentru companii de start-up de înaltă tehnologie la Imperial College. În timp ce alte companii din cadrul instalației sunt startup-uri de științe ale vieții, cu laboratoare de microbiologie pline cu mașini de secvențare a genelor și colecții de epruvete, laboratorul Novacem este o plantă spațioasă, care produce zgomote puternice, o mulțime de praf și găleată după găleată de ciment. Este prima lucrare de ciment din centrul Londrei încă din zilele romanilor.
Muncitorii care poartă pălării, ochelari de protecție, măști și paltoane albe de laborator operează o versiune miniaturizată a unei instalații de ciment, spre deosebire de cea lucrată de Vlasopoulos în timpul pauzelor de vară.
Deși încă își perfecționează procedurile, Novacem se întrece cu cel puțin cinci companii și centre universitare pentru a veni cu un ciment mai ecologic. „Având în vedere toată atenția asupra carbonului în aceste zile, o mulțime de antreprenori au apărut”, a spus Jennings al MIT. „Ei văd partea oportunității.” Cu cimentul unei industrii de 170 de miliarde de dolari pe an, banii de investiții se revarsă.
O companie din California numită Calera are, probabil, cea mai neobișnuită abordare: valorifică dioxidul de carbon emis dintr-o centrală electrică și îl amestecă cu apa de mare sau cu saramură pentru a crea carbonați care sunt folosiți pentru fabricarea cimentului. Acestea pot fi adăugate la cimentul Portland pentru a înlocui unele sau toate calcarele. Calera este susținut de o investiție de 50 de milioane de dolari venită de la Vinod Khosla, un inginer de calculator care este poate cel mai respectat și cel mai adânc investitor din Silicon Valley în tehnologii ecologice. "Realizăm cimentul din CO2", a declarat fondatorul companiei, Brent Constantz. „Luăm CO2 care ar fi intrat în atmosferă și l-ar transforma în ciment.” Tehnologia este încă în curs de dezvoltare, cu o fabrică demonstrativă din Moss Landing, California, și un parteneriat cu un grup chinez pentru a construi o fabrică lângă un mină de cărbune din Mongolia Interioară, unde intenționează să utilizeze emisiile de dioxid de carbon pentru fabricarea cimentului.
Calix, o companie australiană, produce ciment folosind abur supraîncălzit, care modifică particulele de ciment și le face mai pure și mai reactive chimic. Procesul separă de asemenea dioxidul de carbon, ceea ce face mai ușor captarea gazului și păstrarea acestuia în afara atmosferei.
Louisiana Tech University, la fel ca Novacem și Calera, elimină cu totul calcarul; se folosește o pastă numită geopolimer, care este fabricată din cenușă zburătoare, hidroxid de sodiu și hidroxid de potasiu.
„Praful se va instala în cele din urmă și una dintre aceste idei va funcționa”, a spus Jennings.
La început, unul dintre cei mai mari sceptici ai Novacem a fost cea mai mare companie de construcții privată din Marea Britanie, Laing O'Rourke. Executivul însărcinat să țină filele cu privire la lucrările universitare promițătoare, Dheeraj Bhardwaj, a auzit despre produsul lui Novacem prin legăturile sale academice. S-a uitat la chimie, a crezut că totul a fost verificat și în urmă cu câțiva ani a dus ideea președintelui, care avea o mulțime de îndoieli. Nu a existat nicio modalitate în care cimentul ar putea fi suficient de puternic pentru utilizarea comercială, a spus el. Avea nevoie de calcar. Când materialul lui Novacem a atins 40 de megapascali - cantitatea minimă de forță necesară pentru stabilitatea structurală - atunci s-ar putea să fie interesat.
Șapte zile mai târziu, o mică bucată de ciment Novacem plasată într-un instrument asemănător unei menghine a lovit această marcă. Douăzeci și opt de zile mai târziu, a lovit 60 de megapascali. Bhardwaj a dus apoi rezultatele președintelui, care a spus: „Hai să facem acest lucru.” Laing O'Rourke este acum un partener major al Novacem. Astăzi, după multă tâmpenie, cimentul se apropie de 80 de megapascali. Betonul realizat cu ciment Novacem este comparabil ca rezistență cu unele din beton standard.
Printre ceilalți parteneri ai Novacem se numără Lafarge, la Paris, cel mai mare producător mondial de materiale de construcție, și Rio Tinto, o companie minieră din Londra, care dorește să ajute Novacem să sileze silicații de magneziu.
„Industria cimentului este acum intensificată în mod semnificativ din punct de vedere financiar, în moduri semnificative științific”, a spus Jennings, referindu-se la toate diferitele abordări experimentale. „Lumea se schimbă. Toată lumea, inclusiv toate companiile de ciment, va trebui să fie cât mai verde și să aibă grijă de lume puțin mai bine. ”
Jennings a refuzat să aprobe vreun ciment nou. „Dacă funcționează Novacem”, a spus el, „este o idee foarte atractivă.”
Bhardwaj este mai comitent. El a spus că a fost recent la echipa sa de inginerie. "Sincer, nu fi politicos", le-a spus. „Lasă deoparte orice întrebare despre carbon. Crezi că este ceva apropiat de cimentul Portland? ”Răspunsul l-a surprins: Au spus că este mai bine. De ce? Nu numai că era puternic, dar era și alb pur. Cimentul Portland este ușor cenușiu. „Ați putea adăuga culori acestui ciment”, a spus Bhardwaj. „Imaginați-vă că aveți vreun perete de ciment color în casa voastră.
Cimentul este o nuanță minunată de alb, după cum a subliniat Vlasopoulos în timp ce își arăta fabrica de ciment prototip a companiei sale. Referindu-se la laboratoarele de biociență învecinate, el a spus: „Suntem mai tare”, adăugând: „Vindecă oameni acolo; vindecăm altceva. ”O mașină de scos în fața lui, inactivă în momentul de față, are țevi lungi care bat și clamează, alarme care se sting și amestecuri care scârțâie și scuipa gălețile din creația lui Vlasopoulos.
Vlasopoulos era într-o stare de rău, tocmai i-a propus prietenei sale cu o zi înainte. (Ea a spus da.) Într-un colț al camerei era ceea ce el numea „muzeul nostru”. Pe o masă mică erau fragmente de ciment Novacem - arătau ca niște blocuri pentru copii, doar mai praf. „Acest lucru nu a fost atât de bun”, a spus el, susținând unul cu aspect fragil care a fost tăiat. „Acum știm ce facem.” Fabrica poate produce aproximativ cinci tone de ciment pe an. De asemenea, compania lucrează la o altă instalație care ar produce 200 de tone pe an. Dacă totul merge bine, compania intenționează să licențeze rețeta producătorilor de ciment din întreaga lume.
Principalul obstacol pe care compania încă îl depășește este istoria. Cimentul Portland funcționează . Întotdeauna, din acea după-amiază din 1824, în bucătăria lui Joseph Aspdin. „Cimentul a trecut de foarte mult timp”, a spus Bhardwaj. „Oamenii au încredere în asta. Ei pot privi în jur toate clădirile care au supraviețuit sute de ani. Așadar, pentru Novacem, dovada durabilității va dura timp. Vor trebui să meargă încet. Dacă trebuie să construiesc un pod sau o clădire folosind ciment Novacem, cum să conving oamenii că este în regulă? Aceasta este provocarea. Nimeni nu vrea ca un pod să cadă. ”
Întrebat dacă va traversa un pod construit cu ciment Novacem, Bhardwaj a spus: „Nu aș avea nicio problemă cu asta.” Dar acel pod nu a fost încă construit.
Michael Rosenwald a scris despre nanotehnologie și vânătorii de gripe pentru Smithsonian . John Ritter locuiește în Pennsylvania.
