"Anda tahu, simen di mana-mana, " Nikolaos Vlasopoulos, seorang jurutera alam sekitar di Imperial College di London berkata sambil duduk di sebuah bilik persidangan kolej yang terang di bangunan tujuh tingkat yang dipegang oleh topik perbualan. "Ia adalah di sekeliling kita."
Dari Kisah Ini
[×] TUTUP
Mimpi Nikolaos Vlasopoulos adalah untuk membangunkan bahan baru yang pengeluarannya, tidak seperti simen tradisional, menyerap karbon dioksida. Sekiranya berjaya, beliau akan membantu mengurangkan faktor utama dalam perubahan iklim-dan menuntut untuk maju dalam membangun teknologi. (John Ritter) 
Tumbuhan perintis Novacem adalah kerja simen pertama di pusat London sejak zaman Rom. (Alex Masi) 
Vlasopoulos pernah bekerja di kilang simen dengan pamannya, yang kini menggoda dia, "Anda akan menutup perniagaan saya." (Alex Masi) 
Novacem merancang untuk menguji simen eksperimen (di atas: blok sampel) yang pertama dalam struktur seperti rumah anjing dan patio. (Alex Masi) 
Galeri gambar
Tahun lepas, dunia mengeluarkan 3.6 bilion tan simen-campuran mineral yang mengukuhkan konkrit apabila ditambah kepada air, pasir dan bahan-bahan lain-dan jumlah itu boleh meningkat sebanyak satu bilion tan menjelang 2050. Secara global, orang-orang hanya menggunakan lebih banyak bahan daripada konkrit, jumlahnya ialah air.
Kebaikan simen, Vlasopoulos berkata, telah lama jelas: Ia murah, boleh ditebus dan, agak sukar dijangka, menjadi keras seperti batu. Tetapi satu lagi perincian yang penting jarang diakui: Simen adalah kotor. Tidak kotor seperti di dalamnya tidak akan keluar dari pakaian anda-walaupun masalah itu telah mengetuk pekerja pembinaan selama berabad-abad. Bahan utama adalah batu kapur, kebanyakannya kalsium karbonat, sisa makhluk laut berkotak. Resipi untuk membuat simen memerlukan pemanasan batu kapur, yang memerlukan bahan api fosil. Dan apabila dipanaskan, batu kapur menghantar gas karbon dioksida ke dalam atmosfera, di mana ia menjejaskan haba, menyumbang kepada pemanasan global. Pengeluaran simen bertanggungjawab untuk 5 peratus daripada pengeluaran karbon dioksida manusia yang dihasilkan di dunia; di Amerika Syarikat, hanya penggunaan bahan api fosil (untuk pengangkutan, elektrik, pembuatan kimia dan kegunaan lain) dan industri besi dan keluli mengeluarkan lebih banyak gas rumah hijau. Dan dengan negara-negara yang berkembang pesat seperti China dan India yang menggunakan simen untuk membina kenaikan mereka, kotoran simen menjulang sebagai salah satu kegagalan globalisasi.
Sekiranya sumbangan besar kepada pencemaran udara di simen adalah sebahagian besarnya diabaikan oleh masyarakat umum, Vlasopoulos, 31, telah mengenalinya sejak sekian lama. Dia dibesarkan di Patras, sebuah pelabuhan Yunani. Ayahnya seorang jurutera dan ibunya bekerja di sebuah bank, dan semasa musim panas di Vlasopoulos dari kolej Dimokrisi Panepistimion Thrakis, di mana beliau mengkaji kejuruteraan alam sekitar, beliau bekerja di sebuah kilang simen dengan pamannya. Ini adalah kebetulan. Tugasnya adalah untuk memasang peralatan yang mengukur tahap pelepasan karbon dioksida. Mereka adalah tinggi; Biasanya, sebuah kilang mengeluarkan hampir satu tan karbon dioksida untuk setiap tan simen. Vlasopoulos menganggap kerja itu menarik, tetapi dia tidak melihat simen pada masa depannya. Ia membosankan, sudah tua, ia kotor.
Kemudian, salah seorang profesornya di Imperial College, di mana beliau bekerja di ijazah sarjana dalam bidang kejuruteraan, menerima pembiayaan untuk memeriksa sejenis simen baru yang dibuat oleh sebuah syarikat Australia. Profesor, Christopher Cheeseman, memujuk Vlasopoulos untuk bekerjasama dalam projek itu dan memperoleh PhD. "Ini adalah peluang untuk melakukan kerja yang baik, " kata Vlasopoulos dalam cara yang paling kurang.
Orang ramai telah cuba membina simen yang lebih baik sejak awal sejarah. Lebih 2, 000 tahun yang lalu, orang-orang Rom mencipta campuran kapur, abu gunung berapi dan potongan batu untuk membentuk konkrit, yang digunakan untuk membuat pelabuhan, monumen dan bangunan-gam di bandar-kota awal-termasuk Pantheon dan Colosseum. Pada tahun 1820-an, di Leeds, England, kira-kira 200 batu dari Imperial College, tukang batu bernama Joseph Aspdin mencipta simen moden. Aspdin menyembuhkan ramuan batu kapur dan tanah liat halus di dapurnya. Selepas dia menambah air, campuran itu menjadi keras. Voila -blok bangunan Revolusi Industri dilahirkan. Kerana bahan tersebut kelihatan seperti batu bangunan popular dari Isle of Portland, Aspdin memanggil ciptaan semen Portlandnya. Paten, yang dikeluarkan pada tahun 1824, adalah untuk "peningkatan dalam cara menghasilkan batu buatan."
Pemaju Australia telah mencuba resipi baru, mencampurkan simen Portland dengan magnesium oksida. Mereka berharap untuk mengurangkan pelepasan karbon kerana magnesium oksida boleh mengambil tempat beberapa batu kapur, dan magnesium oksida tidak perlu dipanaskan pada suhu yang tinggi seperti itu. Batu kapur mesti dipanaskan hingga 2, 600 darjah Fahrenheit, tetapi magnesium oksida boleh disediakan untuk simen pada 1, 300 darjah, suhu yang boleh dicapai dengan biomas dan bahan api lain yang melepaskan kurang karbon, mengurangkan penggunaan bahan api fosil.
Tetapi Vlasopoulos dengan cepat mendapati bahawa campuran itu tidak mengurangkan pelepasan karbon dioksida secara keseluruhan. Dalam beberapa ujian, pelepasan hampir dua kali ganda, kerana magnesium oksida sendiri dihasilkan oleh pemanasan magnesium karbonat, suatu proses yang melepaskan karbon dioksida.
"Saya masih ingat berasa sangat kecewa kerana apabila anda melihat bahawa projek yang anda sedang kerjakan bukanlah sebenarnya yang anda fikirkan, anda akan kehilangan motivasi, " katanya. "Tetapi kami merasakan ia merupakan projek yang sangat berbaloi, idea yang berbaloi, jadi kami cuba mencari cara lain untuk menyelesaikan masalah ini."
Pada masa itu Vlasopoulos mengambil persoalan, pada tahun 2004, firma simen besar di seluruh dunia mencari cara baru untuk menjadikan semen Portland lebih enak. Produsen menambah produk sampingan keluli, seperti sanga; residu arang batu, seperti abu terbang; dan bahan-bahan lain, seperti magnesium oksida, untuk menampung campuran simen, yang memerlukan kurang simen Portland. Mereka bereksperimen dengan bahan tambahan mineral untuk mengurangkan suhu yang diperlukan untuk menyediakan bahan.
Tetapi sukar untuk mengubahsuai produk yang kimianya tidak difahami dengan baik. "Kami tidak pernah benar-benar mengenali kimia sebenar bagaimana keadaan ini menjadi lebih sukar, " kata Hamlin Jennings, seorang pakar kimia simen dan ketua Hab Konestabiliti Konkrit MIT, salah satu daripada beberapa inisiatif akademik untuk merangka simen "hijau". "Saya tidak fikir ada bahan bangunan yang digunakan di dunia hari ini yang lebih difahami daripada simen Portland."
Sedangkan syarikat simen berkonsentrasi dengan yang asli, Vlasopoulos mengambil taktik yang lain. "Anda hanya boleh berbuat banyak kepada simen Portland untuk menjadikannya lebih baik, " katanya. "Ia adalah apa yang berlaku. Ia adalah bahan yang anda mulakan dengan. Kami terpaksa tampil dengan sesuatu yang lain. "Vlasopoulos menyukai idea menggunakan magnesium oksida sebagai pengganti batu kapur untuk membentuk simen, tetapi ia memerlukan bahan lain untuk menjadikannya sukar. Mencampurkan magnesium oksida sahaja dengan air tidak akan melakukannya-campuran menjadi lembam. Dan dia perlu mencari sumber magnesium oksida yang tidak melepaskan begitu banyak karbon dioksida. Kelas bahan yang diselesaikannya ialah magnesium silikat, senyawa bebas karbon yang berasal dari talc, serpentine, olivine atau mineral lain. Pembekalan dunia mineral ini adalah kira-kira 10, 000 bilion tan, satu faktor penting kerana jika seseorang kehabisan tepung, tidak ada lagi kek boleh dibakar.
Vlasopoulos tidak begitu berminat untuk menjelaskan bagaimana senyuman eksperimennya berfungsi. Sos rahsianya mungkin rahsia yang sangat menguntungkan. Beberapa paten telah difailkan. Dia akan mendedahkan ini: Beberapa tahun yang lalu, dia mula mencampurkan magnesium oksida dengan sebatian kimia lain yang dibuatnya dan air. Campuran keras menjadi bola kecil. Dia membawanya ke pejabat Cheeseman. "Anda boleh merasakan panas datang dari bola kecil ini, " kata Cheeseman. "Sesuatu telah berlaku dengan jelas." Reaksi kimia telah menembak; tenaga sedang dikeluarkan. Mereka tidak terlalu teruja. "Maksud saya, ini adalah simen yang kita bercakap di sini-ia bukanlah perkara paling seksi di dunia, " kata Cheeseman. "Saya tidak berjalan di atas dan di lorong-lorong yang membuat kereta kartun, tetapi ia menarik."
Bahan kimia Vlasopoulos bercampur dengan magnesium oksida dan air untuk membuat pengerasan simen adalah magnesium karbonat, yang dibuatnya dengan menambahkan karbon dioksida ke bahan mentah lain. Ini bermakna simen, dalam sesetengah senario, bukan sekadar neutral karbon-karbon negatif. Untuk setiap tan daripada simen Vlasopoulos dihasilkan, sepersepuluh satu ton karbon dioksida dapat diserap.
Akhirnya Vlasopoulos, dengan bantuan Cheeseman, memulakan sebuah syarikat, Novacem, untuk membangunkan simen baru. Firma itu, dengan lebih daripada selusin pekerja dan perkongsian dengan beberapa syarikat simen terbesar di dunia, terletak dalam inkubator perniagaan untuk syarikat permulaan berteknologi tinggi di Imperial College. Sedangkan beberapa syarikat lain di dalam kemudahan ini adalah pencinta sains hayat, dengan makmal mikrobiologi penuh mesin penjujukan gen dan koleksi tiub ujian, makmal Novacem adalah loji luas yang menghasilkan bunyi keras, banyak debu dan baldi selepas baldi simen. Ini adalah kerja simen pertama di London tengah sejak zaman Rom.
Pekerja yang memakai topi keras, cermin mata perlindungan, topeng dan kot lab putih mengendalikan versi miniatur dari kilang simen yang tidak seperti Vlasopoulos yang bekerja semasa rehat musim panas.
Walaupun masih menapis prosedurnya, Novacem berlumba dengan sekurang-kurangnya lima syarikat dan pusat universiti lain untuk menghasilkan simen yang lebih hijau. "Memandangkan semua perhatian pada karbon hari ini, banyak usahawan telah muncul, " kata Jennings MIT. "Mereka melihat peluang itu." Dengan simen industri bernilai $ 170 bilion setahun, wang pelaburan mencurahkan.
Sebuah syarikat California yang dipanggil Calera mungkin pendekatan yang paling luar biasa: Ia memanfaatkan karbon dioksida yang dipancarkan dari loji kuasa dan mencampurinya dengan air laut atau air garam untuk menghasilkan karbonat yang digunakan untuk membuat simen. Mereka boleh ditambah ke simen Portland untuk menggantikan beberapa atau semua batu kapur. Calera disokong oleh pelaburan $ 50 juta dari Vinod Khosla, seorang jurutera komputer yang mungkin merupakan pelabur paling dihormati dan berpengalaman dalam Silicon Valley dalam teknologi hijau. "Kami sebenarnya membuat simen kami daripada CO2, " kata pengasas syarikat Brent Constantz. "Kami mengambil CO2 yang akan masuk ke atmosfera dan mengubahnya menjadi simen." Teknologi ini masih dalam pembangunan, dengan sebuah kilang demonstrasi di Moss Landing, California, dan perkongsian dengan kumpulan Cina untuk membina sebuah kilang di sebelah lombong arang batu di Inner Mongolia, di mana mereka merancang untuk menggunakan pelepasan karbon dioksida untuk membuat simen.
Calix, sebuah syarikat Australia, membuat simen menggunakan stim panas, yang mengubah zarah simen dan membuatnya lebih murni dan lebih reaktif kimia. Proses ini juga memisahkan karbon dioksida, menjadikannya lebih mudah untuk menangkap gas dan mengekalkannya dari atmosfera.
Louisiana Tech University, seperti Novacem dan Calera, melampaui batu kapur sama sekali; ia menggunakan tampalan yang dipanggil geopolimer, yang terbuat dari abu terbang, natrium hidroksida dan kalium hidroksida.
"Debu akan akhirnya menyelesaikan dan salah satu idea ini akan berfungsi, " kata Jennings.
Awalnya, salah satu skeptis terbesar Novacem adalah syarikat pembinaan swasta terbesar di Britain, Laing O'Rourke. Eksekutif yang bertanggungjawab menjaga tabiat kerja universiti yang menjanjikan, Dheeraj Bhardwaj, mendengar tentang produk Novacem melalui sambungan ilmiahnya. Dia memandang ke dalam kimia, memikirkan segala sesuatu yang diperiksa dan beberapa tahun lalu mengambil idea kepada pengerusi, yang mempunyai banyak keraguan. Tidak semestinya simen boleh cukup kuat untuk kegunaan komersil, katanya. Ia memerlukan batu kapur. Apabila bahan Novacem mencapai 40 megapascals-jumlah minimum kekuatan yang diperlukan untuk kestabilan struktur-maka dia mungkin berminat.
Tujuh hari kemudian, sebahagian kecil daripada simen Novacem diletakkan di dalam alat seperti vise. Dua puluh lapan hari kemudian, ia melanda 60 megapiksel. Bhardwaj kemudian mengambil keputusan itu kepada pengerusi, yang berkata, "Mari buat kerja ini." Laing O'Rourke kini menjadi rakan kongsi utama Novacem. Hari ini, selepas banyak tinkering, simen menghampiri 80 megapascals. Konkrit yang dibuat dengan simen Novacem adalah setanding dengan kekuatan untuk beberapa konkrit biasa.
Rakan lain Novacem termasuk Lafarge, di Paris, pengeluar bahan binaan pengeluar terbesar di dunia, dan Rio Tinto, sebuah syarikat perlombongan global yang berpusat di London yang ingin membantu Novacem menggali silika magnesium.
"Industri simen kini semakin meningkat secara signifikan secara signifikan, secara saintifik dengan cara sekarang, " kata Jennings, merujuk kepada semua pendekatan percubaan. "Dunia berubah. Semua orang, termasuk semua syarikat simen, perlu menjadi hijau yang mungkin dan menjaga dunia sedikit lebih baik. "
Jennings enggan mengesahkan sebarang simen baru. "Jika karya Novacem, " katanya, "ia adalah idea yang sangat menarik."
Bhardwaj lebih komited. Beliau berkata beliau baru-baru ini pergi ke pasukan kejuruteraannya. "Jujur saja, jangan sopan, " katanya kepada mereka. "Masukkan sebarang pertanyaan tentang karbon. Adakah anda fikir ini adalah sesuatu yang dekat dengan simen Portland? "Jawapannya mengejutkannya: Mereka berkata ia lebih baik. Mengapa? Bukan sahaja ia kuat, tetapi ia putih tulen. Simen Portland sedikit kelabu. "Anda boleh menambah warna pada simen ini, " kata Bhardwaj. "Bayangkan mempunyai dinding semen warna di rumah anda yang anda mahu."
Simen adalah warna putih yang indah, seperti yang ditunjukkan oleh Vlasopoulos sambil memamerkan kilang simen prototaipnya. Merujuk kepada makmal biosains yang berdekatan, dia berkata, "Kami lebih keras, " sambil menambah: "Mereka menyembuhkan orang di sana; kami sedang menyembuhkan sesuatu yang lain. "Mesin besar di hadapannya, terbiar pada masa ini, mempunyai paip panjang yang menyentuh dan mengetuk, penggera yang melepaskan, dan pengadun yang menggoreng dan meludah keluar cawan dari ciptaan Vlasopoulos.
Vlasopoulos berada dalam suasana yang sungguh-sungguh, yang baru saja dicadangkan kepada teman wanitanya sehari sebelumnya. (Dia berkata ya.) Lebih di sudut ruangan itu dia dipanggil "muzium kami." Di atas meja kecil terdapat ketulan awal simen Novacem-mereka kelihatan seperti blok kanak-kanak, hanya lebih tebal. "Ini tidak begitu bagus, " katanya, memegang tampang yang rapuh. "Sekarang kita tahu apa yang kita lakukan." Kilang itu boleh mengeluarkan kira-kira lima tan simen setahun. Syarikat itu juga sedang berusaha menggunakan kemudahan lain yang akan menghasilkan 200 tan setahun. Sekiranya semuanya berjalan lancar, syarikat itu berhasrat untuk memberikan lesen kepada pembuat simen di seluruh dunia.
Halangan utama yang masih perlu dikalahkan ialah sejarah. Kerja simen Portland. Sentiasa ada, sejak petang itu pada tahun 1824 di dapur Joseph Aspdin. "Semen telah lama berlalu, " kata Bhardwaj. "Orang percaya itu. Mereka boleh melihat sekeliling bangunan-bangunan yang telah bertahan beratus-ratus tahun. Oleh itu untuk Novacem, bukti ketahanan akan mengambil masa. Mereka perlu perlahan. Jika saya perlu membina jambatan atau bangunan menggunakan simen Novacem, bagaimana saya dapat meyakinkan orang bahawa itu OK? Itulah cabaran. Tiada siapa yang mahu jambatan jatuh. "
Ditanya sama ada dia akan menyeberangi jambatan yang dibina dengan simen Novacem, Bhardwaj berkata, "Saya tidak akan mempunyai masalah dengan itu." Tetapi jambatan itu belum lagi dibina.
Michael Rosenwald menulis mengenai pemburu nanoteknologi dan pemburu selsema untuk Smithsonian . John Ritter tinggal di Pennsylvania.
