"Víš, cement je všude, " říká Nikolaos Vlasopoulos, environmentální inženýr na Imperial College v Londýně, zatímco sedí v jasně osvětlené vysokoškolské konferenční místnosti v mohutném sedmipodlažní budově držené tématem rozhovoru. "Je to všude kolem nás."
Z tohoto příběhu
[×] ZAVŘÍT
Snem Nikolaose Vlasopoulase je vyvinout nový materiál, jehož produkce, na rozdíl od tradičního cementu, absorbuje oxid uhličitý. Pokud by byl úspěšný, pomohl by snížit hlavní faktor změny klimatu - a uplatnit nárok na odvážný pokrok v technologii budov. (John Ritter) 
Pilotní závod společnosti Novacem je první římskou cementárnou v centru Londýna. (Alex Masi) 
Vlasopoulos pracoval se strýcem v cementárně, který ho nyní škádlí: „Chystáte se ukončit můj obchod.“ (Alex Masi) 
Společnost Novacem plánuje vyzkoušet svůj experimentální cement (výše: bloky vzorků) nejprve v konstrukcích, jako jsou chaty a terasy. (Alex Masi) 
FOTOGALERIE
V loňském roce svět vyprodukoval 3, 6 miliardy tun cementu - minerální směsi, která tuhne do betonu, když se přidá do vody, písku a dalších materiálů - a toto množství by se mohlo do roku 2050 zvýšit o miliardu tun. Globálně jediná látka, kterou lidé používají více než beton, v celkovém objemu, je voda.
Clasovy ctnosti, říká Vlasopoulos, jsou už dlouho jasné: Je levný, vylévatelný a poněkud nevysvětlitelně těžký jako skála. Ale jeden další důležitý detail se málokdy připouští: Cement je špinavý. Není špinavý, protože v tom nevystoupí z vašich šatů - ačkoli tento problém po staletí pronásledoval stavební dělníky. Klíčovou ingrediencí je vápenec, většinou uhličitan vápenatý, zbytky vylupovaných mořských tvorů. Recept na výrobu cementu vyžaduje ohřev vápence, který vyžaduje fosilní paliva. A když se zahřeje, vápenec vysílá plynný oxid uhličitý do atmosféry, kde zachycuje teplo, což přispívá ke globálnímu oteplování. Produkce cementu je zodpovědná za 5 procent světových emisí oxidu uhličitého produkovaných člověkem; ve Spojených státech uvolňuje více skleníkových plynů pouze spotřeba fosilních paliv (pro dopravu, elektřinu, chemickou výrobu a jiná použití) a průmysl železa a oceli. A vzhledem k tomu, že prosperující země, jako je Čína a Indie, používají k výstavbě svého růstu cement, cementová špína se vynořuje jako jedna z nejvýznamnějších nevýhod globalizace.
Pokud veřejnost do značné míry přehlíží obrovský příspěvek cementu ke znečištění ovzduší, Vlasopoulos (31) o tom již nějakou dobu ví. Vyrostl v řeckém přístavu Patras. Jeho otec byl inženýr a jeho matka pracovala v bance, a během léta Vlasopoulosových léta z Dimokrition Panepistimion Thrakis, kde studoval environmentální techniku, pracoval se strýcem v cementárně. To bylo náhodné. Jeho úkolem bylo sestavit zařízení, které měří úrovně emisí oxidu uhličitého. Byli vysoké; obvykle továrna produkuje téměř tunu oxidu uhličitého na každou tunu cementu. Vlasopoulos si myslel, že práce je zajímavá, ale v budoucnu neviděl cement. Bylo to nudné, staré, špinavé.
Poté jeden z jeho profesorů na Imperial College, kde pracoval na magisterském studiu v oboru strojírenství, získal finanční prostředky na zkoumání nového typu cementu vyráběného australskou společností. Profesor Christopher Cheeseman přesvědčil Vlasopoulosa, aby spolupracoval na projektu a získal doktorát. "Byla to šance udělat nějakou pěknou práci, " řekl Vlasopoulos svým typicky podhodnoceným způsobem.
Lidé se snaží stavět lepší cement již od počátku historie. Před více než 2 000 lety vymysleli Římané směs vápna, sopečného popela a kousků kamene, aby vytvořili beton, který se používal k výrobě přístavů, památek a budov - lepidla raných měst - včetně Panteonu a Koloseum. Ve dvacátých letech 20. století v anglickém Leedsu, asi 200 km od Imperial College, vynalezl kamenný zedník Joseph Aspdin moderní cement. Aspdin v jeho kuchyni zahříval směs jemně mletého vápence a jílu. Po přidání vody směs ztuhla. Voilà - zrodil se stavební blok průmyslové revoluce. Protože materiál vypadal jako populární stavební kámen z ostrova Portland, nazval Aspdin svůj vynález portlandským cementem. Patent, vydaný v roce 1824, byl zaměřen na „zlepšení způsobu výroby umělého kamene“.
Australští vývojáři vyzkoušeli nový recept, který smíchal portlandský cement s oxidem hořečnatým. Doufali, že sníží emise uhlíku, protože oxid vápenatý může nahradit část vápence a oxid hořečnatý nemusí být zahříván na tak vysokou teplotu. Vápenec musí být zahříván na 2600 stupňů Fahrenheita, ale oxid hořečnatý může být připraven pro cement při 1300 stupních, což je teplota, kterou lze dosáhnout biomasou a jinými palivy, které uvolňují méně uhlíku, což snižuje spotřebu fosilních paliv.
Vlasopoulos však rychle zjistil, že směs nesnížila celkové emise oxidu uhličitého. V některých testech se emise téměř zdvojnásobily, protože samotný oxid hořečnatý se vyrábí zahříváním uhličitanů hořečnatých, což je proces, který uvolňuje oxid uhličitý.
"Pamatuji si, že jsem velmi zklamaný, protože když vidíte, že projekt, na kterém pracujete, není vlastně to, o čem si myslíte, že to bude, ztratíte motivaci, " řekl. "Ale cítili jsme, že se jedná o velmi užitečný projekt, hodnotný nápad, a tak jsme se pokusili najít jiný způsob, jak problém vyřešit."
V době, kdy se společnost Vlasopoulos zabývala otázkou, hledaly v roce 2004 velké cementářské firmy po celém světě nové způsoby, jak učinit portlandský cement ekologičtější. Výrobci přidali vedlejší produkty oceli, jako je struska; zbytky uhlí, jako je popílek; a další materiály, jako je oxid hořečnatý, pro hromadění cementové směsi, vyžadující méně portlandského cementu. Experimentovali s minerálními přísadami, aby snížili teploty potřebné k přípravě materiálů.
Je však obtížné modifikovat produkt, jehož chemie není dobře pochopena. "Nikdy jsme vlastně nevěděli přesnou chemii toho, jak se tato látka ztěžuje, " řekl Hamlin Jennings, expert na chemii cementu a vedoucí MIT Concrete Sustainability Hub, jedna z několika akademických iniciativ k vytvoření „zeleného“ cementu. "Nemyslím si, že v dnešním světě se používá jakýkoli stavební materiál, který je špatně pochopitelný než portlandský cement."
Zatímco cementářské společnosti si pohrávaly s originálem, Vlasopoulos vzal další směr. "S portlandským cementem můžete udělat tolik, abyste to vylepšili, " řekl. "Je to takové jaké to je. Je to materiál, se kterým začínáte. Museli jsme přijít s něčím jiným. “Vlasopoulosovi se líbil nápad použít oxid hořečnatý jako náhradu za vápenec pro vytvoření cementu, ale k jeho ztěžování potřeboval jiný materiál. Smíchání samotného oxidu hořečnatého s vodou by to neudělalo - směs se stane kluzkou. A potřeboval najít zdroj oxidu hořečnatého, který by neuvolňoval tolik oxidu uhličitého. Třídou materiálu, na který se usadil, byly křemičitany hořečnaté, sloučeniny bez uhlíku odvozené od mastku, serpentinu, olivinu nebo jiných minerálů. Světová nabídka těchto nerostů je asi 10 000 miliard tun, což je důležitý faktor, protože pokud dojde z mouky, už se nedá upéct žádné koláče.
Vlasopoulos nechce přesně vysvětlit, jak jeho experimentální směs funguje. Jeho tajná omáčka je možná velmi lukrativním tajemstvím. Bylo podáno několik patentů. To odhalí hodně: Před několika lety začal míchat oxid hořečnatý s dalšími chemickými sloučeninami, které vytvořil, a vodou. Směs ztvrdla do malé kuličky. Přinesl to do Cheesemanovy kanceláře. "Cítil jsi, jak z této malé koule dopadá teplo, " řekl Cheeseman. "Něco se jasně dělo." Odpalovaly se chemické reakce; energie byla uvolňována. Nebyli příliš nadšení. "Myslím, že to je cement, o kterém tu mluvíme - nejedná se o úplně nejsmyslnější věci na světě, " řekl Cheeseman. "Neutekal jsem nahoru a dolů po chodbách, kde jsem dělal kolečka, ale bylo to zajímavé."
Chemikálie Vlasopoulos se mísí s oxidem hořečnatým a vodou, aby cement ztuhnul, jsou uhličitany hořečnaté, což vytváří přidáním oxidu uhličitého do jiných surovin. To znamená, že cement v některých scénářích není jen uhlíkově neutrální - je to uhlíkový negativ. Na každou tunu vyrobeného cementu Vlasopoulos se mohla absorbovat jedna desetina tuny oxidu uhličitého.
Nakonec Vlasopoulos s Cheesemanovou pomocí založil společnost Novacem, která vyvinula nový cement. Firma s více než tuctem zaměstnanců a partnerství s některými z největších cementářských společností na světě se nachází v podnikatelském inkubátoru pro high-tech startupové společnosti na Imperial College. Zatímco některé další společnosti v tomto zařízení jsou začínajícími vědami o biologických vědách, s mikrobiologickými laboratořemi plnými strojů na sekvenování genů a sbírkami zkumavek, laboratoř společnosti Novacem je prostorná rostlina, která produkuje hlasité zvuky, množství prachu a kbelík za kbelíkem cementu. Je to první cementárna v centru Londýna od dob Římanů.
Pracovníci, kteří nosí přilbu, ochranné brýle, masky a bílé laboratorní pláště, provozují miniaturizovanou verzi cementárny, na rozdíl od té, kterou Vlasopoulos pracoval během letních přestávek.
Přestože Novacem stále zdokonaluje své postupy, závodí s nejméně pěti dalšími společnostmi a univerzitními centry, aby přišli s ekologičtějším cementem. "Vzhledem k tomu, že v dnešní době je veškerá pozornost věnována uhlíku, objevilo se mnoho podnikatelů, " uvedla Jennings z MIT. "Vidí to příležitost." S cementem v hodnotě 170 miliard dolarů ročně se do něj vlévají investiční peníze.
Kalifornská společnost Calera má snad nejneobvyklejší přístup: využívá kysličník uhličitý emitovaný z elektrárny a mísí jej s mořskou vodou nebo solankou, aby vytvořil uhličitany, které se používají k výrobě cementu. Mohou být přidány do portlandského cementu jako náhrada některých nebo všech vápenců. Calera je podpořena investicí 50 milionů dolarů od Vinod Khosla, počítačového inženýra, který je pravděpodobně nejuznávanějším a hluboce poskvrněným investorem v oblasti zelených technologií v Silicon Valley. "Vlastně vyrábíme náš cement z CO2, " řekl zakladatel společnosti Brent Constantz. „Bereme CO2, který by se dostal do atmosféry a proměňoval ho v cement.“ Technologie se stále vyvíjí, s demonstračním závodem v Moss Landing v Kalifornii a partnerství s čínskou skupinou na výstavbě závodu vedle uhelný důl ve Vnitřním Mongolsku, kde plánují používat emise oxidu uhličitého k výrobě cementu.
Australská společnost Calix vyrábí cement pomocí přehřáté páry, která modifikuje částice cementu a činí je čistšími a chemicky reaktivnějšími. Proces také odděluje oxid uhličitý, což usnadňuje zachycování plynu a jeho udržování mimo atmosféru.
Louisiana Tech University, stejně jako Novacem a Calera, odvádí vápenec úplně; používá pastu zvanou geopolymer, která je vyrobena z popílku, hydroxidu sodného a hydroxidu draselného.
"Prach se nakonec usadí a jeden z těchto nápadů bude fungovat, " řekla Jennings.
Brzy byla jednou z největších skeptiků v Novacem největší stavební společnost v soukromém vlastnictví v Británii Laing O'Rourke. Vedoucí pracovník, který má přehled o slibné univerzitní práci, Dheeraj Bhardwaj, slyšel o produktu Novacem prostřednictvím jeho vědeckých kontaktů. Podíval se na chemii, myslel si, že je vše odbaveno, a před několika lety vzal nápad předsedovi, který měl spoustu pochybností. Neexistoval žádný způsob, jak by cement mohl být dostatečně silný pro komerční použití, řekl. Potřebovalo to vápenec. Když materiál Novacem dosáhl 40 megapascalů - holého minimálního množství síly potřebné pro strukturální stabilitu - pak by ho mohl zajímat.
O sedm dní později se do této značky dostal malý kus cementu Novacem, který byl umístěn do svěráku podobného nástroje. O dvacet osm dní později zasáhlo 60 megapascalů. Bhardwaj pak výsledky vzal předsedovi, který řekl: „Pojďme to udělat.“ Laing O'Rourke je nyní významným partnerem v Novacem. Dnes, po hodně šťourat, cement se blíží 80 megapascals. Beton vyrobený z cementu Novacem je pevnost srovnatelný s některým standardním betonem.
Mezi další partnery společnosti Novacem patří Lafarge v Paříži, největší světový výrobce stavebních materiálů, a Rio Tinto, londýnská globální těžební společnost, která dychtí po tom, aby pomohla Novacem vykopat křemičitany hořečnaté.
"Cementářský průmysl nyní nyní vystupuje ve finančně významných, vědecky významných způsobech, " řekla Jennings s odkazem na všechny různé experimentální přístupy. "Svět se mění." Každý, včetně všech cementářských společností, bude muset být co nejzelenější a starat se o svět o něco lépe. “
Jennings odmítl podpořit jakýkoli konkrétní nový cement. "Jestli Novacem pracuje, " řekl, "je to velmi atraktivní nápad."
Bhardwaj je více oddaný. Řekl, že nedávno šel do svého technického týmu. "Upřímně, nebuď zdvořilý, " řekl jim. "Odložte jakoukoli otázku týkající se uhlíku." Myslíš si, že je to něco k portlandskému cementu? “Odpověď ho překvapila: Řekli, že je to lepší. Proč? Nejenže byla silná, ale byla čistě bílá. Portlandský cement je mírně šedý. "Do tohoto cementu byste mohli přidat barvy, " řekl Bhardwaj. "Představte si, že máte v domě jakoukoli barevnou cementovou zeď, kterou jste chtěli."
Cement je krásný odstín bílé, jak zdůraznil Vlasopoulos, když předváděl prototypovou cementárnu své společnosti. S odvoláním na sousední laboratoře biologické vědy řekl: „Jsme hlasitější, “ dodává: „Léčí tam lidi; vyléčíme něco jiného. “Hulkingový stroj před ním, v tuto chvíli nečinný, má dlouhé roury, které se třesou a řinčí, alarmy, které zhasnou, a mixéry, které chrlí a vyplivou kbelíky Vlasopoulosovy tvorby.
Vlasopoulos byl v chmurné náladě a den předtím navrhl své přítelkyni. (Řekla ano.) Přes v rohu místnosti to, co nazval „naše muzeum“. Na malém stole byly rané kousky cementu Novacem - vypadaly jako dětské bloky, jen prašnější. "To nebylo tak dobré, " řekl a zvedl křehce vypadající ten, který byl rozštípnutý. "Teď víme, co děláme." Závod dokáže ročně produkovat asi pět tun cementu. Společnost také pracuje na jiném zařízení, které by produkovalo 200 tun ročně. Pokud vše půjde dobře, společnost hodlá udělit licenci na svůj recept výrobcům cementu po celém světě.
Hlavní překážkou, kterou musí společnost ještě překonat, je historie. Portlandské cementářské práce . Vždy od toho odpoledne v roce 1824 v kuchyni Josepha Aspdina. "Cement je už velmi dlouho, " řekl Bhardwaj. "Lidé tomu věří." Mohou se rozhlédnout po všech budovách, které přežily stovky let. Takže pro Novacem bude důkaz trvanlivosti nějakou dobu trvat. Budou muset jít pomalu. Pokud musím postavit most nebo budovu pomocí cementu Novacem, jak přesvědčím lidi, že je to v pořádku? To je výzva. Nikdo nechce spadnout most. “
Na otázku, zda překročí most postavený s cementem Novacem, řekl Bhardwaj: „Neměl bych s tím žádný problém.“ Ale ten most ještě nebyl postaven.
Michael Rosenwald psal o nanotechnologiích a lovcích chřipky pro Smithsoniana . John Ritter žije v Pensylvánii.
