澳研制綠色水泥新配方 摻入氧化鎂以減少碳排放
在倫敦帝國大學(xué)一座簡陋而又粗糙的七層建筑中的會議室里，燈火通明，正舉行有關(guān)環(huán)境主題的研討會。在會上環(huán)境工程師尼古拉斯·瓦拉斯普魯斯（Nikolaos Vlasopoulos）說道，“大家知道，水泥無處不在，我們被水泥所包圍?！?/FONT>
2010年，世界各國共生產(chǎn)了36億噸的水泥（一種礦物質(zhì)混合物，當(dāng)加入水、沙子以及其他材料時變硬固化為混凝土），并且在2050年這個數(shù)據(jù)將會再提高10億噸。從總體積來看，水泥是世界上人類使用的僅次于水的物質(zhì)。
瓦拉斯普魯斯說，水泥的優(yōu)點很早就顯露無遺：廉價，澆注定形，而且某些尚說不清的原因，可堅如磐石。但是，另一個重要的細(xì)節(jié)卻鮮為人知：水泥不清潔。不清潔并非指在你的衣服上無法清除，雖然這個問題伴隨建筑工人幾個世紀(jì)。水泥的關(guān)鍵配料是石灰?guī)r，主要成份是碳酸鈣，即殼類海洋生物的遺存。水泥生產(chǎn)配方中要求對石灰?guī)r加熱，這需要石化燃料。當(dāng)加熱石灰?guī)r時析出的二氧化碳?xì)怏w，以及燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，進(jìn)入大氣層，都會導(dǎo)致全球變暖。水泥制造在世界上人為二氧化碳排放總量中占了5%的份額；在美國，只有石油燃料的消費(fèi)（用于交通、電力、化工制造等用途）以及鋼鐵工業(yè)，超過水泥制造排放出更多的溫室氣體。隨著象中國以及印度這樣的新興國家用水泥澆注他們的崛起的時候，水泥的污染赫然成為最突出的全球性問題。
如果水泥造成空氣的極大污染為公眾所普遍忽視，而31歲的瓦拉斯·普魯斯卻對其關(guān)注已久。瓦拉斯普魯斯在希臘港口城市佩特雷長大，父親是一名工程師，母親在銀行工作，在色雷斯德莫克利特大學(xué)（ Dimokriteio Panepistimio Thrakis 譯注：一直查不到這個大學(xué)的中譯名，可查找維基）學(xué)習(xí)環(huán)境工程學(xué)，瓦拉斯普魯斯夏天回到家鄉(xiāng)期間，他和他的叔叔在一個水泥工廠工作。這也算是陰差陽錯。他的工作是組裝測量二氧化碳排放水平的設(shè)備。排放量非常高；工廠毎生產(chǎn)一噸水泥往往產(chǎn)生近一噸的二氧化碳。瓦拉斯普魯斯認(rèn)為這項工作是有些意思，但他不會把水泥當(dāng)作他的人生未來。它是無聊、老土、骯臟的。
當(dāng)時他正攻讀帝國大學(xué)工程師博士學(xué)位，他的一位指導(dǎo)教授獲得了一項基金，用于檢測由一家澳大利亞公司制造出的一種新型水泥。這位名叫克里斯托弗·基斯曼（Christopher Cheeseman）的教授說服了瓦拉斯普魯斯在這個項目上共同協(xié)作，并且取得了博士學(xué)位?！斑@是個機(jī)會去做不錯的工作?！蓖呃蛊蒸斔挂云鋺T有的輕描淡寫說道。
在人類歷史的早期，人們就試圖打造更好的凝結(jié)物。2000多年以前，羅馬人發(fā)明了把石灰、火山灰以及石塊摻在一起組成混凝土，用于建造海港、紀(jì)念碑、建筑物等各種城市構(gòu)建要素，如萬神殿和羅馬圓形大劇場。在19世紀(jì)20年代，距帝國大學(xué)200英里的英國里德，一位名叫約瑟夫·阿斯普?。↗oseph Aspdin）的石匠師傅發(fā)明了現(xiàn)代水泥。阿斯普丁在廚房里加熱一種由研磨過的石灰?guī)r和粘土混合物。當(dāng)他加入水以后，這種混合物板結(jié)硬化。工業(yè)革命的基礎(chǔ)材料就此誕生了！由于這種材料看上去與產(chǎn)自波特蘭島上建筑流行石料相似，阿斯普丁把他的創(chuàng)造物命名為波特蘭水泥；在1824，以“人造新式石頭工藝的改進(jìn)”注冊了這項發(fā)明專利。[Page]
澳大利亞的研發(fā)者在波特蘭水泥中摻入氧化鎂，試驗一項新配方。因為氧化鎂取代了一部分石灰?guī)r，并且氧化鎂也不用加熱到那么高的溫度，所以他們希望能減少碳排放。石灰?guī)r必須加熱到1427攝氏度，而適用于水泥的氧化鎂只要705度，這個溫度可以通過生物或者其他燃料實現(xiàn)，從而減少碳的排放和石化燃料的消耗。
但是瓦拉斯普魯斯很快就發(fā)覺到這種混合物并不會減少二氧化碳的總體排放。由于氧化鎂是通過加熱碳酸鎂而生產(chǎn)的，這個過程本身就排放二氧化碳，在一些檢測中，排放量接近于二倍。
“現(xiàn)在想起來，我感到非常的失望，因為當(dāng)你看到你所研究的項目實際上并不是你所認(rèn)為理所當(dāng)然的時候，你就失去動力了，”他說道?！暗俏覀冇X得這是一個非常值得做的項目，一個很有價值的想法，我們就想去找到另一種方法來解決這個問題。”
在2004年瓦拉斯普魯斯投身這個問題的時候，世界上最大的水泥公司正在尋找新方法讓波特蘭水泥對環(huán)境更具有親和性。生產(chǎn)商加入了象礦渣這樣的煉鋼副產(chǎn)品、象粉煤灰這類煤渣，以及象氧化鎂這類成份，增加水泥混合物的體積的同時，減少波特蘭水泥的需要量。他們試驗加入礦物添加劑來降低水泥原料所必需的加熱溫度。
但是對水泥的化學(xué)過程知之不多，改進(jìn)就難度重重。麻省理工混凝土可持續(xù)發(fā)展中心（打造“綠色”水泥的幾個學(xué)術(shù)倡導(dǎo)者之一）主持者水泥化學(xué)專家哈姆林·詹寧斯（Hamlin Jennings）說到：“實際上，我們對這些東西如何變硬的化學(xué)過程一無所知，我覺得，世界上使用的所有建筑材料，沒有一個會象波特蘭水泥一樣，對其知之甚少?！?/FONT>
當(dāng)水泥公司對原始配方進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)之際，瓦拉斯普魯斯另起爐灶?！澳阒荒軐Σㄌ靥m水泥改進(jìn)這么多，已是山窮水盡了，”他說，“它只能那樣子了，你只能在他在他的成份基礎(chǔ)上打圈圈。我們應(yīng)當(dāng)另謀出路?！蓖呃蛊蒸斔箍瓷狭擞醚趸V替代石灰?guī)r構(gòu)成水泥的主意，但是必須用另一種材料來讓它板結(jié)硬化。氧化鎂單獨和水拌在一起并不會出現(xiàn)這種情況——混合物只會成為漿狀。另外他必須找到不會排放那么多二氧化碳的其他氧化鎂來源。他決定的這類原料是硅酸鎂，可從滑石、蛇紋石、橄欖石中提取的非碳混合物。世界上這種材料的總供給量為10萬億噸，這是至關(guān)重要的因素，因為巧婦奈何無米之飲呢？
瓦拉斯普魯斯并不熱情的解釋他試驗的混合物是如何起作用。他的秘方或許會是個非常有利可圖的秘密。幾項專利已經(jīng)注冊。他對此將會披露更多：幾年以前，他就開始把氧化鎂、水以及他制造的幾種化學(xué)混合物混合。混合物板結(jié)硬化成一個小球。他把它帶到基斯曼辦公室，“你可以感覺到這個小球所散放出來的熱量，”基斯曼說到?！昂苊黠@，肯定發(fā)生著什么事。”能量正在釋放，化學(xué)反應(yīng)正進(jìn)行著。他們也沒有欣喜若狂。“我是說，我們在這兒剛談到的那種水泥，還并不是世界上所想要的，”基斯曼說到，“我并沒有興奮異常，但是這個想法很誘人?！?/FONT>
瓦拉斯普魯斯在氧化鎂和水中加入的讓混合物變硬的化學(xué)物是碳酸鎂，這是他通過在其他原料中加入二氧化碳而制成。從某個角度來說，這意味著這種水泥并非是碳中立——每生產(chǎn)一噸瓦氏水泥，就能吸收0.1噸的二氧化碳。
最后，在基斯曼的幫助下，瓦拉斯普魯斯成立了開發(fā)新式水泥的公司——諾瓦西姆（ Novacem）公司。這個十幾個員工的公司，合伙人是世界幾個最大的幾個水泥公司 ，位于帝國大學(xué)為創(chuàng)業(yè)公司所設(shè)立的企業(yè)孵化園中。而這個機(jī)構(gòu)里的其他幾個公司是生命科學(xué)創(chuàng)業(yè)公司，實驗室里擺放著的是基因檢序設(shè)備以及試驗試管，而諾瓦西姆的實驗室是一個空曠的工廠，制造剌耳的噪音，大量的灰塵和一塊又一塊的水泥。這是繼羅馬時代之后在倫敦市中心的第一個水泥工廠。
戴著安全帽、護(hù)目鏡、面罩以及白色實驗服的工人們，在這縮微版的水泥工廠里忙忙碌碌，一點兒也不象瓦拉斯普魯斯在那個夏天上班的那個工廠。
雖然還得調(diào)適流程，諾瓦西姆公司至少正與其它五個公司和大學(xué)研究中心競爭制造出綠水泥。“目前，碳排放聚集了所有的目光，許多公司脫穎而出。”麻省理工大學(xué)的詹寧斯說道?！按蠹叶伎吹綑C(jī)會近在咫尺?！币荒?700億美元的水泥工業(yè)，投資資金是紛涌而入。
一個叫卡利拉（ Calera）的加州公司采用的方式或許是最與眾不同：利用電力工廠排出的二氧化碳，與海水或鹽水混和來生產(chǎn)用于制造水泥的碳酸鹽。碳酸鹽可替代石灰?guī)r，加入波特蘭水泥減少石灰?guī)r的使用總量?？ɡ镜玫酵顿Y家維諾德·科斯拉（ Vinod Khosla）5000萬美元的投資支持，這位計算機(jī)工程師，或許是硅谷最受人尊敬且在綠色技術(shù)方面最財大氣粗的投資者?！拔覀儗嶋H上正在制造不排放二氧化碳的水泥，”卡利拉公司的創(chuàng)建者伯蘭特·康斯坦茲說道?！皩嶋H上，我們是把排放進(jìn)大氣層的二氧化碳重新塞進(jìn)水泥。”這項技術(shù)仍處于研發(fā)階段，在加利福尼亞的莫斯蘭丁有一個示范工廠，在中國內(nèi)蒙古一個煤礦附近與一個集團(tuán)合作建立了一個工廠，他們在那兒計劃利用排放的二氧化碳制造水泥。
澳大利亞的卡里克斯（Calix）公司利用高溫蒸汽來制造水泥，此種方式不僅改變了水泥的構(gòu)成，也使它們更為潔靜，有更高的化學(xué)活性。這個流程也分離出二氧化碳，讓其更易于捕捉二氧化碳?xì)怏w而不進(jìn)入大氣層。
路易斯安那理工大學(xué)，象諾瓦西姆和卡里拉一樣，正在嘗試著完全排除石灰?guī)r的使用；它使用的一種叫作地質(zhì)聚合物的粘劑，這種化合物由煤灰、氫氧化鈉和氫氧化鉀制成。
“快要水落石出了，肯定會有一種方法會湊效，”詹寧斯說道。
在初期階段，諾瓦西姆水泥的最大質(zhì)疑者來自英國最大的私有建筑公司——萊恩歐洛克（Laing ORourke）公司。迪拉杰·巴德瓦杰（ Dheeraj Bhardwaj）行政主管密切關(guān)注著大學(xué)實驗室里錢景光明的工作動態(tài)，通過他的學(xué)術(shù)關(guān)系，聽說到了諾瓦西姆公司的產(chǎn)品。他看到這 個水泥化學(xué)品，以為事情已經(jīng)塵埃落定，并在幾年前就把這個想法匯報給了董事長，董事長對此疑惑重重。他說，這種水泥抗壓強(qiáng)度絕不可能到可適用于商業(yè)推廣。石灰?guī)r是少不了的。當(dāng)諾瓦西姆公司的材料達(dá)到40MPa硬度（結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所必需的強(qiáng)度絕對最小值）的時候，那么他可能會被打動。
7天以后，放在儀器中的一小塊諾瓦西姆水泥達(dá)到了那項標(biāo)準(zhǔn)。28天以后，達(dá)到了60MPa。迪拉杰·巴德瓦杰把這個結(jié)果給了董事長。他說，“我們就用它了。”萊恩歐洛克公司現(xiàn)在是諾瓦西姆公司的一個主要合伙經(jīng)過多次改進(jìn)后，諾瓦西姆水泥硬度接近80MPa。用諾瓦西姆水泥制成的混凝土可與一些標(biāo)準(zhǔn)混凝土相比美。
諾瓦西姆公司的其他合秋人，包括世界上最大的建材生產(chǎn)商巴黎的攔法基集團(tuán)（ Lafarge），以及力拓集團(tuán)（Rio Tinto），一個倫敦全球礦業(yè)公司正熱切希望幫助諾瓦西姆公司開采硅酸鎂。
“水泥工業(yè)的經(jīng)濟(jì)重要性日漸提升，在科學(xué)上的重要性也正在發(fā)展，”對于所有不同的實驗方法，詹寧斯說道?！笆澜缯诟淖儯恳粋€人包括所有的水泥公司，將需要盡可能的更為環(huán)保，并注意讓世界變得更美好些。”
詹寧斯并不認(rèn)可所有的新式水泥。“但是對諾瓦西姆公司的成果，”他說，“那是非常引人關(guān)注的想法?！?/FONT>
迪拉杰·巴德瓦杰對此表態(tài)更積極。他說最近他去了工程隊那兒?！皩嵲拰嵳f，別打埋伏，”他對他們說。“把碳問題放一邊。你認(rèn)為這些東西接近波特蘭水泥？”答案讓他大吃一驚：他們說還更好。為什么？不僅僅在于他的抗壓強(qiáng)度，還在于它是純白的，波特蘭水泥是淺灰色?！澳憧梢越o這種水泥加上顏色，”巴德瓦杰說?！跋胂笠幌?，你喜歡你家中的墻什么顏色就有什么顏色?！?/FONT>
在展示公司的水泥樣本工廠時，瓦拉斯普魯斯解釋說，這種水泥是可愛的白色調(diào)。關(guān)于隔壁的生物實驗室，他說，“我們動靜更大，”接著說到：“他們在那兒治療病人。我們在也治療一些東西。”在他面前的一架粗笨機(jī)器，正處于空轉(zhuǎn)間隙，連接的長管呯呯亂響，運(yùn)轉(zhuǎn)著的攪拌器吐出一桶的諾瓦西姆水泥。
在房間的一個角落里，他把其稱作為“我們的博物館”。在一張小桌上，是諾瓦西姆公司的早期水泥產(chǎn)品。他們看上去象是兒童積木，只不過布滿灰塵?！斑@些都不夠好，”他說，拿起一塊顯然不大結(jié)實的切割樣品，“我們現(xiàn)在知道我們的方向是什么。”這個工廠每年可以制造大約五噸的水泥。公司動作的另一個工廠里，每年將生產(chǎn)200噸的水泥。如果進(jìn)展順利，公司可能向全世界水泥生產(chǎn)商發(fā)放他的配方許可證。
公司的主要阻礙，就得不得不面對波特蘭水泥的漫長歷史。在1824年的那個下午的約瑟夫·阿斯普丁的廚房里開始，水泥已經(jīng)廣泛運(yùn)用?！八嗳藗兒芫靡詠砭碗S處可見，”巴德瓦杰說道，“人們信賴它，經(jīng)歷幾百年風(fēng)雨的建筑，人們隨處可見。而對諾瓦西姆來說，耐用性的證明還要假以時日，他們的步伐不得不放慢些。如果我用諾瓦西姆水泥建造一座橋或是一幢建筑，我怎么去說服人們諾瓦西姆是很好的？難的是在這兒。沒人想看到建造的橋倒塌?！?/FONT>
當(dāng)問道他是否會走過一座用諾瓦西姆水泥建造的橋時。巴德瓦杰說，“我對此絕不遲疑。但是那橋還沒出現(xiàn)呢?！?/FONT>
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