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。”
2010年，世界各國共生產了36億噸的水泥（一種礦物質混合物，當加入水、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。
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。水泥的關鍵配料是石灰?guī)r，主要成份是碳酸鈣，即殼類海洋生物的遺存。水泥生產配方中要求對石灰?guī)r加熱，這需要石化燃料。當加熱石灰?guī)r時析出的二氧化碳氣體，以及燃料燃燒產生的二氧化碳，進入大氣層，都會導致全球變暖。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（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（ Dimokriteio Panepistimio Thrakis 譯注：一直查不到這個大學的中譯名，可查找維基）學習環(huán)境工程學，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備。排放量非常高；工廠毎生產一噸水泥往往產生近一噸的二氧化碳。瓦拉斯普魯斯認為這項工作是有些意思，但他不會把水泥當作他的人生未來。它是無聊、老土、骯臟的。
當時他正攻讀帝國大學工程師博士學位，他的一位指導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，并且取得了博士學位?！斑@是個機會去做不錯的工作。”瓦拉斯普魯斯以其慣有的輕描淡寫說道。
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、紀念碑、建筑物等各種城市構建要素，如萬神殿和羅馬圓形大劇場。在19世紀20年代，距帝國大學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。當他加入水以后，這種混合物板結硬化。工業(yè)革命的基礎材料就此誕生了！由于這種材料看上去與產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”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，因為當你看到你所研究的項目實際上并不是你所認為理所當然的時候，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。生產商加入了象礦渣這樣的煉鋼副產品、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。
但是對水泥的化學過程知之不多，改進就難度重重。麻省理工混凝土可持續(xù)發(fā)展中心（打造“綠色”水泥的幾個學術倡導者之一）主持者水泥化學專家哈姆林·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>
當水泥公司對原始配方進行修修補補之際，瓦拉斯普魯斯另起爐灶?！澳阒荒軐Σㄌ靥m水泥改進這么多，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上打圈圈。我們應當另謀出路?！蓖呃蛊蒸斔箍瓷狭擞醚趸V替代石灰?guī)r構成水泥的主意，但是必須用另一種材料來讓它板結硬化。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混合物混合?；旌衔锇褰Y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。“很明顯，肯定發(fā)生著什么事。”能量正在釋放，化學反應正進行著。他們也沒有欣喜若狂?！拔沂钦f，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 ，位于帝國大學為創(chuàng)業(yè)公司所設立的企業(yè)孵化園中。而這個機構里的其他幾個公司是生命科學創(chuàng)業(yè)公司，實驗室里擺放著的是基因檢序設備以及試驗試管，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。
雖然還得調適流程，諾瓦西姆公司至少正與其它五個公司和大學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?！甭槭±砉ご髮W的詹寧斯說道?！按蠹叶伎吹綑C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，這位計算機工程師，或許是硅谷最受人尊敬且在綠色技術方面最財大氣粗的投資者。“我們實際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，我們是把排放進大氣層的二氧化碳重新塞進水泥。”這項技術仍處于研發(fā)階段，在加利福尼亞的莫斯蘭丁有一個示范工廠，在中國內蒙古一個煤礦附近與一個集團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成，也使它們更為潔靜，有更高的化學活性。這個流程也分離出二氧化碳，讓其更易于捕捉二氧化碳氣體而不進入大氣層。
路易斯安那理工大學，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）行政主管密切關注著大學實驗室里錢景光明的工作動態(tài)，通過他的學術關系，聽說到了諾瓦西姆公司的產品。他看到這 個水泥化學品，以為事情已經塵埃落定，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。當諾瓦西姆公司的材料達到40MPa硬度（結構穩(wěn)定性所必需的強度絕對最小值）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到了那項標準。28天以后，達到了60MPa。迪拉杰·巴德瓦杰把這個結果給了董事長。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過多次改進后，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準混凝土相比美。
諾瓦西姆公司的其他合秋人，包括世界上最大的建材生產商巴黎的攔法基集團（ Lafarge），以及力拓集團（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)的經濟重要性日漸提升，在科學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?，每一個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?！?/FONT>
詹寧斯并不認可所有的新式水泥?！暗菍χZ瓦西姆公司的成果，”他說，“那是非常引人關注的想法?！?/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?！鞍烟紗栴}放一邊。你認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度，還在于它是純白的，波特蘭水泥是淺灰色。“你可以給這種水泥加上顏色，”巴德瓦杰說?！跋胂笠幌拢阆矚g你家中的墻什么顏色就有什么顏色。”
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。關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器，正處于空轉間隙，連接的長管呯呯亂響，運轉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200噸的水泥。如果進展順利，公司可能向全世界水泥生產商發(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，水泥已經廣泛運用?！八嗳藗兒芫靡詠砭碗S處可見，”巴德瓦杰說道，“人們信賴它，經歷幾百年風雨的建筑，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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