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(guó)大學(xué)一座簡(jiǎn)陋而又粗糙的七層建筑中的會(huì)議室里，燈火通明，正舉行有關(guān)環(huán)境主題的研討會(huì)。在會(huì)上環(huán)境工程師尼古拉斯·瓦拉斯普魯斯（Nikolaos Vlasopoulos）說(shuō)道，“大家知道，水泥無(wú)處不在，我們被水泥所包圍?！?/FONT>
2010年，世界各國(guó)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(shí)變硬固化為混凝土），并且在2050年這個(gè)數(shù)據(jù)將會(huì)再提高10億噸。從總體積來(lái)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(shuō)，水泥的優(yōu)點(diǎn)很早就顯露無(wú)遺：廉價(jià)，澆注定形，而且某些尚說(shuō)不清的原因，可堅(jiān)如磐石。但是，另一個(gè)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(wú)法清除，雖然這個(gè)問(wèn)題伴隨建筑工人幾個(gè)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(duì)石灰?guī)r加熱，這需要石化燃料。當(dāng)加熱石灰?guī)r時(shí)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(huì)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(guó)，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(guò)水泥制造排放出更多的溫室氣體。隨著象中國(guó)以及印度這樣的新興國(guó)家用水泥澆注他們的崛起的時(shí)候，水泥的污染赫然成為最突出的全球性問(wèn)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(duì)其關(guān)注已久。瓦拉斯普魯斯在希臘港口城市佩特雷長(zhǎng)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(gè)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(gè)水泥工廠工作。這也算是陰差陽(yáng)錯(cuò)。他的工作是組裝測(cè)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(xiàng)工作是有些意思，但他不會(huì)把水泥當(dāng)作他的人生未來(lái)。它是無(wú)聊、老土、骯臟的。
當(dāng)時(shí)他正攻讀帝國(guó)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(xiàng)基金，用于檢測(cè)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(shuō)服了瓦拉斯普魯斯在這個(gè)項(xiàng)目上共同協(xié)作，并且取得了博士學(xué)位。“這是個(gè)機(jī)會(huì)去做不錯(cuò)的工作?！蓖呃蛊蒸斔挂云鋺T有的輕描淡寫說(shuō)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(wàn)神殿和羅馬圓形大劇場(chǎng)。在19世紀(jì)20年代，距帝國(guó)大學(xué)200英里的英國(guó)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(guò)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(cè)了這項(xiàng)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(yàn)一項(xiàng)新配方。因?yàn)檠趸V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(gè)溫度可以通過(guò)生物或者其他燃料實(shí)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(huì)減少二氧化碳的總體排放。由于氧化鎂是通過(guò)加熱碳酸鎂而生產(chǎn)的，這個(gè)過(guò)程本身就排放二氧化碳，在一些檢測(cè)中，排放量接近于二倍。
“現(xiàn)在想起來(lái)，我感到非常的失望，因?yàn)楫?dāng)你看到你所研究的項(xiàng)目實(shí)際上并不是你所認(rèn)為理所當(dāng)然的時(shí)候，你就失去動(dòng)力了，”他說(shuō)道?！暗俏覀冇X得這是一個(gè)非常值得做的項(xiàng)目，一個(gè)很有價(jià)值的想法，我們就想去找到另一種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。”
在2004年瓦拉斯普魯斯投身這個(gè)問(wèn)題的時(shí)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(duì)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(shí)，減少波特蘭水泥的需要量。他們?cè)囼?yàn)加入礦物添加劑來(lái)降低水泥原料所必需的加熱溫度。
但是對(duì)水泥的化學(xué)過(guò)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(gè)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(shuō)到：“實(shí)際上，我們對(duì)這些東西如何變硬的化學(xué)過(guò)程一無(wú)所知，我覺得，世界上使用的所有建筑材料，沒有一個(gè)會(huì)象波特蘭水泥一樣，對(duì)其知之甚少。”
當(dāng)水泥公司對(duì)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?duì)波特蘭水泥改進(jìn)這么多，已是山窮水盡了，”他說(shuō)，“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。”瓦拉斯普魯斯看上了用氧化鎂替代石灰?guī)r構(gòu)成水泥的主意，但是必須用另一種材料來(lái)讓它板結(jié)硬化。氧化鎂單獨(dú)和水拌在一起并不會(huì)出現(xiàn)這種情況——混合物只會(huì)成為漿狀。另外他必須找到不會(huì)排放那么多二氧化碳的其他氧化鎂來(lái)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(wàn)億噸，這是至關(guān)重要的因素，因?yàn)榍蓩D奈何無(wú)米之飲呢？
瓦拉斯普魯斯并不熱情的解釋他試驗(yàn)的混合物是如何起作用。他的秘方或許會(huì)是個(gè)非常有利可圖的秘密。幾項(xiàng)專利已經(jīng)注冊(cè)。他對(duì)此將會(huì)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?；旌衔锇褰Y(jié)硬化成一個(gè)小球。他把它帶到基斯曼辦公室，“你可以感覺到這個(gè)小球所散放出來(lái)的熱量，”基斯曼說(shuō)到?！昂苊黠@，肯定發(fā)生著什么事?！蹦芰空卺尫?，化學(xué)反應(yīng)正進(jìn)行著。他們也沒有欣喜若狂?！拔沂钦f(shuō)，我們?cè)谶@兒剛談到的那種水泥，還并不是世界上所想要的，”基斯曼說(shuō)到，“我并沒有興奮異常，但是這個(gè)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(guò)在其他原料中加入二氧化碳而制成。從某個(gè)角度來(lái)說(shuō)，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(gè)十幾個(gè)員工的公司，合伙人是世界幾個(gè)最大的幾個(gè)水泥公司 ，位于帝國(guó)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(gè)機(jī)構(gòu)里的其他幾個(gè)公司是生命科學(xué)創(chuàng)業(yè)公司，實(shí)驗(yàn)室里擺放著的是基因檢序設(shè)備以及試驗(yàn)試管，而諾瓦西姆的實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)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(shí)代之后在倫敦市中心的第一個(gè)水泥工廠。
戴著安全帽、護(hù)目鏡、面罩以及白色實(shí)驗(yàn)服的工人們，在這縮微版的水泥工廠里忙忙碌碌，一點(diǎn)兒也不象瓦拉斯普魯斯在那個(gè)夏天上班的那個(gè)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(gè)公司和大學(xué)研究中心競(jìng)爭(zhēng)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(xué)的詹寧斯說(shuō)道。“大家都看到機(jī)會(huì)近在咫尺。”一年1700億美元的水泥工業(yè)，投資資金是紛涌而入。
一個(gè)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(lái)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(wàn)美元的投資支持，這位計(jì)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(cái)大氣粗的投資者。“我們實(shí)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(shuō)道?！皩?shí)際上，我們是把排放進(jìn)大氣層的二氧化碳重新塞進(jìn)水泥?！边@項(xiàng)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(gè)示范工廠，在中國(guó)內(nèi)蒙古一個(gè)煤礦附近與一個(gè)集團(tuán)合作建立了一個(gè)工廠，他們?cè)谀莾河?jì)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(lái)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(gè)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(huì)有一種方法會(huì)湊效，”詹寧斯說(shuō)道。
在初期階段，諾瓦西姆水泥的最大質(zhì)疑者來(lái)自英國(guó)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(shí)驗(yàn)室里錢景光明的工作動(dòng)態(tài)，通過(guò)他的學(xué)術(shù)關(guān)系，聽說(shuō)到了諾瓦西姆公司的產(chǎn)品。他看到這 個(gè)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(gè)想法匯報(bào)給了董事長(zhǎng)，董事長(zhǎng)對(duì)此疑惑重重。他說(shuō)，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(duì)最小值）的時(shí)候，那么他可能會(huì)被打動(dòng)。
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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。28天以后，達(dá)到了60MPa。迪拉杰·巴德瓦杰把這個(gè)結(jié)果給了董事長(zhǎng)。他說(shuō)，“我們就用它了?！比R恩歐洛克公司現(xiàn)在是諾瓦西姆公司的一個(gè)主要合伙經(jīng)過(guò)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(gè)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(duì)于所有不同的實(shí)驗(yàn)方法，詹寧斯說(shuō)道。“世界正在改變，每一個(gè)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(rèn)可所有的新式水泥?！暗菍?duì)諾瓦西姆公司的成果，”他說(shuō)，“那是非常引人關(guān)注的想法。”
迪拉杰·巴德瓦杰對(duì)此表態(tài)更積極。他說(shuō)最近他去了工程隊(duì)那兒?！皩?shí)話實(shí)說(shuō)，別打埋伏，”他對(duì)他們說(shuō)?！鞍烟紗?wèn)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(shuō)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(shuō)。“想象一下，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(shí)，瓦拉斯普魯斯解釋說(shuō)，這種水泥是可愛的白色調(diào)。關(guān)于隔壁的生物實(shí)驗(yàn)室，他說(shuō)，“我們動(dòng)靜更大，”接著說(shuō)到：“他們?cè)谀莾褐委煵∪?。我們?cè)谝仓委熞恍〇|西?！痹谒媲暗囊患艽直繖C(jī)器，正處于空轉(zhuǎn)間隙，連接的長(zhǎng)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(gè)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(guò)布滿灰塵。“這些都不夠好，”他說(shuō)，拿起一塊顯然不大結(jié)實(shí)的切割樣品，“我們現(xiàn)在知道我們的方向是什么?！边@個(gè)工廠每年可以制造大約五噸的水泥。公司動(dòng)作的另一個(gè)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(duì)波特蘭水泥的漫長(zhǎng)歷史。在1824年的那個(gè)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?lái)就隨處可見，”巴德瓦杰說(shuō)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(duì)諾瓦西姆來(lái)說(shuō)，耐用性的證明還要假以時(shí)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(shuō)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。”
當(dāng)問(wèn)道他是否會(huì)走過(guò)一座用諾瓦西姆水泥建造的橋時(shí)。巴德瓦杰說(shuō)，“我對(duì)此絕不遲疑。但是那橋還沒出現(xiàn)呢?！?/FONT>
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