“Anda tahu, semen ada di mana-mana, ” kata Nikolaos Vlasopoulos, seorang insinyur lingkungan di Imperial College di London, sambil duduk di ruang konferensi perguruan yang terang benderang di gedung bertingkat tujuh yang megah yang ditopang oleh topik pembicaraan. "Ada di sekitar kita."
Dari Kisah Ini
[×] TUTUP
Impian Nikolaos Vlasopoulos adalah mengembangkan bahan baru yang produksinya, tidak seperti semen tradisional, menyerap karbon dioksida. Jika berhasil, dia akan membantu mengurangi faktor utama dalam perubahan iklim — dan mengklaim kemajuan yang berani dalam membangun teknologi. (John Ritter) 
Pabrik percontohan Novacem adalah pekerjaan semen pertama di pusat London sejak zaman Romawi. (Alex Masi) 
Vlasopoulos dulu bekerja di pabrik semen dengan pamannya, yang sekarang menggodanya, "Kau akan menutup bisnisku." (Alex Masi) 
Novacem berencana untuk menguji semen eksperimentalnya (di atas: blok sampel) pertama kali dalam struktur seperti rumah anjing dan teras. (Alex Masi) 
Galeri foto
Tahun lalu, dunia memproduksi 3, 6 miliar ton semen — campuran mineral yang membeku menjadi beton ketika ditambahkan ke air, pasir, dan bahan lainnya — dan jumlah itu dapat meningkat hingga satu miliar ton pada tahun 2050. Secara global, satu-satunya zat yang digunakan orang lebih banyak dari dari beton, dalam volume total, adalah air.
Keutamaan Semen, kata Vlasopoulos, telah lama polos: Tidak mahal, dapat dicurahkan, dan, agak tidak bisa dijelaskan, menjadi keras seperti batu. Tetapi satu detail penting lainnya jarang diakui: Semen kotor. Tidak kotor karena tidak akan lepas dari pakaian Anda — meskipun masalah itu telah mengganggu pekerja konstruksi selama berabad-abad. Bahan utama adalah batu kapur, sebagian besar kalsium karbonat, sisa-sisa makhluk laut yang dikupas. Resep untuk membuat panggilan semen untuk memanaskan batu kapur, yang membutuhkan bahan bakar fosil. Dan ketika dipanaskan, batu kapur mengirimkan gas karbon dioksida ke atmosfer, di mana ia memerangkap panas, berkontribusi terhadap pemanasan global. Produksi semen bertanggung jawab atas 5 persen dari emisi karbon dioksida yang diproduksi manusia di dunia; di Amerika Serikat, hanya konsumsi bahan bakar fosil (untuk transportasi, listrik, manufaktur bahan kimia dan penggunaan lain) dan industri besi dan baja melepaskan lebih banyak gas rumah kaca. Dan dengan negara-negara yang booming seperti Cina dan India menggunakan semen untuk membangun kenaikan mereka, kekotoran semen menjulang sebagai salah satu kelemahan globalisasi.
Jika kontribusi semen yang sangat besar terhadap polusi udara sebagian besar diabaikan oleh masyarakat umum, Vlasopoulos, 31, telah menyadarinya selama beberapa waktu. Ia dibesarkan di Patras, sebuah pelabuhan Yunani. Ayahnya adalah seorang insinyur dan ibunya bekerja di bank, dan selama musim panas Vlasopoulos pulang dari kampus Dimokrition Panepistimion Thrakis, tempat ia belajar teknik lingkungan, ia bekerja di pabrik semen bersama pamannya. Ini kebetulan. Tugasnya adalah merakit peralatan yang mengukur tingkat emisi karbon dioksida. Mereka tinggi; biasanya, sebuah pabrik menghasilkan hampir satu ton karbon dioksida untuk setiap ton semen. Vlasopoulos berpikir pekerjaan itu menarik, tetapi dia tidak melihat semen di masa depannya. Itu membosankan, itu sudah tua, itu kotor.
Kemudian, salah seorang profesornya di Imperial College, tempat ia bekerja pada gelar magister di bidang teknik, menerima dana untuk memeriksa semen jenis baru yang dibuat oleh perusahaan Australia. Profesor, Christopher Cheeseman, membujuk Vlasopoulos untuk berkolaborasi dalam proyek ini dan mendapatkan gelar PhD. "Ini adalah kesempatan untuk melakukan pekerjaan yang bagus, " kata Vlasopoulos dengan sikapnya yang bersahaja.
Orang-orang telah berusaha membangun semen yang lebih baik sejak awal sejarah. Lebih dari 2.000 tahun yang lalu, Romawi merancang campuran kapur, abu vulkanik dan bongkahan batu untuk membentuk beton, yang digunakan untuk membuat pelabuhan, monumen dan bangunan — lem kota-kota awal — termasuk Pantheon dan Colosseum. Pada tahun 1820-an, di Leeds, Inggris, sekitar 200 mil dari Imperial College, seorang tukang batu bernama Joseph Aspdin menemukan semen modern. Aspdin memanaskan ramuan batu kapur dan tanah yang ditumbuk halus di dapurnya. Setelah dia menambahkan air, campurannya mengeras. Voilà - blok bangunan Revolusi Industri lahir. Karena bahan itu tampak seperti batu bangunan yang populer dari Isle of Portland, Aspdin menyebut penemuannya semen Portland. Paten, yang dikeluarkan pada 1824, adalah untuk "peningkatan mode pembuatan batu buatan."
Pengembang Australia telah mencoba resep baru, mencampurkan semen Portland dengan magnesium oksida. Mereka berharap mengurangi emisi karbon karena magnesium oksida dapat menggantikan batu kapur, dan magnesium oksida tidak harus dipanaskan pada suhu tinggi. Batu kapur harus dipanaskan hingga 2.600 derajat Fahrenheit, tetapi magnesium oksida dapat disiapkan untuk semen pada 1.300 derajat, suhu yang dapat dicapai dengan biomassa dan bahan bakar lain yang melepaskan lebih sedikit karbon, mengurangi konsumsi bahan bakar fosil.
Tetapi Vlasopoulos dengan cepat menemukan bahwa campuran itu tidak mengurangi keseluruhan emisi karbon dioksida. Dalam beberapa tes, emisi hampir berlipat ganda, karena magnesium oksida itu sendiri dihasilkan oleh pemanasan magnesium karbonat, suatu proses yang melepaskan karbon dioksida.
"Saya ingat merasa sangat kecewa karena ketika Anda melihat bahwa proyek yang sedang Anda kerjakan sebenarnya bukan apa yang Anda pikir akan terjadi, Anda kehilangan motivasi, " katanya. "Tapi kami merasa itu adalah proyek yang sangat berharga, ide yang berharga, jadi kami mencoba mencari cara lain untuk menyelesaikan masalah."
Pada saat Vlasopoulos menjawab pertanyaan itu, pada 2004, perusahaan semen besar di seluruh dunia mencari cara baru untuk membuat semen Portland lebih ramah lingkungan. Para produsen menambahkan produk sampingan baja, seperti terak; residu batubara, seperti fly ash; dan bahan lainnya, seperti magnesium oksida, untuk menambah campuran semen, membutuhkan lebih sedikit semen Portland. Mereka bereksperimen dengan aditif mineral untuk mengurangi suhu yang dibutuhkan untuk menyiapkan bahan.
Tetapi sulit untuk memodifikasi produk yang kimianya tidak dipahami dengan baik. "Kami tidak pernah benar-benar mengetahui kimia yang tepat tentang bagaimana hal ini menjadi sulit, " kata Hamlin Jennings, seorang ahli kimia semen dan kepala Concrete Sustainability Hub MIT, salah satu dari beberapa inisiatif akademis untuk menempa semen "hijau". "Saya tidak berpikir ada bahan bangunan yang digunakan di dunia saat ini yang lebih tidak dipahami daripada semen Portland."
Sementara perusahaan semen mengutak-atik yang asli, Vlasopoulos mengambil taktik lain. "Anda hanya bisa melakukan begitu banyak pada semen Portland untuk membuatnya lebih baik, " katanya. “Itu adalah apa adanya. Ini materi yang Anda mulai. Kami harus membuat sesuatu yang lain. ”Vlasopoulos menyukai gagasan menggunakan magnesium oksida sebagai pengganti batu kapur untuk membentuk semen, tetapi diperlukan bahan lain untuk membuatnya sulit. Mencampur magnesium oksida sendirian dengan air tidak akan berhasil — campuran menjadi cair. Dan dia perlu menemukan sumber magnesium oksida yang tidak melepaskan begitu banyak karbon dioksida. Kelas bahan yang digunakannya adalah magnesium silikat, senyawa bebas karbon yang berasal dari bedak, serpentin, olivin, atau mineral lainnya. Pasokan dunia mineral ini adalah sekitar 10.000 miliar ton, faktor penting karena jika seseorang kehabisan tepung, tidak ada lagi kue yang bisa dipanggang.
Vlasopoulos tidak ingin menjelaskan bagaimana senyawa eksperimentalnya bekerja. Saus rahasianya mungkin merupakan rahasia yang sangat menguntungkan. Beberapa paten telah diajukan. Dia akan mengungkapkan hal ini: Beberapa tahun yang lalu, dia mulai mencampurkan magnesium oksida dengan senyawa kimia lain yang dia buat dan air. Campuran mengeras menjadi bola kecil. Dia membawanya ke kantor Cheeseman. "Kamu bisa merasakan panas yang keluar dari bola kecil ini, " kata Cheeseman. "Sesuatu telah terjadi dengan jelas." Reaksi kimia terjadi; energi dilepaskan. Mereka tidak terlalu bersemangat. "Maksudku, ini adalah semen yang sedang kita bicarakan di sini — ini bukan barang terseksi di dunia, " kata Cheeseman. "Aku tidak berlari mondar-mandir di aula melakukan jungkir balik, tapi itu menarik."
Bahan kimia Vlasopoulos bercampur dengan magnesium oksida dan air untuk membuat semen mengeras adalah magnesium karbonat, yang ia buat dengan menambahkan karbon dioksida ke bahan baku lainnya. Itu berarti semen, dalam beberapa skenario, bukan hanya karbon netral - itu karbon negatif. Untuk setiap ton semen Vlasopoulos yang diproduksi, sepersepuluh dari satu ton karbon dioksida dapat diserap.
Akhirnya Vlasopoulos, dengan bantuan Cheeseman, memulai sebuah perusahaan, Novacem, untuk mengembangkan semen baru. Perusahaan, dengan lebih dari selusin karyawan dan kemitraan dengan beberapa perusahaan semen terbesar di dunia, terletak di inkubator bisnis untuk perusahaan startup berteknologi tinggi di Imperial College. Sementara beberapa perusahaan lain di fasilitas tersebut adalah startup ilmu kehidupan, dengan laboratorium mikrobiologi yang penuh dengan mesin pengurutan gen dan koleksi tabung reaksi, laboratorium Novacem adalah pabrik yang luas yang menghasilkan suara keras, banyak debu dan ember demi ember semen. Ini adalah karya semen pertama di London pusat sejak zaman Romawi.
Pekerja yang mengenakan topi keras, kacamata pelindung, topeng, dan jas lab putih mengoperasikan versi miniatur pabrik semen yang tidak berbeda dengan yang digunakan Vlasopoulos selama liburan musim panas.
Meskipun masih menyempurnakan prosedurnya, Novacem berpacu dengan setidaknya lima perusahaan lain dan pusat universitas untuk menghasilkan semen yang lebih hijau. "Mengingat semua perhatian terhadap karbon akhir-akhir ini, banyak pengusaha muncul, " kata Jennings dari MIT. "Mereka melihat sisi peluang." Dengan semen industri senilai $ 170 miliar per tahun, uang investasi mengalir masuk.
Sebuah perusahaan California bernama Calera mungkin memiliki pendekatan yang paling tidak biasa: Perusahaan ini memanfaatkan karbon dioksida yang dipancarkan dari pembangkit listrik dan mencampurnya dengan air laut atau air asin untuk membuat karbonat yang digunakan untuk membuat semen. Mereka dapat ditambahkan ke semen Portland untuk menggantikan beberapa atau semua batu kapur. Calera didukung oleh investasi $ 50 juta dari Vinod Khosla, seorang insinyur komputer yang mungkin adalah investor Silicon Valley yang paling dihormati dan kaya dalam teknologi hijau. "Kami sebenarnya membuat semen kami dari CO2, " kata pendiri perusahaan, Brent Constantz. "Kami mengambil CO2 yang seharusnya masuk ke atmosfer dan mengubahnya menjadi semen." Teknologi ini masih dalam pengembangan, dengan pabrik percontohan di Moss Landing, California, dan kemitraan dengan kelompok Cina untuk membangun pabrik di sebelah tambang batubara di Mongolia Dalam, di mana mereka berencana untuk menggunakan emisi karbon dioksida untuk membuat semen.
Calix, sebuah perusahaan Australia, membuat semen menggunakan uap super panas, yang memodifikasi partikel semen dan membuatnya lebih murni dan lebih reaktif secara kimia. Proses ini juga memisahkan karbon dioksida, membuatnya lebih mudah untuk menangkap gas dan tetap keluar dari atmosfer.
Universitas Teknologi Louisiana, seperti Novacem dan Calera, menghilangkan batu kapur sama sekali; itu menggunakan pasta yang disebut geopolimer, yang terbuat dari abu terbang, natrium hidroksida dan kalium hidroksida.
"Debu akhirnya akan mengendap dan salah satu dari gagasan ini akan berhasil, " kata Jennings.
Awalnya, salah satu skeptis terbesar Novacem adalah perusahaan konstruksi swasta terbesar di Inggris, Laing O'Rourke. Eksekutif yang bertugas mengawasi pekerjaan universitas yang menjanjikan, Dheeraj Bhardwaj, mendengar tentang produk Novacem melalui koneksi keilmuannya. Dia melihat chemistry, berpikir semuanya sudah baik-baik saja dan beberapa tahun yang lalu membawa ide itu kepada ketua, yang memiliki banyak keraguan. Tidak mungkin semen bisa cukup kuat untuk penggunaan komersial, katanya. Itu membutuhkan batu kapur. Ketika bahan Novacem mencapai 40 megapascal — jumlah minimum kekuatan yang diperlukan untuk stabilitas struktural — maka ia mungkin tertarik.
Tujuh hari kemudian, sepotong kecil semen Novacem ditempatkan di instrumen seperti catok yang mengenai tanda itu. Dua puluh delapan hari kemudian, itu mencapai 60 megapascal. Bhardwaj kemudian membawa hasilnya kepada ketua, yang berkata, "Mari kita buat ini." Laing O'Rourke sekarang menjadi mitra utama Novacem. Hari ini, setelah banyak mengutak-atik, semen mendekati 80 megapascal. Beton yang dibuat dengan semen Novacem memiliki kekuatan yang sebanding dengan beton standar.
Mitra Novacem lainnya termasuk Lafarge, di Paris, produsen bahan bangunan terbesar di dunia, dan Rio Tinto, sebuah perusahaan pertambangan global yang berbasis di London yang ingin membantu Novacem menggali magnesium silikat.
“Industri semen sekarang melangkah secara signifikan secara finansial, dengan cara signifikan secara ilmiah saat ini, ” kata Jennings, merujuk pada semua berbagai pendekatan eksperimental. “Dunia sedang berubah. Semua orang, termasuk semua perusahaan semen, harus sehijau mungkin dan menjaga dunia sedikit lebih baik. "
Jennings menolak untuk mendukung semen baru tertentu. "Jika Novacem bekerja, " katanya, "itu ide yang sangat menarik."
Bhardwaj lebih berkomitmen. Dia mengatakan dia baru-baru ini pergi ke tim tekniknya. "Jujur, jangan sopan, " katanya kepada mereka. "Singkirkan semua pertanyaan tentang karbon. Apakah Anda pikir ini sesuatu yang dekat dengan semen Portland? ”Jawabannya mengejutkannya: Mereka mengatakan itu lebih baik. Mengapa? Bukan hanya kuat, tapi juga putih bersih. Semen Portland agak abu-abu. "Anda bisa menambahkan warna ke semen ini, " kata Bhardwaj. "Bayangkan memiliki dinding semen berwarna di rumah Anda yang Anda inginkan."
Semen adalah warna putih yang indah, seperti yang ditunjukkan Vlasopoulos saat memamerkan pabrik semen prototipe perusahaannya. Mengacu pada laboratorium bioscience yang berdekatan, dia berkata, “Kami lebih keras, ” menambahkan: “Mereka menyembuhkan orang di sana; kami sedang menyembuhkan sesuatu yang lain. ”Mesin raksasa di depannya, saat ini menganggur, memiliki pipa panjang yang berdentang dan berbunyi, alarm yang berbunyi, dan mixer yang mengocok dan mengeluarkan ember ciptaan Vlasopoulos.
Vlasopoulos dalam suasana semangat, setelah baru saja melamar pacarnya sehari sebelumnya. (Dia berkata ya.) Di sudut ruangan ada yang disebutnya "museum kami." Di atas meja kecil ada bongkahan semen Novacem awal - semuanya tampak seperti balok anak-anak, hanya lebih berdebu. "Ini tidak begitu baik, " katanya, mengangkat yang tampak rapuh yang terkelupas. “Sekarang kami tahu apa yang kami lakukan.” Pabrik itu dapat memproduksi sekitar lima ton semen per tahun. Perusahaan juga sedang mengerjakan fasilitas lain yang akan menghasilkan 200 ton per tahun. Jika semuanya berjalan dengan baik, perusahaan bermaksud untuk melisensikan resepnya kepada pembuat semen di seluruh dunia.
Kendala utama yang masih harus diatasi perusahaan adalah sejarah. Semen Portland bekerja . Sejak dulu, sejak sore itu tahun 1824 di dapur Joseph Aspdin. "Semen sudah ada sejak lama, " kata Bhardwaj. “Orang-orang percaya itu. Mereka dapat melihat-lihat semua bangunan yang telah bertahan ratusan tahun. Jadi untuk Novacem, bukti daya tahan akan membutuhkan waktu. Mereka harus berjalan lambat. Jika saya harus membangun jembatan atau bangunan menggunakan semen Novacem, bagaimana cara meyakinkan orang bahwa itu baik-baik saja? Itulah tantangannya. Tidak ada yang ingin jembatan jatuh. "
Ditanya apakah dia akan menyeberangi jembatan yang dibangun dengan semen Novacem, Bhardwaj berkata, “Saya tidak akan memiliki masalah dengan itu.” Tetapi jembatan itu belum dibangun.
Michael Rosenwald menulis tentang nanoteknologi dan pemburu flu untuk Smithsonian . John Ritter tinggal di Pennsylvania.
