"Sai, il cemento è ovunque", dice Nikolaos Vlasopoulos, ingegnere ambientale presso l'Imperial College di Londra, seduto in una sala conferenze del college illuminata in un enorme edificio di sette piani sostenuto dall'argomento della conversazione. "È tutto intorno a noi."
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Il sogno di Nikolaos Vlasopoulos è quello di sviluppare un nuovo materiale la cui produzione, a differenza di quella del cemento tradizionale, assorbe l' anidride carbonica. In caso di successo, aiuterebbe a ridurre un fattore importante nel cambiamento climatico e rivendicherà un audace progresso nella tecnologia di costruzione. (John Ritter) 
L'impianto pilota di Novacem è la prima cementeria nel centro di Londra dai tempi dei romani. (Alex Masi) 
Vlasopoulos lavorava in una fabbrica di cemento con suo zio, che ora lo prende in giro, "Hai intenzione di chiudere i miei affari". (Alex Masi) 
Novacem prevede di testare prima il cemento sperimentale (sopra: blocchi campione) in strutture come canili e terrazze. (Alex Masi) 
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L'anno scorso, il mondo ha prodotto 3, 6 miliardi di tonnellate di cemento — la miscela minerale che si solidifica nel calcestruzzo quando viene aggiunta ad acqua, sabbia e altri materiali — e tale quantità potrebbe aumentare di un miliardo di tonnellate entro il 2050. A livello globale, l'unica sostanza che le persone usano di più del cemento, in volume totale, è l'acqua.
Le virtù del cemento, afferma Vlasopoulos, sono state a lungo chiare: è poco costoso, versabile e, in qualche modo inspiegabilmente, diventa duro come una roccia. Ma un altro dettaglio importante è raramente riconosciuto: il cemento è sporco. Non sporco come al suo interno non si staccherà, anche se quel problema ha perseguitato i muratori per secoli. L'ingrediente chiave è il calcare, principalmente carbonato di calcio, i resti di creature marine sgusciate. La ricetta per produrre cemento richiede il riscaldamento del calcare, che richiede combustibili fossili. E quando riscaldato, il calcare invia gas di anidride carbonica che si diffonde nell'atmosfera, dove intrappola il calore, contribuendo al riscaldamento globale. La produzione di cemento è responsabile del 5 percento delle emissioni mondiali di biossido di carbonio prodotte dall'uomo; negli Stati Uniti, solo il consumo di combustibili fossili (per i trasporti, l'elettricità, la produzione chimica e altri usi) e l'industria siderurgica rilasciano più gas serra. E con i paesi in forte espansione come la Cina e l'India che usano il cemento per costruire la loro ascesa, la sporcizia del cemento incombe come uno dei principali aspetti negativi della globalizzazione.
Se l'enorme contributo del cemento all'inquinamento atmosferico è largamente trascurato dal grande pubblico, Vlasopoulos, 31 anni, ne è consapevole da tempo. È cresciuto a Patrasso, un porto greco. Suo padre era un ingegnere e sua madre lavorava in una banca e durante l'estate di Vlasopoulos a casa dal college di Dimokrition Panepistimion Thrakis, dove ha studiato ingegneria ambientale, ha lavorato in una fabbrica di cemento con suo zio. Questo è stato fortuito. Il suo compito era di assemblare le apparecchiature che misuravano i livelli di emissione di anidride carbonica. Erano alti; tipicamente, una fabbrica produce quasi una tonnellata di anidride carbonica per ogni tonnellata di cemento. Vlasopoulos pensava che il lavoro fosse interessante, ma non vedeva cemento nel suo futuro. Era noioso, vecchio, sporco.
Quindi, uno dei suoi professori all'Imperial College, dove stava lavorando a un master in ingegneria, ricevette finanziamenti per esaminare un nuovo tipo di cemento prodotto da una società australiana. Il professore, Christopher Cheeseman, ha convinto Vlasopoulos a collaborare al progetto e guadagnare un dottorato. "Questa è stata un'occasione per fare un buon lavoro", ha detto Vlasopoulos nel suo modo tipicamente sobrio.
Le persone hanno cercato di costruire un cemento migliore fin dall'inizio della storia. Più di 2.000 anni fa, i romani inventarono una miscela di calce, cenere vulcanica e pezzi di pietra per formare il cemento, che fu usato per creare porti, monumenti ed edifici - la colla delle prime città - tra cui il Pantheon e il Colosseo. Nel 1820, a Leeds, in Inghilterra, a circa 200 miglia dall'Imperial College, un muratore di pietra di nome Joseph Aspdin inventò il cemento moderno. Aspdin riscaldò un miscuglio di calcare e argilla finemente macinati nella sua cucina. Dopo aver aggiunto acqua, la miscela si è indurita. Voilà: è nato il blocco di costruzione della rivoluzione industriale. Poiché il materiale sembrava una popolare pietra da costruzione dell'isola di Portland, Aspdin chiamò la sua invenzione il cemento Portland. Il brevetto, rilasciato nel 1824, era per "un miglioramento delle modalità di produzione di una pietra artificiale".
Gli sviluppatori australiani avevano provato una nuova ricetta, mescolando cemento Portland con ossido di magnesio. Speravano di ridurre le emissioni di carbonio perché l'ossido di magnesio può sostituire un po 'del calcare e l'ossido di magnesio non deve essere riscaldato a una temperatura così elevata. Il calcare deve essere riscaldato a 2.600 gradi Fahrenheit, ma l'ossido di magnesio può essere preparato per cemento a 1.300 gradi, una temperatura che può essere raggiunta con biomassa e altri combustibili che rilasciano meno carbonio, riducendo il consumo di combustibili fossili.
Ma Vlasopoulos ha rapidamente scoperto che la miscela non ha ridotto le emissioni complessive di anidride carbonica. In alcuni test, le emissioni sono quasi raddoppiate, poiché l'ossido di magnesio stesso viene prodotto riscaldando carbonati di magnesio, un processo che rilascia anidride carbonica.
"Ricordo di essermi sentito molto deluso perché quando vedi che il progetto a cui stai lavorando non è in realtà quello che pensavi fosse, perdi motivazione", ha detto. "Ma abbiamo ritenuto che fosse un progetto molto utile, un'idea utile, quindi abbiamo cercato di trovare un altro modo per risolvere il problema."
All'epoca in cui Vlasopoulos accettò la questione, nel 2004, le grandi aziende di cemento di tutto il mondo erano alla ricerca di nuovi modi per rendere il cemento Portland più appetibile dal punto di vista ambientale. I produttori hanno aggiunto sottoprodotti di acciaio, come scorie; residui di carbone, come la cenere volante; e altri materiali, come l'ossido di magnesio, per ammassare la miscela di cemento, richiedendo meno cemento Portland. Hanno sperimentato additivi minerali per ridurre le temperature necessarie per preparare i materiali.
Ma è difficile modificare un prodotto la cui chimica non è ben compresa. "In realtà non abbiamo mai saputo l'esatta chimica di come queste cose diventino difficili", ha dichiarato Hamlin Jennings, esperto di chimica del cemento e responsabile del Concrete Sustainability Hub del MIT, una delle numerose iniziative accademiche per forgiare cemento "verde". "Non credo che ci sia materiale da costruzione usato oggi nel mondo che sia più mal compreso del cemento Portland."
Mentre le compagnie del cemento stavano armeggiando con l'originale, Vlasopoulos prese un'altra virata. "Puoi solo fare molto per il cemento Portland per renderlo migliore", ha detto. "È quello che è. È il materiale con cui inizi. Dovevamo inventare qualcos'altro. ”A Vlasopoulos piaceva l'idea di usare l'ossido di magnesio come sostituto del calcare per formare il cemento, ma aveva bisogno di un altro materiale per renderlo duro. Mischiare l'ossido di magnesio da solo con l'acqua non lo farebbe: la miscela diventa fangosa. E aveva bisogno di trovare una fonte di ossido di magnesio che non rilasciasse così tanto biossido di carbonio. La classe di materiale su cui si basava erano i silicati di magnesio, i composti privi di carbonio derivati da talco, serpentino, olivina o altri minerali. La fornitura mondiale di questi minerali è di circa 10.000 miliardi di tonnellate, un fattore importante perché se si esaurisce la farina, non è possibile cuocere più torte.
Vlasopoulos non è esattamente intenzionato a spiegare come funziona il suo composto sperimentale. La sua salsa segreta è forse un segreto molto redditizio. Sono stati depositati numerosi brevetti. Lo rivelerà molto: alcuni anni fa, ha iniziato a mescolare ossido di magnesio con altri composti chimici che ha creato e acqua. Il composto si indurì in una pallina. Lo portò nell'ufficio di Cheeseman. "Potresti sentire il calore che esce da questa pallina", disse Cheeseman. "Stava accadendo qualcosa chiaramente." Le reazioni chimiche stavano scoppiando; l'energia veniva rilasciata. Non si eccitarono troppo. "Voglio dire, questo è il cemento di cui stiamo parlando qui - non è esattamente la roba più sexy del mondo", ha detto Cheeseman. "Non correvo su e giù per i corridoi facendo le ruote, ma era interessante."
I prodotti chimici Vlasopoulos si mescola con ossido di magnesio e acqua per indurire il cemento sono carbonati di magnesio, che produce aggiungendo anidride carbonica ad altre materie prime. Ciò significa che il cemento, in alcuni scenari, non è solo carbon neutral: è carbon negative. Per ogni tonnellata di cemento prodotto da Vlasopoulos, si potrebbe assorbire un decimo di tonnellata di anidride carbonica.
Alla fine Vlasopoulos, con l'aiuto di Cheeseman, fondò un'azienda, Novacem, per sviluppare un nuovo cemento. La società, con oltre una dozzina di dipendenti e collaborazioni con alcune delle più grandi aziende di cemento del mondo, si trova in un incubatore di imprese per start-up ad alta tecnologia presso l'Imperial College. Mentre alcune altre aziende nella struttura sono startup di scienze della vita, con laboratori di microbiologia pieni di macchine per il sequenziamento genico e raccolte di provette, il laboratorio di Novacem è una pianta spaziosa che produce rumori forti, carichi di polvere e secchio dopo secchio di cemento. È la prima cementeria nel centro di Londra dai tempi dei romani.
I lavoratori che indossano elmetti protettivi, occhiali protettivi, maschere e camici bianchi usano una versione miniaturizzata di una cementeria, non diversamente da quella in cui Vlasopoulos lavorava durante le pause estive.
Anche se sta ancora perfezionando le sue procedure, Novacem sta correndo con almeno altre cinque società e centri universitari per produrre un cemento più verde. "Data tutta l'attenzione al carbonio in questi giorni, molti imprenditori sono spuntati", ha detto Jennings del MIT. "Vedono il lato opportunità". Con il cemento un'industria da 170 miliardi di dollari l'anno, si stanno riversando investimenti.
Una società californiana chiamata Calera ha forse l'approccio più insolito: sfrutta l'anidride carbonica emessa da una centrale elettrica e la mescola con acqua di mare o salamoia per creare carbonati che vengono utilizzati per produrre cemento. Possono essere aggiunti al cemento Portland per sostituire parte o tutto il calcare. Calera è sostenuta da un investimento di $ 50 milioni da parte di Vinod Khosla, un ingegnere informatico che è forse l'investitore più rispettato e radicato nelle tecnologie ecologiche della Silicon Valley. "In realtà stiamo producendo il nostro cemento dalla CO2", ha dichiarato il fondatore dell'azienda Brent Constantz. "Stiamo prendendo CO2 che sarebbe andata nell'atmosfera e trasformandola in cemento". La tecnologia è ancora in fase di sviluppo, con un impianto dimostrativo a Moss Landing, in California, e una partnership con un gruppo cinese per costruire un impianto accanto a un miniera di carbone nella Mongolia interna, dove hanno in programma di utilizzare le emissioni di anidride carbonica per produrre cemento.
Calix, un'azienda australiana, produce cemento con vapore surriscaldato, che modifica le particelle di cemento e le rende più pure e chimicamente più reattive. Il processo separa anche l'anidride carbonica, rendendo più semplice la cattura del gas e la sua conservazione dall'atmosfera.
La Louisiana Tech University, come Novacem e Calera, sta eliminando del tutto il calcare; sta usando una pasta chiamata geopolimero, che è fatta di cenere volante, idrossido di sodio e idrossido di potassio.
"La polvere alla fine si depositerà e una di queste idee funzionerà", ha detto Jennings.
All'inizio, uno dei più grandi scettici di Novacem era la più grande società di costruzioni privata in Gran Bretagna, Laing O'Rourke. Il dirigente incaricato di tenere sotto controllo il promettente lavoro universitario, Dheeraj Bhardwaj, ha sentito parlare del prodotto Novacem attraverso le sue connessioni accademiche. Guardò la chimica, pensò che tutto fosse andato a buon fine e qualche anno fa portò l'idea al presidente, che aveva molti dubbi. Non c'era modo che il cemento potesse essere abbastanza forte per uso commerciale, ha detto. Aveva bisogno di calcare. Quando il materiale di Novacem ha raggiunto i 40 megapascal - la minima quantità minima di forza necessaria per la stabilità strutturale - allora potrebbe essere interessato.
Sette giorni dopo, un piccolo pezzo di cemento Novacem collocato in uno strumento simile a una morsa colpì quel segno. Ventotto giorni dopo, colpì 60 megapascals. Bhardwaj ha poi portato i risultati al presidente, il quale ha detto: "Facciamo in modo che funzioni". Laing O'Rourke è ora uno dei principali partner di Novacem. Oggi, dopo molti ritocchi, il cemento si sta avvicinando a 80 megapascals. Il calcestruzzo realizzato con il cemento Novacem è paragonabile in termini di resistenza ad alcuni tipi di calcestruzzo standard.
Gli altri partner di Novacem includono Lafarge, a Parigi, il più grande produttore mondiale di materiali da costruzione, e Rio Tinto, una società mineraria globale con sede a Londra desiderosa di aiutare Novacem a scavare silicati di magnesio.
"L'industria del cemento si sta intensificando in termini finanziari significativi, in modi scientificamente significativi in questo momento", ha detto Jennings, riferendosi a tutti i vari approcci sperimentali. “Il mondo sta cambiando. Tutti, comprese tutte le aziende produttrici di cemento, dovranno essere il più verdi possibile e prendersi cura del mondo un po 'meglio ".
Jennings ha rifiutato di approvare qualsiasi nuovo cemento in particolare. "Se Novacem funziona", ha detto, "è un'idea molto interessante."
Bhardwaj è più impegnativo. Ha detto che recentemente è andato al suo team di ingegneri. "Onestamente, non essere educato", ha detto loro. “Metti da parte qualsiasi domanda sul carbonio. Pensi che sia qualcosa di simile al cemento di Portland? ”La risposta lo sorprese: dissero che era meglio. Perché? Non solo era forte, ma era bianco puro. Il cemento Portland è leggermente grigio. "È possibile aggiungere colori a questo cemento", ha detto Bhardwaj. "Immagina di avere qualsiasi muro di cemento colorato nella tua casa che volevi."
Il cemento è una bella tonalità di bianco, come ha sottolineato Vlasopoulos mentre mostra il prototipo della fabbrica di cemento della sua azienda. Riferendosi ai vicini laboratori di bioscienza, ha detto: "Siamo più rumorosi", aggiungendo: "Stanno curando le persone lì dentro; stiamo curando qualcos'altro. ”Una macchina enorme di fronte a lui, al minimo al momento, ha lunghe tubature che scoppiano e scoppiettano, allarmi che si spengono e miscelatori che agitano e sputano secchi della creazione di Vlasopoulos.
Vlasopoulos era di buon umore, aveva appena proposto alla sua ragazza il giorno prima. (Ha detto di sì.) In un angolo della stanza c'era quello che lui chiamava "il nostro museo". Su un tavolino c'erano dei primi pezzi di cemento Novacem: sembravano blocchi di bambini, solo più polverosi. "Questo non era così buono", ha detto, sollevando uno dall'aspetto fragile che era scheggiato. "Ora sappiamo cosa stiamo facendo." L'impianto può produrre circa cinque tonnellate di cemento all'anno. La società sta inoltre lavorando su un'altra struttura che produrrebbe 200 tonnellate all'anno. Se tutto va bene, l'azienda intende concedere in licenza la sua ricetta ai produttori di cemento di tutto il mondo.
Il principale ostacolo che l'azienda deve ancora superare è la storia. Cementi Portland. Lo ha sempre fatto, da quel pomeriggio del 1824 nella cucina di Joseph Aspdin. "Il cemento esiste da molto tempo", ha detto Bhardwaj. “Le persone si fidano di questo. Possono guardare in giro tutti gli edifici che sono sopravvissuti per centinaia di anni. Quindi per Novacem, la prova della durabilità richiederà tempo. Dovranno andare piano. Se devo costruire un ponte o un edificio usando il cemento Novacem, come posso convincere le persone che va bene? Questa è la sfida. Nessuno vuole che un ponte cada ”.
Alla domanda se avrebbe attraversato un ponte costruito con cemento Novacem, Bhardwaj ha detto: "Non avrei alcun problema con questo". Ma quel ponte non è stato ancora costruito.
Michael Rosenwald ha scritto su nanotecnologia e cacciatori di influenza per Smithsonian . John Ritter vive in Pennsylvania.
