Inspireret af den måde koraller bygger rev, udviklede Constantz en ny måde at fremstille cement på, der fjerner varmefangende kuldioxid fra Jordens atmosfære.
Biomineraliseringsekspert Brent Constantz fra Stanford University blev inspireret til at fremstille en ny type cement til bygninger ved den måde, koraller bygger rev. Processen med at fremstille denne cement fjerner faktisk kuldioxid - en drivhusgas, der antages at forårsage global opvarmning - fra luften. Virksomheden Constantz grundlagt, kaldet Calera, har et demonstrationsanlæg i Californiens Monterrey Bay. Installationen tager CO2-affald fra et lokalt kraftværk og opløser det i havvand til dannelse af carbonat, der blandes med calcium i havvandet og skaber et fast stof. Det er sådan, koraller danner deres skelet, og hvordan Constantz skaber cement. Dette interview er en del af en speciel EarthSky-serie, Biomimicry: Nature of Innovation, produceret i partnerskab med Fast Company og sponsoreret af Dow. Constantz talte med EarthSky's Jorge Salazar.
størrelser = "(maks. bredde: 621 px) 100vw, 621 px" />
Jeg forstår, at din metode til fremstilling af cement, der er model til, hvordan koraller bygger rev, er et eksempel på, hvad der kaldes "biomimicry." Vil du forklare, hvad biomimicry er?
Biomimik er virkelig studiet af evolution. Og det er studiet af biologiske strukturer. Historisk set studerede paleontologer den strukturelle morfologi af fossiler, fordi paleontologer kun havde fossilerne at se på. Når vi studerer biomimik, studerer vi, hvordan evolutionære strukturer tilpasses deres miljø, hvordan de fungerer. Og de er resultatet af evolutionen.
Så for eksempel ser vi på en organisme som koraller, der bygger rev. Koraller bygger koralrev og har udviklet en utrolig evne til at forkalkes. De er de mest produktive mineralisatorer på planeten. De danner store strukturer som Great Barrier Reef. Dermed er de i stand til at fremstille mere mineralsk end nogen anden organisme, vi nogensinde har set. De har tilpasset specialiserede strukturer.
I biomimikering af, hvad koraller gør, prøver vi virkelig at efterligne, i nogle tilfælde, hvordan de kan mineraliseres så hurtigt, så prolifisk, til at fremstille de største biologiske strukturer på planeten, ligesom Great Barrier Reef.
Koralliv. Billedkredit: Toby Hudson
Hvad er den enkleste måde, du kan forklare din proces med at tage CO2 og fremstille konkret ud af?
Der er en naturlig interaktion mellem CO2, som er en gas og vand. De kommer i ligevægt sammen, og CO2 opløses i vand. Jo koldere vandet er, jo mere opløses CO2 i det. Dette danner et andet molekyle, CO3, som vi kalder carbonat. Det er karbonatet i kulsyreholdigt vand. Jo højere koncentration af CO2, jo mere karbonat danner du. Når vi interagerer vand med noget med meget høje koncentrationer af CO2, som røggas fra et kraftværk, får vi meget, meget mere CO2 opløst i vand for at danne carbonat.
Det er hvad Calera gør. På tværs af gaden her ved Moss Landing er der en 110 fod høj absorber - det er bare en lodret bilvask, der sprøjter havvand gennem denne store, lodrette søjle. I bunden af søjlen kommer røggassen fra dette kraftværk. Den kommer op fra bunden af søjlen, og den går op og går over toppen. På vej ud, med havvand sprøjt gennem det, forekommer den samme reaktion. CO2 går til CO3, når det opløses i vandet.
Havvand har calcium. Når calcium ser karbonatet, danner du calciumcarbonat, det faste stof. Det er, hvad kalksten er. Sådan danner koraller deres skaller. Så det er den grundlæggende proces. De faste stoffer, der dannes - det ser ud som mælk, falder til bunden og adskilles. De er tørret ud ved hjælp af spildvarmen fra den varme røggas. Der er en måde at fange varmen fra den varme røggas på - den kaldes en varmeveksler - så der er ingen forbrænding af fossilt brændstof til at tørre den ud. Det producerer et pulver i en spraytørrer, der svarer til en maskine, der fremstiller pulvermælk. Og det er cementen. Cementen kan bruges til at fremstille aggregat, syntetisk sten som syntetisk kalksten, eller den kan holdes tør som cement og bruges i en betonformulering.
Hvad er nyt ved denne proces?
Calciumcarbonatudfældning, hvilket er, hvad jeg lige har beskrevet, er virkelig en af de mest almindelige kemiske processer i dag. Det har eksisteret i over hundrede år. Calciumcarbonat bruges som fyldstof i plast og fødevarer. Det er meget allestedsnærværende. Hvad der er anderledes ved, hvad vi laver for at fremstille beton og cement, er, at når vi taler om faste stoffer, der er krystallinske mineraler, er der forskellige former for disse mineraler. For eksempel har kulstof i diamanter den samme kemiske sammensætning. De er bare kul. Så grafit og diamant er de samme. Men de ser meget forskellige ud. Det er fordi de har forskellige krystallografiske strukturer. Og det er hvad vi laver her, er at vi danner forskellige krystallografiske strukturer - i dette tilfælde af calciumcarbonat - som har meget forskellige egenskaber. Nogle af dem har egenskaber, der gør dem meget gode til cement, så når du tilføjer vand til dem, vil de omkrystallisere fra hinanden til noget som syntetisk kalksten.
Vej gennem gammel skov. Billedkredit: Chris Willis
Hvad i naturen inspirerede dig til at tænke på, hvordan beton fremstilles?
Hvis man ser på menneskets historie, er det vigtigste, vi har efterladt, det byggede miljø. Hvis vi ser på civilisationer for 5.000 år siden, ser vi i dag pyramiderne. Når vi ser på de sidste par århundreder i Europa, ser vi disse massive bygninger, broer, dæmninger og veje.
Når du går hundrede år fremad, kan du se, at når man ser tilbage, har der været denne overgang fra at bruge sten og gamle mørtler, der er afledt fra kalksten til beton. Beton er faktisk det mest brugte byggemateriale i dag. Den vigtigste ting, som vores generation vil efterlade for nye generationer, er enorme mængder beton.
Så beton repræsenterer dette utrolige reservoir til opbevaring af noget. I stedet for at mines kalksten og hvad der kaldes kalsit for at fremstille Portland cement og minedrift kalksten til at gøre aggregatet til at blande med Portland cement for at fremstille beton, giver vores proces dette reservoir til at danne en massiv struktur som Great Barrier Reef, som er den største biologisk struktur på planeten, ikke som en menneskeskabt struktur. Inspirationen var lige så meget som alt lige i det store volumen af materialetransport, vi taler om.
Fra et massesynspunkt er faktisk den mængde beton, der fremstilles i dag, den største massetransport i planetens historie. Hvis du ser på alt det aggregerede, der flyttes, og al den cement, der flyttes til beton, asfalt og vejbase, og vi ser på dannelsen af en struktur som Barrier Reef, repræsenterer det milliarder af tons CO2, der er taget fra atmosfæren gennem havet. Gennem biomineralisering er det blevet inkorporeret i disse mineralstrukturer, der sekvesterer kuldioxid for evigt.
Så i en større forstand fra en storstilet massebalance, der flytter disse enorme mængder CO2, som overgår alle vores bestræbelser i dag for at afbøde CO2 med vind-, sol-, tidevands-, lavemissionsbiler, nye typer transmission og alt , og at sætte CO2 i det byggede miljø og opbevare det der som en rentabel aktivitet, er virkelig det, vi ser i den naturlige verden.
Hvordan kan du se situationen i dag for den måde, tingene skabes i den "bygget miljø"?
Der er lagt en rimelig mængde penge bag en første generations tilgang, der sprang direkte til den industrielle metode, for at bruge traditionelle kemiske teknikker til at opnå slutningen i stedet for at efterligne de processer, der bruges i naturen.
Mit håb ville være at se, at vi omfavner den mere biomimetiske vej til disse processer, som er mere sofistikerede og mere komplicerede og følger, hvad naturen faktisk gør. Jeg tror meget oprigtigt, at gavnlig brug af kulstof, genudnyttelse af dette kulstof på en produktiv, økonomisk bæredygtig måde virkelig er en af de eneste løsninger, vi har.
Fordi energieffektivitet er det sted, hvor vi får mange gevinster. Vi ser stadig denne enorme stigning i kuldioxid i atmosfæren på grund af alle de nye punktkilder til kuldioxid, der udvikler sig over hele verden med nye kulfyrede kraftværker og nye cementfabrikker. Selv hvis vi prøver at skubbe vedvarende energi så hårdt som muligt, vil vi stadig hovedsageligt se vores elektriske kraft komme fra produktion af kul rundt omkring i verden, og CO2-niveauer vil fortsætte med at stige. Vi er absolut nødt til at komme med et program, hvor vi kan fange alt det CO2, og vi kan gøre noget med det.
Vi er nødt til at skabe en model, hvor udviklingslande og udviklede lande kan arbejde på de samme teknologier og rent faktisk tjener et overskud på at trække dette CO2 ud af kulfabriksemissioner og bruge det til produkter, der allerede er i deres økonomi, såsom beton, vejbase, fyldstof til asfalt og andre ting, der kan gøres med disse materialer. Jeg tror ikke, at der er et andet reservoir til rådighed, hvor vi kan lægge så meget kuldioxid. Alligevel har vi dette smukke marked for beton, der bare er perfekt til at introducere denne teknologi i dag og løse betonindustriens kulstofproblem på samme tid og bringe nye, velstående økonomier til de lande, der vælger at følge denne proces.
Hvilken ændring vil du se i hvordan vi skaber det byggede miljø?
Jeg tror, vi virkelig skal tilbage til det grundlæggende, når vi tænker på det byggede miljø. Når vi for eksempel ser på strukturer, der blev konstrueret, før vi havde stål, ved vi, at vi fandt ud af om disse principper forskelligt. Pyramiderne blev ikke kun konstrueret som de var, fordi de kunne lide formen. Det skyldes, at de ikke brugte noget stål. For at bygge strukturer ud af sten uden stål, skal du tænke på hele strukturen anderledes.
En anden måde, vi har brug for til at revurdere det byggede miljø, er for eksempel veje. De fleste beton bruges i dag i veje. Og her i USA bygger vi kun vores veje, når de er bygget af beton, der er højst få meter tykke. Og typiske veje i Europa er flere meter tykke. Og de holder meget længere. Og årsager hertil hænger sammen med hele denne tankegang til vejbygningen. Men forestil dig, hvis denne vej nu er placeret til at binde kuldioxid op. Jo tykkere vejen er, jo længere varer den. Jo mere kuldioxid vi sekvestrerer.
Så i dag, tænker arkitekter, hvordan kan jeg minimere mængden af beton, jeg bruger i mit materiale? Fordi vi er interesseret i at minimere kulstoffoden så meget som muligt. I stedet kan vi se det byggede miljø som et sted at sekvestere kuldioxid.