Полезно знать или Как один человек избавил топливо от свинца
Решил рассказать одну историческую справку, упомянув её вкратце ранее в комментариях. Попросили рассказать в отдельном посте, может некоторым будет интересно её прочитать=)
Я не рассказчик, не умею как-то красиво писать, выписывать крутые обороты. Но эту историю хотел донести. Не воспроизвел по всем фактам, некоторое опустил, иначе очень длинная история бы вышла.
Свинец — это один из самых опасных по воздействию на человека добываемых ископаемых. Экотоксикант № 1 в мире, такое есть у него название. Любой объём этого вещества в организме оказывает пагубное воздействие.
Итак, как известно, с начала 20 века в химическую промышленность пришло использование свинца как добавки к некоторым продуктам, как то краски, косметика, пластик, топливо и во многое другое (традиционная формула хрусталя предполагает содержание 24% оксида свинца).
Свинец и раньше использовался, начиная с древних времен, в изготовлении статуй, монументов, монет, те же знаменитые древнеримские акведуки, а именно трубы, сделаны из него.
Как я уже сказал, в начале славного 20 века с развитием промышленности свинец стал очень популярной добавкой.
Игрушки. Да да, обычные детские игрушки. Солдатики, куклы, машинки. В них часто применялся свинец. При этом, производители уверяли общество, через зарождающийся тогда рынок рекламы, что свинец абсолютно безопасен, в т.ч. для ваших детей. Вот, например, самая известная вещь, упоминаемая при обсуждении данной темы, выпущенная в начале 20-х годов — книга раскрасок A paint book for girls and boys. The lead family. The LEAD family! Свинец, на английском как lead, гордо упоминался в названии!
На каждой её странице, раскрашивая разные предметы, дети знакомились c тем, как свинец помогает свойствам разных предметов. Свинец в стекле домашней лампочки. Свинец помогает оставаться прочным вашей любимой обуви. И всё в таком духе. Умное воздействие, не так ли. В принципе, обычная рекламная компания — упоминаешь плюсы, молчишь о минусах.
В те же года несколько химиков из компании General Motors делают открытие, что тетраэтилсвинец (ТЭС), как добавка, присадка к топливу, оказывает антидетонационный эффект и повышает октановое число. Ну прям золотая жила, одни плюсы.
Позже General Motors, DuPont и Standard Oil создают совместное предприятие под названием Ethyl Gasoline Corporation. Причём, слово Ethyl (этил) было выбрано специально, чтобы не пугать людей словом свинец лишний раз.
Они подсчитали, что смогут продавать этой полезной присадки на 60 млн тонн в год!
Единственный, крохотный для них на верхах, минус состоял в том, что рабочие на заводах, по производству этого продукта испытывали крайне неприятные вещи: сходили с ума, испытывали галлюцинации, даже выпрыгивали из окон. Умирали, в прямом смысле, с ужасными криками.
Для поднятия имиджа свинца, при таких планах завоевания рынка сбыта, уже было недостаточно распространения детских раскрасок. Требовалось слово науки, что это всё действительно безопасно. Такой представитель нашелся — Роберт Кехоу, молодой врач. Был нанят компанией GM для создания правильного имиджа у тетраэтилсвинца. Он с научной точки зрения заставил общество усомниться в опасности свинца. Наверное, это первый случай использования современной науки во благо злого умысла.
Им использовались такие мягкие, огибающие фразы и выражения, как: "свинец ведь присутствует в природе, это естественный материал, нет ничего страшного в его использовании. да, присутствуют профессиональные риски у тех, кто с ним работает, но с этим справится лучше сама промышленность", "нет никаких доказательств, что свинец как-то пагубно воздействует на человека и его здоровье".
И так, шли десятилетия, а свинец, меж тем, в это время накапливался в природе и в людях. И никто не оспаривал точку зрения Кехоу.
Пока не появился герой этого рассказа, Клэр Паттерсон.
Он был геохимиком. Занимался измерением возраста Земли, и был лучшим экспертом по измерению даже ничтожного объёма свинца в природе. Такая вот специфика профессии. Как и все учёные того времени, не подвергал сомнению то, что свинец безопасен, и его повсеместное присутствие является естественным.
Но наш герой был подлинным учёным, перепроверяющим и ставящим под сомнение устоявшиеся факты.
Получив грант Американского института нефти, он в морских экспедициях тщательно измерял уровень содержания свинца на морском глубоководье и мелководье.
Что его поражало, что на глубоководье уровень содержания свинца был ничтожно мал, а вот на мелководье превышал его в сотни раз! Имея знания о факторах смешения вод в океане, он предположил, что свинец на поверхностных водах появился недавно.
И, конечно же, он задался вопросом, что же могло явиться основным источником загрязнения океана?
Выяснив, он пришёл к пониманию, что загрязнителем является этилированный бензин. Круг замкнулся: он, на деньги американского института НЕФТИ, выяснил, что они же и являются главным загрязнителем океана. Лучше исход не придумаешь.
Он решает опубликовать свой научный труд в журнале Nature.
Что и следовало ожидать, через 3 дня к нему заявляются в гости его спонсоры из института нефти, и мягко предлагают ему перейти в другие научные изыскания, обещая ещё больше денег на новые исследования.
Безуспешно пытаясь объяснить им, как на самом деле вреден тетраэтилсвинец в топливе, они покидают его. Я думаю тут понятно, что уйдя, они прикрывают полностью, уже невыгодное им, его финансирование. Ведь мы же нефтяники, будет ещё тут говорить и учить что продавать а что нет какой-то очкастый геохимик!
Но, случилось нечто удивительное! на защиту от них на его сторону встали: Правительство США, Минздрав, Флот, Комиссия по атомной энергии, Национальный научный фонд. Не хватило только Тони Старка и Капитана Америки.
Таким образом, они поддерживают его дальнейшие исследования по загрязнению планеты свинцом.
Клэр в своих исследованиях, доходит от Антарктики до Арктики. Работая в минусовых температурах, буря лёд, они носили специальные костюмы, соблюдая необходимую стерильность как в лаборатории для чистоты исследований. Его команда смогла пробуриться на глубину 60м в антарктике, достав до снега, который шёл на Земле около 300-х лет назад. Природная капсула времени.
Как он и предполагал, содержание свинца составляло в том льду гораздо меньше того, что находилось в данный момент в поверхностных водах океана, что опровергало слова Роберта Кехоу о естественности нахождения свинца в природе в таких количествах.
Разослав итоги своих исследований в крупные журналы, мировым лидерам он стал ждать. Трудно было сломить мнение в обществе, что свинец из выхлопов автомобиля так опасен.
И вот, ему повезло — к его статье прислушался один сенатор в США. Он инициировал расследование с последующими слушаниями. Первым тогда пригласили, конечно же, Роберта Кехоу. Он отрицал, что с 1937 по 1960е года у населения в геометрической прогрессии каким-либо образом вырос уровень вдыхаемого свинца.. Ожидаемо.
Война шла долго, муторно, перепроверялись факты, многократные слушания.
В ходе слушаний Паттерсон всё-таки смог убедить всех, что использование тетраэтилсвинца, как присадки к топливу, является крайне опасным для человечества. Эта маслянистая жидкость, уже при 0°, переходит в парообразное состояние и легко попадает при вдыхании в легкие человека. Легко проникает в организм даже через неповрежденную кожу. Как и сам свинец, является по своей сути, ядом, нейротоксином, воздействуя на нервную систему и мозг.
ТЭС был запрещен в США только в 1972, и, начиная с 1976 запрет вступил в силу.
В мире это произошло гораздо позже. Страны ЕС начинали вводить запрет в 90-х годах, общий повсеместный запрет в ЕС только в 2000-х. Россия ввела запрет на производство такого бензина только с конца 2002 года.
Вот так битва и упорство одного человека смогло спасти большое количество жизней. поколений людей. Жаль его историю не преподают в школах. Хотя бы на пикабу, можно так непрофессионально о нём поведать)
Первый человек, измеривший возраст Земли, с помощью уран-свинцового метода и свинец-свинцового метода. И одновременно человек, которому удалось добиться запрета использования этого же самого свинца в таком повсеместном и часто используемом продукте как топливо.
Эра этилированного бензина
Одна из главных причин сверхмерного загрязнения выхлопными газами наших мегаполисов — это крайне низкое качество автомобильного топлива. Несмотря на то, что самый страшный этилированный, содержащий тетраэтилсвинец бензин уже 10 лет (с 2003 года) находится на Украине под запретом, очистить атмосферу от последствий его использования до сих пор не удаётся.
Если до 1942 года советским бензином больные ангиной полоскали горло, то в последующие 60 с лишним лет применения тетраэтилсвинца о таком антисептике и подумать было страшно.
Это ядовитое органическое соединение свинца, использовавшееся для повышения октанового числа, в 8 раз токсичнее обычного металлургического свинца.
Эра этилированных бензинов началась в 1924 году в Америке с предприятия, без свинца в названии — «Этил корпорейшн».
В СССР тетраэтилсвинец не применялся до 1942 года по двум причинам:
• Высокое (в сравнении с Лос-анджелесской и техасской нефтью) качество сырья, добываемое в Грозном и в Баку;
• У отечественных автомобилей степень сжатия в карбюраторных двигателях была ниже, чем у тех же американских.
Но в 1942 году в СССР поступили первые партии американских грузовиков Studebekker и истребители из стран Атланты, которые привыкли работать на этилированном бензине. Поэтому сначала закупали, а потом и наладили производство тетраэтилсвинцовой жидкости.
Для производителей бензиновых двигателей одной из самых злободневных проблем является самопроизвольное возгорание бензина. Если при сгорании стандартная скорость фронта пламени должна быть не выше 30 м/с, то когда возникает самопроизвольное воспламенение, она достигает 2500 м/с. Тем самым она высвобождает очень много свободной энергии.
Вот почему тепловой баланс внутри двигателя нарушается. В результате – необратимые последствия. Агрегат выходит из строя очень быстро.
В 1921 году два инженера из компании Дженерал моторс, Бойд и Миджлей, хотели помочь своему другу, предпринимателю, построившему небольшую электростанцию. Предполагалось, что движок будет работать на керосине, но он работал со сбоями, сильно детонировал, и в любой момент мог выйти из строя, потому что в керосине было низкое октановое число. Способность тетраэтилсвинца повышать октановое число керосина, была обнаружена в результате целенаправленного поиска вещества, способного снижать детонацию двигателя. После множества экспериментов был сделан вывод о том, что тетраэтилсвинец является таким синтетическим веществом, которое может поднимать сопротивляемость к самопроизвольному возгоранию даже самого низкопробного и дешевого бензина.
Испытания, проводимые с бензином на автомобильных двигателях, тоже показали положительный результат. Руководители Дженерал Моторс зарегистрировали патент на открытие и, объединившись с двумя другими корпорациями — «DuPont» и «StandardOil» создали предприятие, выпускающее антидетонирующую присадку на основе тетраэтилсвинца.
Получив искомое, руководители Этиловой корпорации на этом успокоились. Они тщательно скрывали факты отравлений на своих фабриках, отрицали ядовитость тетраэтилсвинца. Сам Томас Миджлей получил отравление этим веществом, и долго лечился, но он так и не признался в том, что его детище наносит вред окружающей среде и людям.
Даже в названии предприятия, занимавшегося производством тетраэтилсвинца в Америке, о ядовитом металле предпочли умолчать, чтобы не пугать людей. Компания называлась EthylCorporation(этиловая корпорация).
ТЭС — сокращенное название тетраэтилсвинца. Вредное влияние на организм человека это соединение продемонстрировало на заводах «Этил корпорейшн» в первые же дни своего появления. ТЭС — летучее соединение, и его пары попадают в организм с вдыхаемым воздухом. Соединение этила со свинцом воздействует, прежде всего, на нервную систему, на головной мозг. При постоянном контакте с этим веществом, оно накапливается в головном мозге, почках и печени.
Сейчас использование этилированного бензина запрещено во всех странах Европы и во многих штатах США. Ученые разработали синтетический аналог этилированного бензина — биобензин. Он отличается от этилированного бензина тем, что в него добавляется этиловый спирт. Такой бензин очень популярен, например, в Германии и Финляндии.
С какой целью в бензин раньше добавляли свинец
Как уже было отмечено, почти век назад у автомобильного бензина были существенные проблемы с эксплуатационными качествами. Горючее имело низкое октановое число, а значит негативно сказывалось на работе двигателя, его эксплуатации, а также на КПД.
Решил данную проблему один из инженеров компании General Motors, добавив в бензин в качестве присадки – свинец.
Выпускник Корнеллского университета, Миджли начал свою карьеру в 1916 году в компании General Motors под началом знаменитого Чарльза Кеттеринга. Проблема, которой в начале 1920-х занимался Кеттеринг, была связана с детонацией — преждевременным (до поджигания искрой) самовоспламенением бензо-воздушной смеси в цилиндрах ДВС. Это вредное явление, которое проявляется как «стук» или «звон» в двигателе, приводит к неэффективной работе, повышенному износу и быстрому выходу двигателя из строя. Миджли выяснил причину: к детонации приводил быстрый рост давления смеси — и предложил… добавить в бензин красный краситель, чтобы повысить поглощение тепла и улучшить испарение топлива.
Это решение выглядело нелепым, но Томасу повезло: субботним вечером магазины уже были закрыты, и единственным растворимым в бензине красителем, который он смог раздобыть, был йод, добавка которого полностью прекратила детонацию. Вскоре выяснилось, что цвет тут ни при чем, а настоящей причиной стали молекулярные свойства топлива. Вооружившись таблицей Менделеева, Миджли начал эксперименты и обнаружил закономерность: антидетонационный эффект усиливался по группам сверху вниз, а по периодам — справа налево. Многие из возможных кандидатов были отсеяны, и в итоге в 1921 году он остановился на тетраэтилсвинце (ТЭС).
Томас Миджли решил две важные задачи своего времени, и не его вина, что позже его детища были признаны главными загрязнителями воздуха на планете.
Токсичность соединений свинца была известна, но Миджли и Кеттеринг посчитали, что эффекты будут незначительны из-за низкого содержания присадки в бензине, и вскоре для производства ТЭС было создано совместное предприятие GM, DuPont и Standard Oil — Ethyl Gasoline Corporation. Однако с 1923 по 1925 год на производстве погибли два десятка рабочих и многие стали инвалидами.
Сам Миджли, работавший в лаборатории с ТЭС и даже демонстрировавший на пресс-конференции безопасность присадки, вдыхая ее пары, заработал отравление свинцом, от которого потом долго лечился. Тем не менее производство ТЭС удалось наладить, хотя из маркетинговых соображений присадку называли просто Ethyl, без упоминания свинца. А чтобы не пугать потребителей, его назвали «тетраэтилсвинец» (далее ТЭС).
И это действительно сработало! Октановое число горючего буквально взлетело настолько, что теперь его можно было использовать даже в деликатных авиационных двигателях того времени. Данная тонкость, кстати, скажет не последнее слово во время Второй мировой войны. Однако у этой, как и у любой другой медали, было две стороны.
Как несложно догадаться – свинец ядовит для человека. А потому и бензин такой стал откровенно опасным. Надышавшись даже незначительным объёмом паров горючего, можно было серьезно подорвать свое здоровье. Вещество оказалось таким едким, что проникало в организм, даже через кожу. В первую очередь от подобного страдали работяги-производители. Доставалось, само собой, и автомобилистам. В начале 1970-х стартовала кампания против использования ТЭС в бензине.
Однако, поделать с этим долгое время ничего было невозможно. Автомобили нуждались в «нормальном» горючем с высоким октановым числом. Запретили бензин с ТЭС получилось только в 1976 году. Первыми это сделали его же создатели – американцы, которые смогли «по достоинству» оценить все негативные качества свинца. В Европейском Союзе бензин со свинцом был запрещен в 2000 году, а еще чуть позже – в 2002, его запретили и в России.
Сегодня в странах Старого и Нового Света горючее с ТЭС используется только в авиации и спортивных гонках.