Хемискиот кошмар на Индустриската револуција

XIX век во Велика Британија остана запаметен како ера на невидена индустриска експанзија, урбанизација и технолошки триумф. Британската Империја се самопрогласи за „работилница на светот“, а нејзиниот економски мотор беше движен од хемиската индустрија. Сепак, овој колосален напредок ја плати својата цена во натура. Додека градовите се ширеа, а фабричките оџаци блуеја црн чад, средиштите на хемиската производна моќ - пред сè грофовиите Ланкашир и Чешир, како и областа околу Мерсисајд - брзо се претворија во еколошки пустоши.

Во срцето на оваа индустриска револуција стоеше производството на алкалии (сода, односно натриум карбонат), клучна суровина без која не можеа да опстанат тогашните гиганти: текстилната индустрија, производството на стакло, сапуни и хартија. Но, хемискиот процес користен за добивање на оваа суровина - познат како Лебланов процес - со себе носеше застрашувачки несакан производ: огромни количини на гасовита хлороводородна киселина (HCl), во тогашната терминологија позната како муријатен гас.

Неконтролираното испуштање на овој гас во атмосферата доведе до една од првите регионални еколошки катастрофи од индустриски размери. Судирот помеѓу сопствениците на капиталот, оштетените земјоделци и засегнатото население го принуди британскиот Парламент да интервенира. Резултатот беше донесувањето на Законот за алкални погони од 1863 година (Alkali Works Act 1863), кој стапи на сила на 1 јануари 1864 година. Овој закон не беше само локална законска одредба, туку историска пресвртница што ги постави темелите на модерното еколошко право, системската контрола на индустриското загадување и циркуларната економија.

За да се разбере обемот на кризата што го иницираше донесувањето на Законот, неопходно е да се анализира хемискиот механизам на Леблановиот процес, патент развиен од францускиот хемичар Никола Леблан во 1791 година.

Процесот се одвиваше во две основни фази. Првата фаза - која беше директен виновник за еколошкиот колапс - вклучуваше реакција помеѓу обичната кујнска сол (NaCl) и концентрираната сулфурна киселина (H₂SO₄) на висока температура:

2NaCl + H₂SO₄   →   Na₂SO₄ + 2HCl(g)

Добиениот натриум сулфат (Na₂SO₄, познат како „солен колач“) беше посакуваниот меѓупроизвод што во следната фаза се печеше со варовник (CaCO₃) и јаглен за да се добие натриум карбонат (Na₂CO₃). За фабрикантите, гасовитиот хлороводород (HCl) беше потполно безвреден, токсичен и отпаден нуспроизвод.

Во 1840-тите години, само од фабриките во областа Мерсисајд годишно во атмосферата се испуштаа над 60.000 тони гас HCl. Индустријалците веруваа дека го решиле проблемот со тоа што градеа гигантски оџаци, високи и над 100 метри. Нивната логика беше поедноставена: мислеа дека ако го испуштат гасот доволно високо, ветарот ќе го разреди и ќе го распрсне над пошироко подрачје без последици.

Меѓутоа, тие ја занемарија влажната и дождлива клима на Британските Острови. Гасот HCl поседува исклучително висока растворливост и афинитет кон водата. Штом ќе излезеше од оџаците, тој веднаш реагираше со атмосферската влага, формирајќи капки течна хлороводородна киселина. Ова резултираше со интензивни кисели дождови:

• Деструкција на вегетацијата: Киселината директно ги согоруваше листовите на дрвјата, ги уништуваше посевите на земјоделците и ги претвораше некогаш плодните полиња во Ланкашир во неплодна земја.
• Корозија на инфраструктурата: Металните конструкции, кованичките жици, покривите и камените фасади на зградите беа подложени на брзо разјадување и сукцесивно распаѓање.
• Здравствени последици: Населението во близина на алкалните погони страдаше од хронични респираторни заболувања, иритација на очите и оштетувања на белите дробови.

Притисокот од лордовите-земјопоседници, чии имоти губеа вредност, како и од гневните земјоделски здруженија, стана толку силен што британскиот Парламент формираше посебна комисија под водство на Лорд Дерби. Се заклучи дека доброволното намалување на загадувањето од страна на фабрикантите е илузија и дека е неопходна државна принуда.

Така, во 1863 година беше изгласан Alkali Works Act, со клучна одредба: сите фабрики за алкалии мораа да обезбедат минимална апсорпција (кондензација) од 95% од целиот генериран гас HCl, дозволувајќи максимално 5% од гасот да побегне низ оџаците.

Фабрикантите првично протестираа, тврдејќи дека барањето за 95% е технички неостварливо и дека ќе ја уништи британската хемиска индустрија. Но, спасот дојде од индустрискиот хемичар Вилијам Госаж (William Gossage), кој уште во 1836 година имаше патентирано технологија која дури по донесувањето на Законот ја доживеа својата пленарна примена.

Госаж ги конструираше т.н. апсорпциони кули:

• Принцип на работа: Високи правоаголни или цилиндрични кули беа исполнети со порозен материјал (најчесто кокс или скршени цигли).
• Противструен циклус: Од врвот на кулата постојано се прскаше ладна вода, додека од дното се воведуваше топлиот гас HCl.
• Хемиска рамнотежа: Додека гасот се искачуваше низ шуплините меѓу коксот, тој доаѓаше во директен контакт со тенок филм од вода. Поради тоа што еден литар вода може да раствори над 400 литри гас HCl, гасот речиси целосно се апсорбираше, а од дното на кулата истекуваше концентрирана течна хлороводородна киселина.

Со ова инженерско решение, фабриките без проблем ја надминаа границата од 95% апсорпција, често достигнувајќи дури и 98-99%.

Законот немаше да биде ништо повеќе од мртво слово на хартија доколку не содржеше ефективен механизам за контрола. За таа цел, со Законот беше формирана Првата еколошка инспекција во светот (The Alkali Inspectorate).

За прв Главен инспектор беше именуван Роберт Ангус Смит (Robert Angus Smith), шкотски хемичар кој веќе беше познат по своите пионерски истражувања на хемискиот состав на воздухот и кој прв го употреби терминот „кисел дожд“ уште во 1852 година.

Смит постави филозофија на регулација која и денес служи како модел за еколошките тела ширум светот:

1. Научна методологија наместо репресија: Смит не настапуваше како обичен полициски службеник кој дели казни, туку како консултант-хемичар. Тој и неговите под-инспектори патуваа од фабрика до фабрика носители на преносни хемиски апарати за квантитативна анализа на гасовите од оџаците.
2. Концептот за „Најдобри достапни техники“: Смит сфати дека еколошките стандарди мора да бидат диктирани од техничката изведливост. Ако некоја фабрика не ја достигнуваше пропишаната норма од 95%, инспекторите не ја затвораа веднаш, туку ги анализираа кулите и ги советуваа сопствениците како да ја оптимизираат рециркулацијата на водата и протокот на гасовите.
3. Јавна транспарентност: Смит воведе годишни извештаи во кои беа јавно објавувани измерените податоци за секоја фабрика поединечно. Со ова се создаде срам кај сопствениците на фабриките што загадуваат, но и здрава конкуренција кој ќе има поефикасни системи за чистење.

Иако Законот од 1863 година го реши проблемот со загадувањето на воздухот, тој на почетокот создаде нов, спореден еколошки проблем. Фабрикантите, сега сопственици на милиони литри течна хлороводородна киселина за која немаа пазар, почнаа тајно да ја истураат киселината во локалните реки и канали. Ова резултираше со масовно труење на водениот екосистем и изумирање на рибите.

Сепак, капитализмот и притисокот од Законот ја принудија хемиската наука да најде решение каде што отпадот ќе се претвори во суровина.

Во средината на XIX век, текстилната индустрија имаше огромна потреба од средства за белење на ткаенините. Хлорот (Cl₂) беше совршено средство за белење, но неговото добивање беше скапо. Хемичарите брзо сфатија дека во рацете имаат неограничени количини на HCl.

Со развојот на Велдоновиот процес (Weldon process) и Диконовиот процес (Deacon process), хемичарите успеаја да ја оксидираат отпадната хлороводородна киселина и да ја претворат во чист елементарен хлор:

4HCl  +  O₂      →    2Cl₂  +  2H₂O

Henry Deacon

Со реакција на добиениот хлор со гасена вар (Ca(OH)₂), се добиваше прашок за белење — калциум хипохлорит (Ca(ClO)₂).

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

2 MnCl₂ + 3 Ca(OH)₂ + O₂ → CaO·2MnO₂ + 3 H₂O + 2 CaCl₂

CaO·2MnO₂ + 10 HCl → CaCl₂ + 2 MnCl₂ + 2 Cl₂ + 5 H₂O

Walter Weldon

Одеднаш, она што во 1850 година беше токсичен гас што ги уништуваше шумите и од кој фабрикантите очајно се обидуваа да се ослободат, во 1870-тите стана попрофитабилен производ дури и од самата сода за чие производство фабриките беа првично изградени.

Законот за алкални погони од 1863 година останува еден од најсветлите примери во историјата на индустриската цивилизација. Тој ја поби долгоодржуваната догма на тогашниот див капитализам дека „заштитата на животната средина го убива бизнисот“.

Напротив, искуството со овој закон докажа неколку генерални вистини кои важат и денес:

• Законодавната рамка е катализатор за иновации: Без законски пропишаната норма од 95%, индустријалците никогаш немаше да инвестираат во Кулите на Госаџ ниту во процесите за преработка на HCl.
• Затворање на хемиските циклуси: Индустријата е одржлива само тогаш кога несаканите нуспроизводи се третираат како суровини за нови процеси, а не како отпад за фрлање во екосистемот.
• Зародиш на регулаторните тела: Методскиот пристап на Роберт Ангус Смит го воспостави моделот за современите агенции за заштита на животната средина (како EPA во САД или европските директиви за индустриски емисии).

Законот од 1863 година не беше само локална победа над киселиот дожд во Ланкашир; тој беше историскиот момент кога човештвото за првпат сфати дека индустрискиот развој и заштитата на планетата мора и можат да одат рака под рака.