Η χημεία μιας έκρηξης αλά Βηρυτό – Μπορεί να συμβεί και στην αυλή μας;

Την ώρα που οι εικασίες για τους υπαίτιους της τραγωδίας στη Βηρυτό συνεχίζονται, το ΒΗΜΑ εξετάζει την επιστημονική διάσταση της έκρηξης. Υπάρχουν άραγε πιθανότητες να γίνει κάτι ανάλογο και στην αυλή μας;

Το λιμάνι της Βηρυτού ισοπεδωμένο μετά την έκρηξη της 4ης Αυγούστου

Οι Beirut είναι ένα αμερικανικό συγκρότημα που παίζει ίντι-φολκ μουσική και ο ιδρυτής του το 2006, ο Ζαχ Κόντον, αν και κατάγεται από το Νιου Μέξικο, είχε την ιδέα να διαλέξει για το όνομά τους αυτό της πρωτεύουσας του Λιβάνου. Αν και ζούσε τόσο μακριά από τις ακτές της Ανατολικής Μεσογείου, τον είχε συναρπάσει ένας τόπος με τόσες διαφορετικές κουλτούρες και η καταγραφή μιας ατέλειωτης σειράς συγκρούσεων στην περιοχή. Μόλις το 2015 οι Beirut κατάφεραν να παίξουν στη Βηρυτό, αλλά όπως φαίνεται θα πρέπει να επισκεφθούν ξανά την πόλη αυτήν τώρα που είναι τόσο βαριά τραυματισμένη από την έκρηξη της 4ης Αυγούστου και χρειάζεται πολλή βοήθεια για να βρει έναν κάποιον ρυθμό ζωής.

Πρόκειται για μια πόλη-σταυροδρόμι θρησκειών και κατασκόπων κάποτε, σήμερα απλά χέρσο οικόπεδο πολιτικών συμφερόντων και οργανώσεων όπως η Χεζμπολάχ. Ενας τόπος πολυτραυματίας, που με ό,τι του συνέβη θα τον αποκαλούσαμε και αυτο-τραυματισμένο. Αν τουλάχιστον πιστέψουμε πως υπήρχε ένα φορτίο «λιπασμάτων», με προορισμό κάποτε τα ορυχεία της Μοζαμβίκης, με βάρος 2.750 τόνων, απλά ξεχασμένο (;) στο Υπόστεγο 12 του λιμανιού από το 2013. Με την έκρηξή του να προκαλεί τον θάνατο 177 ατόμων, τον τραυματισμό 6.500 περίπου ενώ 300.000 άνθρωποι είναι τώρα άστεγοι εξαιτίας της έκρηξης, σύμφωνα με στοιχεία της λιβανέζικης εφημερίδας «L’ Orient-Le Jour», στις αρχές αυτής της εβδομάδας.

Το αίνιγμα της έκρηξης

Τις προηγούμενες εβδομάδες η έκρηξη στη Βηρυτό έγινε κάτι σαν άσκηση στο τέλος ενός κεφαλαίου σε βιβλία της Φυσικής και της Χημείας. Από φωτογραφίες, βίντεο με ήχο και χάρτες της πόλης, καθηγητές σε διάφορα μέρη του πλανήτη, τόσο μακρινά από την πρωτεύουσα του Λιβάνου όσο για παράδειγμα η Μεγάλη Βρετανία και ο Καναδάς, προσπαθούν να εξηγήσουν όχι μόνον την αιτία αλλά και το μέγεθος αυτού που συνέβη.

Και σχετικά με το μέγεθος, καθηγητές από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ – από όσο μπόρεσαν να υπολογίσουν, χωρίς να είναι στον τόπο της καταστροφής – η ισχύς της έκρηξης πρέπει να ήταν ισοδύναμη με την έκρηξη 1.000 έως και 1.500 τόνων τρινιτροτολουόλης (ΤΝΤ), άρα κοντά στο ένα δέκατο της βόμβας που ρίχθηκε στη Χιροσίμα, χωρίς βέβαια να υπάρχει η παραμικρή σχέση με τον τρόπο δράσης των δύο.

Σχετικά με το χρώμα των καπνών που εμφανίζονται στις φωτογραφίες, έχουν διατυπωθεί κάποιες θεωρίες, χωρίς τίποτα να είναι βέβαιο. Στην αρχή, πριν από τη δεύτερη και καταστροφική έκρηξη, εμφανίστηκε ένας λευκός καπνός και μετά ένας μαύρος που προκάλεσαν την προσοχή των κατοίκων της πόλης. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να στραφούν πολλά κινητά προς τα εκεί, που σημαίνει πολλούς ανθρώπους πίσω από τα τζάμια να θέλουν να απαθανατίσουν το θέαμα.

Ανδρας στη Βηρυτό κοιτάζει τις επιπτώσεις της έκρηξης μέσα από κατεστραμμένο κτίριο

Πλήρωσαν ακριβά τις φωτογραφίες

Αυτό όμως απέβη και καταστροφικό για μερικούς, αν όχι όλους. Διότι η μετά από μερικά δευτερόλεπτα τεράστιας ισχύος έκρηξη έσπασε τα τζάμια σε ακτίνα πολλών χιλιομέτρων και τα νοσοκομεία, μεταξύ άλλων, είχαν να περιθάλψουν και ανθρώπους με θραύσματα γυαλιών μπηγμένα βαθιά στο πρόσωπό τους. Γενικά όταν διαισθανόμαστε κάτι επικίνδυνο να είναι στον αέρα, σεισμός ή φωτιά, σε κτίριο ή μπροστά σε φορτηγό που έχει φύγει από τον δρόμο, καλύτερα είναι να ψάχνουμε τρόπο πώς να προφυλαχτούμε, και όχι πώς να βγάλουμε καλές φωτογραφίες.

Δόκτωρ Τζέκιλ και κύριος Χάιντ

Ας πάμε λοιπόν στην καρδιά του προβλήματος. Και αυτή είναι το νιτρικό αμμώνιο, μια ουσία με χημικό τύπο: NH4NO3. Είναι γνωστό ότι χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό της γονιμότητας του εδάφους χάρη στο άζωτο που περιέχει. Αποτελεί όμως και συστατικό μειγμάτων που χρησιμοποιούνται για εκρήξεις πάσης φύσεως. Από τον θρυμματισμό βράχων για την κατασκευή δρόμων έως και από οργανώσεις όπως είναι η Χεζμπολάχ.

Το πιο γνωστό και χρησιμοποιούμενο μείγμα είναι αυτό του νιτρικού αμμωνίου που με το πετρέλαιο των μηχανών εσωτερικής καύσης (ντίζελ) δίνει το περιβόητο ANFO (Ammonium Nitrate/Fuel Oil). Ενα μείγμα διάσημο και στην Ελλάδα από τις εκτεταμένες ζημιές που προκλήθηκαν σε κτίρια στις 10 Απριλίου του 2014, από την έκρηξη ενός παγιδευμένου αυτοκινήτου στην Οδό Αμερικής στο κέντρο της Αθήνας, αφού αυτό είχε φορτωθεί με περίπου 75 κιλά ANFO.

Το συνηθισμένο νιτρικό αμμώνιο (NH4NO3), που χρησιμοποιείται ως λίπασμα (Fertilizer Grade Ammonium Nitrate – FGAN), λόγω της χαμηλής απορροφητικότητάς του, δεν είναι και το πιο κατάλληλο για παρασκευή του ANFO, επειδή δεν συγκρατεί ικανοποιητικά στην επιφάνεια των κόκκων του το πετρέλαιο. Για την παραγωγή του ANFO ενδείκνυται η χρήση ειδικού τύπου νιτρικού αμμωνίου με πορώδη υφή, υψηλής απορροφητικότητας, ώστε να συγκρατεί το πετρέλαιο στην επιφάνεια κάθε κόκκου. Με τον τρόπο αυτόν επιτυγχάνεται ομοιογενές μείγμα και συνθήκες έκρηξης, που πλησιάζουν τις ιδανικές. Η ποιότητα αυτή συνιστά το λεγόμενο σφαιρόμορφο πορώδες νιτρικό αμμώνιο (porous prilled ammonium nitrate ή αλλιώς blasting grade prill), του οποίου η παρασκευή γίνεται με ειδική διαδικασία.

Εκρηκτική απομίμηση

Μια φωτογραφία που υπάρχει σε αρκετά σημεία του Διαδικτύου δείχνει από μια ανοιχτή πόρτα στο Υπόστεγο 12 να είναι στοιβαγμένοι σάκοι με την ένδειξη «Nitroprill HD». Αυτό για όποιον ασχολείται με το θέμα είναι μια ένδειξη πως το περιεχόμενο των σάκων ήταν προϊόν-απομίμηση ενός γνωστού εμπορικού προϊόντος που διακινείται νόμιμα με την ονομασία Nitropril, και πρόκειται για υλικό χρήσιμο στα ανθρακωρυχεία και στα λατομεία, όπου αυτά λειτουργούν νόμιμα και με επίβλεψη. Παραπέμπει πάντως στο porous prilled ammonium nitrate, που παρασκευάζεται με ειδικό τρόπο για να χρησιμοποιηθεί ως εκρηκτικό.

Συγκεκριμένα, το νιτρικό οξύ εξουδετερώνεται με αμμωνία και το παραγόμενο προϊόν συμπυκνώνεται. Το προϊόν της συμπύκνωσης, έχοντας πολύ υψηλή περιεκτικότητα νιτρικού αμμωνίου, ψεκάζεται από την κορυφή υψηλού πύργου σε αντιρροή με ρεύμα αέρα για τον σχηματισμό πορώδους νιτρικού αμμωνίου. Το προϊόν στη συνέχεια ξηραίνεται και ψύχεται προς απόκτηση ικανοποιητικής αντοχής. Τέλος, επικαλύπτεται σε αναλογία 0,5%-1% με λεπτομερές αδρανές υλικό για να μη γίνεται μια συμπαγής μάζα κατά την παραμονή του στους σάκους του και να εξασφαλισθεί έτσι ικανοποιητική ροή. Διότι και αυτό έπαιξε τον ρόλο του στην έκταση της καταστροφής στο λιμάνι της Βηρυτού.

Το νιτρικό αμμώνιο εγκυμονεί κινδύνους και κατά τη μεταφορά του με φορτηγά

Δεν ήταν φτιαγμένο για λίπασμα

Τα παραπάνω αναφέρθηκαν με τόση λεπτομέρεια για να γίνουν κατανοητά τα εξής:

  • Το φορτίο του νιτρικού αμμωνίου στο λιμάνι της Βηρυτού πιο πολύ θα μπορούσε να χρησιμεύσει για πολεμική δραστηριότητα αφού, έστω και «μαϊμού», δεν ήταν φτιαγμένο για να γίνει λίπασμα στους αγρούς.
  • Οι σάκοι που ένας έμπορος λιπασμάτων έχει στην αποθήκη του εφόσον πρόκειται για τον τύπο Fertilizer Grade Ammonium Nitrate – FGAN, δεν είναι δυνάμει πολεμικό υλικό. Ασχετα αν θα μπορούσε κάποιος κάτι να κάνει προς αυτή την κατεύθυνση εφόσον θα το προσπαθούσε αρκετά, διότι το προς γεωργική χρήση υλικό εμποτίζεται με διάφορες ουσίες έτσι ώστε να μην είναι τόσο εύκολο να αρπάξει φωτιά.
  • Αυτό όμως δεν σημαίνει πως πρόκειται για ένα εντελώς ακίνδυνο εμπόρευμα που μπορεί να φυλάγεται από τον καθένα μαζί με οτιδήποτε άλλο. Και θα δούμε ποιες είναι οι κατάλληλες συνθήκες φύλαξης.

Οι χημικές αντιδράσεις πίσω από την ασύλληπτη καταστροφή

Για να δημιουργηθεί μια εκρηκτική ύλη θα πρέπει να δημιουργηθεί μείγμα από ένα καύσιμο υλικό και από μια οξειδωτική ουσία. Οπως το ANFO, που αποτελείται από νιτρικό αμμώνιο και πετρέλαιο.

Τα συνήθη καύσιμα στις εμπορικές εκρηκτικές ύλες είναι το πετρέλαιο, ο άνθρακας, το αργίλιο, το θειάφι. Ορισμένα από τα καύσιμα παίζουν και ρόλο ευαισθητοποιητή, δηλαδή ουσιών που επαυξάνουν την ευκολία μια εκρηκτική ύλη να λειτουργήσει όπως αναμένεται. Και το αναμενόμενο είναι να δημιουργηθούν αέρια προϊόντα, όπως είναι οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και το άζωτο, σε μεγάλες ποσότητες και απότομα. Μπορεί όμως να έχουμε έκρηξη και σε ένα υλικό εξαιτίας των δύο τμημάτων της χημικής ουσίας που το συγκροτεί. Και αυτό φαίνεται πως συνέβη στην αποθήκη στη Βηρυτό.

Το νιτρικό αμμώνιο εξαιτίας κάποιας απότομης ύψωσης της θερμοκρασίας (έχει προταθεί ως αφορμή η αλυσίδα: οξυγονοκόλληση σε κοντινή αποθήκη – ανάφλεξη βεγγαλικών σε μια γειτονική – αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή – υπερθέρμανση ενός τμήματος του αποθηκευμένου νιτρικού αμμωνίου – έκρηξη τελικά) μπόρεσε να δράσει σχεδόν μόνο του. Και αυτό το στηρίζει και το γεγονός ότι στην αρχή εμφανίστηκαν καπνοί χωρίς έκρηξη και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα έγινε η μεγάλη έκρηξη.

Τα αέρια προϊόντα της έκρηξης 

Θεωρητικά, σε συνθήκες πλήρους ισορροπίας οξυγόνου, τα αέρια προϊόντα της έκρηξης με νιτρικό αμμώνιο είναι Η2Ο και Ν2 (αζώτου), ενώ στην πράξη σχηματίζονται και μικρές ποσότητες οξειδίων του αζώτου, μονοξειδίου του άνθρακα, αζιδίων και μεθανίου (ΝΟΧ, CO, ΝΗ2, CH4) μαζί με διάφορα άλλα αέρια. Για όποιον ενδιαφέρεται περισσότερο, η διάσπαση, μαζί με τον χημικό συμβολισμό της, είναι σε γενικές γραμμές η εξής: 2ΝΗ4ΝΟ3→Ν2 + 4Η2O + Ο2 -1587 kJ/kg

Εδώ λοιπόν βλέπουμε ότι στην περίπτωση του νιτρικού αμμωνίου, που θα πρέπει για μια στιγμή να το φανταστούμε ότι αποτελείται από δύο κομμάτια, τη νιτρική ρίζα (ΝΟ3-) και τη ρίζα του αμμωνίου (ΝΗ4+), το άζωτο παρουσιάζεται με δυο διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης. Πρόκειται για ένα άλας, με βάση την κατάταξη που κάνει η ανόργανη Χημεία και σε αυτό συνυπάρχουν δύο συγκροτήματα. Μία αναγωγική ομάδα (ονομάζεται κατιόν αμμωνίου: ΝΗ4+), και εκεί το άζωτο παρουσιάζεται με αριθμό οξειδώσεως -3. Το άλλο συγκρότημα είναι μια οξειδωτική ομάδα (νιτρικό ανιόν: ΝΟ3-, όπου το άζωτο παρουσιάζεται με αριθμό οξειδώσεως +5). Η μια ομάδα θέλει να πάρει ηλεκτρόνια και η άλλη να παραχωρήσει, αλλά αυτό δεν γίνεται έτσι ήρεμα και απλά αφού ταυτόχρονα εκλύεται και ένα μεγάλο ποσόν ενέργειας με τη μορφή θερμότητας.

Αριθμοί που σοκάρουν

Ολο αυτό, αν δεν υπάρξουν οι κατάλληλες προσμείξεις για να παραμείνει σε σταθερή κατάσταση, θα βρίσκεται σε κάτι που ονομάζουμε «μετασταθερό» μόριο. Ετοιμο δηλαδή να γίνει κάτι άλλο. Και αυτό το κάτι άλλο θα είναι δυο άτομα αζώτου να συγκροτούν ένα (διατομικό) μόριο αερίου αζώτου με αριθμό οξείδωσης φυσικά 0. Ταυτόχρονα όμως αποδίδεται και αυτό το τεράστιο ποσόν θερμότητας από την αλλαγή που συντελείται. Οπότε δεν έχουμε απλά την ανάφλεξη αλλά την έκρηξη των αερίων που παράγονται από τη διάσπαση του νιτρικού αμμωνίου.

Ενας απλός υπολογισμός του μοριακού βάρους του νιτρικού αμμωνίου μάς δίνει τον αριθμό 80. Αρα από 80 μόλις γραμμάρια (που είναι το 1 μολ της ένωσης αυτής) παράγονται ξαφνικά περίπου 45 λίτρα αερίου. Από 2.750 τόνους ή αλλιώς από 2.750.000.000 γραμμάρια, δηλαδή 2,7 δισεκατομμύρια γραμμάρια ή έστω και κάπως λιγότερα, αν δεν πήραν όλα ταυτόχρονα «φωτιά», καταλήγει να είναι ασύλληπτο το πόσες ποσότητες αερίου μπορεί να δημιουργήθηκαν ξαφνικά και να σάρωσαν όλη την περιοχή.

Η σερβική προειδοποίηση από το 2015

Σε μια εργασία σέρβων μηχανικών που είχε δημοσιευθεί ήδη από το 2015 (www.researchgate.net/publication/289687101_Ammonium_nitrate_explosion_hazards) αναφερόταν ότι το νιτρικό αμμώνιο δεν είναι εύφλεκτο αλλά όντας ένα οξειδωτικό υλικό, εξαιτίας των οξυγόνων που μπορεί να δώσει, μπορεί να διευκολύνει την έναρξη μιας πυρκαγιάς ή να την κάνει πιο έντονη.

Για τον λόγο αυτόν σε μια πυρκαγιά όπου εμπλέκεται και το νιτρικό αμμώνιο δεν ωφελεί να προσπαθήσεις να τη σβήσεις με τρόπους που της στερούν το οξυγόνο. Χρειάζεται πολύ νερό και σβήνει δύσκολα ενώ και οι πυροσβέστες που θα προστρέξουν πρέπει να έχουν τις σωστές στολές και μάσκες διότι ταυτόχρονα εκλύονται και δηλητηριώδη αέρια.

Στην περίπτωση της Βηρυτού δεν είναι τυχαίο ότι έχασαν τη ζωή τους αρκετοί πυροσβέστες και υπάρχει αγανάκτηση στη χώρα και σχετικά με αυτό το θέμα, διότι θεωρείται πως τους έστειλαν εντελώς απροετοίμαστους για ένα τέτοιο εγχείρημα.

Αλλα παραδείγματα κακής διαχείρισης

Αλλά υπάρχουν και άλλα δεινά που μπορεί να προκύψουν από την κακή διαχείριση μιας ποσότητας νιτρικού αμμωνίου. Προφανώς με το να έλθουν σπινθήρες από ηλεκτρικά καλώδια ή το λάδι των μηχανών σε επαφή μαζί του, δημιουργώντας ένα μείγμα που θα θυμίζει με υποτυπώδη τρόπο το ANFO, εντελώς ξαφνικά μπορεί να προκληθεί έκρηξη. Δεν είναι επιστημονική φαντασία, ούτε απλά σενάριο, έχει συμβεί σε φορτηγά που βγήκαν από τον δρόμο ενώ μετέφεραν ποσότητες αυτού του υλικού, είτε λόγω πρόσκρουσης στο έδαφος είτε λόγω εμπλοκής με στύλους και καλώδια μεταφοράς ρεύματος αφού μετά την πρώτη φωτιά ακολούθησε σφοδρότατη έκρηξη με πολλά θύματα.
Γενικά πάντως ακόμη και αν πρόκειται να έχουμε έκρηξη, αυτή δεν συμβαίνει ακαριαία με την έναρξη κάποιας φωτιάς στο περιβάλλον και υπάρχει χρόνος απομάκρυνσης. Στην περίπτωση της Βηρυτού – όπως εικάζεται – το νιτρικό αμμώνιο καιγόταν για αρκετή ώρα, γι’ αυτό και οι πρώτοι πορτοκαλί καπνοί, μετά έλιωσε ένα μέρος του (το σημείο τήξης του είναι στους 169 βαθμούς Κελσίου) και όντας σε υγρή μορφή πλέον βοήθησε να διαδοθεί η θερμότητα σε ολόκληρη την αποθήκη.

Το δίδαγμα για τη φύλαξη

Εικάζεται πως διάφορα υλικά που προκύπτουν σε μια παλιά αποθήκη, οργανικές ουσίες, χρωμικές και διχρωμικές ενώσεις, άλατα, νικέλια, χαλκός, ψευδάργυρος, συντελούν στην επιτάχυνση και την εξασφάλιση της καταστροφής. Γι’ αυτό πρέπει το νιτρικό αμμώνιο να φυλάγεται σε αποθήκες εντελώς απομονωμένο από άλλα υλικά και σε συνθήκες μεγάλης καθαριότητας.

Αντί επιλόγου

Ισως το καταλληλότερο κλείσιμο για αυτό το κείμενο να μας το δίνουν και πάλι οι Beirut με το τραγούδι τους «The Bunker», που σημαίνει θωρακισμένο υπόγειο καταφύγιο αλλά και αποθήκη στερεών καυσίμων. Διότι εκεί κάποιος αποχαιρετά την πόλη του που χάνεται λέγοντας (σε μετάφραση): «Ω, η πόλη μου πέθανε, η πόλη μου πάει, θα μείνω μακριά».

Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk