מה הייתם אומרים
התגלית הכי חשובה
שנעשתה במאות האחרונות?
האם זה המחשב?
המכונית?
חשמל?
או אולי גילוי האטום?
אני הייתי טוען שזו התגובה הכימית הזו:
מולקולת גז חנקן
ועוד שלוש מולקולות גז מימן
יוצרות שתי מולקולות גז אמוניה.
זה תהליך הבר
של קשירת מולקולות חנקן באוויר
למולקולות מימן,
או הפיכת האוויר לדשן.
בלי התגובה הזו,
חוואים יהיו מסוגלים ליצר מספיק אוכל
עבור רק 4 מיליארד אנשים;
האוכלוסייה הנוכחית שלנו היא קצת מעל 7 מיליארד אנשים.
אז, בלי תהליך הבר,
יותר מ 3 מיליארד אנשים היו ללא אוכל.
אתם מבינים, חנקן בצורה של ניטרט, NO3,
הוא מזין חיוני לצמחים כדי לשרוד.
כשגידולים גדלים, הם צורכים את החנקן,
מוציאים אותו מהקרקע.
אפשר לחדש את החנקן
דרך תהליכי דישון טבעיים ארוכים
כמו חיות נרקבות,
אבל אנשים רוצים לגדל אוכל
הרבה יותר מהר מזה.
עכשיו, הנה החלק המתסכל:
78% מהאויר מורכב מחנקן,
אבל הגידולים לא יכולים פשוט לקחת את החנקן מהאוויר
מפני שהוא מכיל קשרים משולשים מאוד חזקים,
שגידולים לא יכולים לשבור.
מה שהבר עשה בעיקרון
היה למצוא דרך
כדי לקחת את החנקן הזה מהאויר
ולהכניס אותו לתוך האדמה.
ב 1908, הכימאי הגרמני פריץ הבר
פיתח שיטה כימית
לשימוש במאגר העצום של חנקן באוויר.
הבר מצא שיטה
שלוקחת את החנקן מהאוויר
וקושרת אותו למימן
כדי ליצור אמוניה.
אמוניה יכולה אז להיות מוזרקת לקרקע,
שם היא מומרת במהירות לניטרטים.
אבל אם התהליך של הבר היה עומד להיות בשימוש
כדי להאכיל את העולם,
הוא היה צריך למצוא דרך
כדי ליצור את האמוניה הזו במהירות ובקלות.
על מנת להבין
איך הבר הצליח בזאת,
אנחנו צריכים לדעת משהו
על שיווי משקל כימי.
שיווי משקל כימי יכול להיות מושג
כשיש לכם תגובה במיכל סגור.
לדוגמה, בואו נגיד שאתם שמים
מימן וחנקן בתוך מיכל סגור
ומאפשרים להם להגיב.
בתחילת התגובה,
יש לנו הרבה חנקן ומימן,
אז ההווצרות של אמוניה
מתקדמם בקצב גבוה.
אבל כשהמימן והחנקן מגיבים
ונגמרים,
התגובה מאיטה
מפני שיש פחות חנקן ומימן
במיכל.
בסופו של דבר, מולקולות האמוניה מגיעות לנקודה
בה הן מתחילות להתפרק
חזרה לחנקן ומימן.
אחרי זמן מה, שתי התגובות,
יצירת ופירוק אמוניה,
יגיעו לאותה מהירות.
כשהמהירויות האלה שוות,
אנחנו אומרים שהתגובה הגיעה לשיווי משקל.
זה אולי נשמע טוב, אבל זה לא
כשמה שאתם רוצים
זה ליצור הרבה אמוניה.
הבר לא רוצה שהאמוניה
תתפרק בכלל,
אבל אם אתם פשוט משאירים את התגובה
במיכל סגור,
זה מה שיקרה.
פה הנרי לה שטלייר,
כימאי צרפתי,
יכול לעזור.
מה שהוא מצא היה
שאם אתם לוקחים מערכת בשיווי משקל
ואתם מוסיפים משהו לזה,
כמו נגיד חנקן,
המערכת תעבוד
כדי לחזור לשיווי משקל שוב.
לה שטלייר גם מצא
שאם מגבירים
את הלחץ במערכת,
המערכת מנסה לעבוד
כדי להחזיר את הלחץ שהיה לה.
זה כמו להיות בחדר צפוף.
ככל שיש שם יותר מולקולות,
יהיה שם יותר לחץ.
אם אנחנו מביטים חזרה במשוואה,
אנחנו רואים שמשמאל,
יש ארבע מולקולות משמאל
ורק שתיים מימין.
אז, אם אתם רוצים שהחדר יהיה פחות צפוף,
ולכן עם פחות לחץ,
המערכת צריכה להתחיל
לחבר חנקן ומימן
כדי ליצור את מולקולות האמוניה הקומפקטיות יותר.
הבר הבין שכדי ליצור
כמויות גדולות של אמוניה,
אתם צריכים ליצור מכונה
שתוסיף חנקן ומימן באופן רציף
בעוד היא מגבירה את הלחץ
על השיווי משקל במערכת,
וזה בדיוק מה שהוא עשה.
היום, אמוניה היא אחת מהתרכובות
הכימיות הכי מיוצרות בעולם.
בערך 131 מיליון מטרים מעוקבים מיוצרים בשנה,
שזה בערך 131 מיליארד קילו של אמוניה.
זו בערך המסה
של 30 מיליון פילים אפריקאים,
ששוקלים בערך 4500 קילו כל אחד.
80% מהאמוניה משמשת ליצור דשנים,
בעוד השאר משמש
לניקוי ביתי ותעשייתי
וליצור תרכובות חנקן אחרות,
כמו חומצה חנקתית.
מחקרים אחרונים מצאו
שחצי מהחנקן בדשנים האלה
לא מוטמע בצמחים.
ובשל כך, החנקן נמצא
ככימיקל פעיל
במקורות המים ובאטמוספירה,
וממש מזיק לסביבה.
כמובן, הבר לא צפה את הבעיה הזו
כשהוא הציג את ההמצאה שלו.
בהמשך לחזון החלוצי שלו,
מדענים היום מחפשים
תהליך הבר חדש למאה ה 21,
שיגיע לאותה רמת עזרה
בלי ההשלכות המסוכנות.