בעקבות המחלוקת על מיכל האמוניה במפרץ חיפה: למה נחוץ החומר, איך מייצרים אותו ומדוע לא כדאי לאחסן אותו באזור מאוכלס?
לאור הסערה הגוברת סביב מיכל האמוניה בחיפה, לעתים מתקבל הרושם שמדובר בחומר מסוכן ומיותר, וכי אם הדבר היה תלוי באזרחים הפשוטים, היינו מעדיפים לחיות בלעדיו. הרושם הזה מוטעה. לפי הערכות מסויימות אלמלא האמוניה כחצי מאוכלוסיית העולם – כשלושה מיליארד בני אדם – לא היו יכולים להתקיים, גם בלי רעידת אדמה או טיל שיפגע במפרץ חיפה. כדי להבין על מה מתבססות הערכות אלו, צריך להבין קודם כל מה היא אמוניה, ולמה היא כל כך חשובה.
אמוניה היא מולקולה המורכבת מאטום חנקן ושלושה אטומי מימן, NH3. היא נמצאת בצורה טבעית כמעט בכל היצורים החיים: צמחים, חיידקים ובעלי חיים, בהם כמובן בני אדם. יצורים חיים זקוקים לחנקן לשלל תהליכים ביולוגיים, כמו ייצור אבני הבניין של החיים: החלבונים וה-DNA. כמעט 80 אחוז מהאוויר שאנו נושמים הוא גז חנקן (N2), אך לרוע המזל, רוב היצורים החיים אינם יכולים "לצרוך" את החנקן בצורה זאת, והם צורכים אותו בעיקר בצורת אמוניה.
הספקים העיקריים של אמוניה הם חיידקים שמקבעים חנקן מהאוויר, והופכים אותו לאמוניה. חיידקים אלה מתקיימים בדרך כלל בקרקע, והם מספקים לשורשי הצמחים חנקן בצורת אמוניה או בתחמוצות חנקן כמו ניטריט (-NO2) או ניטראט (-NO3), לאחר עיבוד של חיידקים נוספים. הצמחים הם מקור המזון של בעלי חיים רבים, ובעלי חיים אוכלי צמחים הם מקור המזון של טורפים, וכך מגיעות תרכובות החנקן לכל עולם החי.
עד אמצע המאה ה-18, רוב החברה האנושית ישבה באזורים חקלאיים. הצמחים סיפקו לבני האדם ובעלי החיים את מנות החנקן הדרושות להם, והחנקן חזר לקרקע בהפרשות של בני האדם ובעלי החיים. בנוסף, צמחים וחלקי צמחים שלא נאכלו, נותרו בדרך כלל על אותה קרקע חקלאית, כך שאספקת החנקן לחלקת אדמה היתה קבועה ומאוזנת.
אולם, בעקבות המהפכה התעשייתית במאה ה-18, שילוב מכונות בחקלאות ייתר את הצורך בחקלאים רבים. יותר ויותר אנשים עברו לערים לעבוד בתעשיות המתפתחות. בעקבות השינויים האלה, השתנה גם הסחר בתוצרת חקלאית: היבול נקצר בחלקת אדמה, הועבר העירה ולא חזר עוד לאותו מקום. בשל כך, ובשל דילול האוכלוסייה החקלאית, החנקן לא נשאר במקום גידולו והחל להיווצר מחסור חמור בחנקן בקרקע. תחילה דישנו החקלאים את האדמות במרבצים של אשלגן חנקתי (KNO3), אך היה חשש מוחשי שמרבצים אלו לא יספקו את הדרישה הגוברת לחנקן לצרכי דישון. הצורך במציאת דרך מלאכותית לייצר תרכובות חנקן היה גדול מתמיד.
האמוניה איפשרה להאכיל המונים, גז הכלור איפשר לקטול המונים. פריץ הבר | צילום: Science Photo Library
תהליך הבר-בוש
פריץ הבר (Haber), כימאי יהודי גרמני, היה מודע לאתגר, והשקיע שנים רבות במחקר כדי למצוא דרך לייצר תרכובת כזו. המועמד העיקרי היה אמוניה, שאפשר לייצר ממנה תרכובות חנקן רבות. מרכיביה הבסיסיים של האמוניה נפוצים מאוד. כאמור, 80 אחוז מהאוויר סביבנו הוא חנקן. מימן מפיקים בקלות מפירוק חשמלי של מים, המורכבים ממימן וחמצן. האתגר הגדול היה למצוא דרך לפרק את מולקולות החנקן באוויר N2 לשני אטומים נפרדים של חנקן, כדי לאפשר את התגובה: N2+3H2 --> NH3
המפתח לכך היה עבודה בלחץ גבוה, פי מאתיים ויותר מהלחץ האטמוספירי הרגיל, ושימוש בזרז שמאפשר לתגובה להתרחש. פריצת הדרך של הבר נעשתה בשנת 1910, אך רק בשנת 1913 התאים קרל בוש (Bosch) את התהליך לייצור תעשייתי. באותה שנה החברה של בוש, BASF, כבר ייצרה כ-20 טונות של אמוניה ביום.
פריץ הבר קיבל פרס נובל בכימיה בשנת 1918 על "הסינתזה של אמוניה מהיסודות שלה". קבלת הפרס עוררה מחלוקת נוקבת, בשל העובדה כי חוץ מאמוניה, הבר היה אחראי גם לפיתוחו של גז הכלור, הנשק הכימי שבו השתמשה גרמניה במלחמת העולם הראשונה וגרם למותם של רבים. בוש זכה בפרס בשנת 1931 על "תרומתו להמצאה ופיתוח של שיטות לכימיה בלחצים גבוהים", העבודה שהייתה המפתח להפיכת ההמצאה של הבר לשימושית בתעשייה.
כיום, כמעט כל האמוניה בעולם מיוצרת בתהליך הבר-בוש. מעריכים כי בשנת 2014 יוצרו כ-200 מיליון מטרים מעוקבים של אמוניה, כ-90 אחוז מהם לצורכי דישון. כדי להבין עד כמה אמוניה חשובה לחקלאות, נציין כי לפי הערכות מסויימות אם יעילות התוצרת החקלאית היתה נשארת היום ברמות של שנת 1900, היה עלינו להשתמש לגידול מזון ב-50 אחוז משטח היבשה בעולם כדי להגיע לתפוקה המתקבלת היום. בזכות תהליך הבר, התנובה החקלאית ליחידת שטח גדלה בשיעור שבין פי שלושה לפי ששה.
ייצור דשנים הוא אמנם השימוש העיקרי לאמוניה כיום, אך נוסף על כך היא משמשת חומר מוצא בייצור מגוון רחב של מוצרים: תרופות, חומרי ניקוי, חומרי נפץ, ועוד.
בכל שנה מייצרים יותר מ-200 מיליון טונות של אמוניה, רובם ככולם לתעשיית הדשנים. מפעל אמוניה | צילום: Shutterstock
בסיס הסכנה
במולקולת אמוניה, אטום חנקן אחד קשור לשלושה אטומי מימן. זה משאיר לאטום החנקן עוד שני אלקטרונים הפנויים לקשור אטום מימן נוסף. תכונה זו, הנטיה לקשור אטומי מימן, מכונה "בסיסיות", והיא ההפך מחומציות, המאפיינת חומרים שנוטים "לתרום" אטומי מימן. הבסיסיות של האמוניה גורמת לכך שחשיפה ממושכת לחומר עלולה לגרום לגירוי וכוויות של העור, הגרון, הריאות והעיניים. בריכוזים גבוהים מאוד אמוניה יכולה לגרום אפילו למוות.
בשל סכנות אלו, מנהל הבריאות והבטיחות האמריקאי, ממליץ לא להיחשף לריכוז של 35 חלקים למיליון (PPM) למשך יותר מ-15 דקות, וקובע כי חשיפה ל-300 PPM יכולה לסכן חיים. המזל הוא שלאמוניה יש ריח חזק מאוד כבר בריכוז של 5 PPM, הרבה מתחת לריכוז המסוכן, כך שאפשר להריח בקלות את הסכנה ולהימנע ממנה.
למרות הבסיסיות שלה, בריכוזים של PPM בודדים אמוניה לא משנה את רמת החומציות של הדם ולא משפיעה על העברת מינרלים ומלחים חשובים בין תאי הגוף. אם כך, מדוע היא כה מסוכנת אפילו בריכוז מאוד נמוך? הסיבה לכך היא שריכוזים אלו של אמוניה פוגעים ביעילות של מעגל החומצה הציטרית – תהליך ביוכימי חשוב ביותר בתא, האחראי לייצור של ATP, המטבע האנרגטי של הגוף. חסרון ב-ATP, מוביל לפגיעה בהולכה העצבית, ובמקרים מסויימים גם לאובדן הכרה ואף למוות.
החשש הגדול מהימצאותו של מיכל האמוניה באזור המאוכלס בצפיפות נובע מהסכנות הנשקפות מחשיפה לכמויות קטנות של חומר, אפילו לזמן קצר יחסית. אכן, ייתכן שמיקומו של מיכל האמוניה מסוכן ובעייתי, אך אחסון אמוניה ואף ייצורה בישראל חיוניים, כל עוד ינקטו הצעדים הנחוצים לשמירה על כללי בטיחות מתאימים.
וברוח דומה, כאשר פריץ הבר, קיבל את פרס נובל לכימיה, הוא סיכם את נאום הזכייה שלו במילים הבאות (תרגום שלי, ל.ב): "הבה נסתפק בכך שבינתיים דישון מוגבר של האדמה בחנקן מביא עושר חדש לאנושות, ובכך שהתעשייה הכימית באה לעזרת החקלאי, אשר בקרקע טובה, מצליח להפוך סלעים ללחם".
