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他发明了氟利昂和含铅汽油 最终又死于自己的发明

一家标准石油加油站(图片来源:Wikimedia)

如果你曾看过我们之前关于含铅汽油的推送,或许会对一个人有印象:小托马斯・米奇利,含铅汽油的发明者。用一位作家的话说,这位发明家似乎“对令人遗憾的事情有一种几乎不可思议的直觉”,除了含铅汽油之外,他还发明了另一种影响全球健康的物质――氟利昂。

撰文 | 二七

审校 | Clefable

1944年,当小托马斯・米奇利(Thomas Midgley)去世时,世人奉他为20世纪最伟大的发明家之一:他在汽油中添加了一种神奇的成分,“完美”解决了发动机“爆震”问题;他还合成了一种化学物质,让冰箱和空调变得更加安全……这些发明让他拿到了所涉领域内几乎所有的奖项,还成为了美国化学学会主席。听起来,米奇利完全就是一名“人生赢家”。

可是如果说出这两种“造福人类”的发明的名字,故事就变得完全不同了:给米奇利带来极大荣誉的两项发明分别是含铅汽油和氟利昂。含铅汽油燃烧释放出的铅毒害了全球几代人的大脑,而氟利昂的泄露给地球的臭氧层“开了洞”。现在,在讲述米奇利的故事中,最常出现的描述是“世界上最糟糕的发明家”。

小托马斯・米奇利(图片来源:NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA: BIOGRAPHICAL MEMOIR OF THOMAS MIDGLEY, JR。 1889-1944 BY CHARLES F。 KETTERING, PRHSENTED TO THE ACADEMY AT THE ANNUAL MEETING, 1947)

“完美”的剧毒物质

1916年,米奇利受查尔斯・凯特林(Charles Kettering,他发明了电启动器,让汽车摆脱了手动曲柄启动器)的邀请,着手寻找汽车发动机“爆震”的解决方案。

在汽油发动机里,当汽油和空气充分混合进入气缸后,会先被活塞压缩,然后由火花塞点火。然而在油气混合物被压缩时,汽缸中的温度会猛然上升,就容易导致汽油中一些燃点比较低的成分被提前点燃。这样产生的冲击力会让气缸发出敲击的声音,因此这个现象被称为“爆震”(knock),它会降低发动机输出的功率,甚至会损坏气缸。

解决方案之一是在汽油中加入10%的乙醇,然而乙醇的成本太高了,而且同等体积的乙醇比纯汽油的热值低了不少。通用汽车想要找到一个更便宜、更有效的替代品。

米奇利通过努力找到了一百多种可能的添加剂,其中最受青睐的就是四乙铅(TEL)。四乙铅本身有剧毒,但对通用汽车来说,这是种“完美”的添加剂:首先,少量的四乙铅就能有效防止爆震,一加仑(约3.8升)汽油中只需加入几克就有很好的效果。其次,四乙铅没有其他候选者那些奇奇怪怪的气味。最重要的是,铅是一种很廉价的原材料。在一封写给凯特林的信中,米奇利估计:“每卖出1加仑汽油,就能赚3美分……一年下来,就是3600万美元。”

名字“没铅”的含铅汽油

自米奇利提出四乙铅添加剂后,在短短15个月内,通用汽车(General Motors)和标准石油(Standard Oil)公司就共同推出了含有四乙铅的汽油,现在我们通常称之为“含铅汽油”。米奇利也因发明了含铅汽油获得了美国化学学会(American Chemical Society)的William H。 Nichols奖章。

到这里,如果你曾读过我们前几天的推送:《他无意间发现了空气中的致命“毒物”,拯救了几代人的健康,却险被美国石油公司封杀》就会知道,无论是四乙铅本身,还是含铅汽油燃烧后排放到空气中的氧化铅,都对人体有毒,区别只是发作时间的快慢:纯四乙铅中毒往往会在几周内猛烈发作,能引发幻觉,甚至致人死亡;而铅中毒则是铅在人体内缓慢积累引发的慢性过程,随着血铅含量逐渐升高,人体的肾脏、心血管系统、神经系统等都会受到伤害。对处于生长发育期的儿童,铅中毒甚至会影响成年后的智力水平。

漫画家绘制的四乙铅中毒的工人(图片来源:New York Journal, October 31, 1924, page2)

然而在19世纪早期,尽管人们对于铅的危险略有认知,但并没有明确证据表明四乙铅或含铅汽油会威胁人体健康。这给了石油公司钻空子的机会,他们甚至刻意避开了听起来很危险的“铅”,将含铅汽油命名为“乙基”(Ethyl)汽油。

讽刺的是,1924年10月30日,米奇利为了证明含铅汽油的安全性,在一场新闻发布会上将一瓶四乙铅倒在手上,并放在鼻子下闻了1分钟。他告诉记者:“我不会置自己于危险境地。”但只有他自己知道这是谎言――他随后因四乙铅中毒,被迫请了几周的病假。

后面的故事你或许也已经读到了,乙基公司专门聘请了一位科学家来为含铅汽油提供“健康证明”。在此后的至少40年间,乙基公司坚持“使用乙基汽油时的少量接触并不会导致四乙铅中毒,乙基汽油也不会导致更大范围的铅污染”。直到帕特森和许多其他的科学家,拿出了含铅汽油危害的坚实证据。

臭氧层破了个“大洞”

与此同时,米奇利已经回到了实验室,继续自己的发明工作。

1930年,他与凯特林合作,帮通用汽车的子公司北极(Frigidaire)解决另一个问题――制冷剂的问题。当时大多数冰箱的制冷剂使用的都是二氧化硫和氨等有毒或易燃的化合物,一旦泄漏,就极易引发事故。北极公司想把他们的产品卖给更多人,就需要解决冰箱和空调的安全问题。

这次,米奇利的速度更快。短短3天,他就找到了一种十分“安全”的替代品――二氯二氟甲烷(dichlorodifluoromethane)。凯特林描述它:“高度稳定,不易燃,完全不会损害人或动物的健康。”米奇利用同样的方法再次验证了它的“安全性”――倒在手上、放在鼻子下面闻。

好消息是,这次米奇利没有再请病假。坏消息是,二氯二氟甲烷还有另一个名字――氟利昂。

目前,对于氟利昂的定义存在不同说法。广义来说,氟利昂可以代指一大类含氟制冷剂,其中的氯氟烃类(CFC)物质对臭氧层威胁最大,而米奇利发明的二氯二氟甲烷就属于氯氟烃类(CFC-12)。

1930年4月,北极牌冰箱和空调正式开始使用这种新的制冷剂。随后,它还出现在了驱虫剂、灭火器等诸多领域中。到20世纪70年代,每年有多达100万吨CFC类物质被释放到空气中。直到1974年,美国的两位化学家才第一次发现,CFC可以在阳光照射下与臭氧发生化学反应,让臭氧层变得千疮百孔。

如果没有禁用CFC,臭氧浓度的变化,深蓝色代表臭氧浓度降为0。(图片来源:NASA)

1985年,英国科学家约瑟夫・法曼(Joseph Farman)和两位同事在南极科考的过程中,发现了一项触目惊心的事实:每年8~10月,南极上空都会出现一个巨大的“臭氧洞”,这里的臭氧浓度已经从300个臭氧单位降低到了220个臭氧单位。更糟糕的是,臭氧层的空洞还在不断扩大。

如果失去了臭氧层的保护,来自太阳的紫外线辐射会直接到达地球表面,导致人类的皮肤癌变。据世界卫生组织估计,臭氧层每减少10%,就会导致新增30万例皮肤癌患者。

最致命的发明

在米奇利死后,他的两项最为“致命”的发明逐渐走下了神坛。

对含铅汽油来说,1996年1月1日,美国《清洁空气法》禁止将含铅汽油用于飞机、赛车、农用设备和船用发动机以外的交通工具。此时,有毒的含铅尾气已经尽情排放了73年。随后,全球其他国家陆续禁止了含铅汽油的使用,大气中的铅含量大幅下降。

对“氟利昂”来说,1989年《蒙特利尔议定书》生效,在全球范围内陆续禁止了CFC类化合物的生产和使用,臭氧层也终于进入了漫长的恢复期。根据世界气象协会(World Meteorological Association)的估计,臭氧层在2060年将会完全恢复。《蒙特利尔协议书》也因此被称为“有史以来最成功的国际环境协定”。

而对米奇利自己来说,在他一生中获得的一百多项专利里,最为致命的既不是含铅汽油,也不是氟利昂,而是一套滑轮系统。

1940年,51岁的米奇利患上了小儿麻痹症,他随后设计了一套自动滑轮系统,用来将自己从床上抬起来。1944年的一天,这套自动装置的绳索勒在了他的脖子上,导致了他的死亡。

美国环境历史学家约翰・麦克尼尔(John McNeill)为米奇利写了一副冰冷的墓志铭:米奇利“对大气的影响比历史上任何一个有机体都大”。

参考链接:

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/oeh.2005.11.4.384

https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/radiation-ultraviolet-(uv)-radiation-and-skin-cancer

https://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Midgley_Jr。

https://www.newscientist.com/article/mg23431290-800-inventor-hero-was-a-oneman-environmental-disaster/

https://www.mentalfloss.com/article/94569/clair-patterson-scientist-who-determined-age-earth-and-then-saved-it

https://csl.noaa.gov/assessments/ozone/2018/executivesummary/

来源:新浪科技