Thomas Midgley. Jeden człowiek, dwa wielkie wynalazki i dwie globalne katastrofy

Zastanawiamy się na przykład, co złego lub dobrego może przynieść rozwój GMO albo sztucznej inteligencji? Dobre skutki przyjmiemy z otwartymi rękoma. Nie przestraszymy się natomiast ostrzeżeń i przestróg, że z tego lub owego może być wielki kłopot. Najbardziej ciekawi nas bowiem to, co za zamkniętymi drzwiami. Nawet jeśli się okaże, że złe skutki nowego przeważają, będzie już za późno. Zamiast ich uniknąć, będziemy z nimi walczyć.

Człowiek, o którym za chwilę, jest w Polsce anonimem, choć był wielkim wynalazcą. Wyzwolił z pęt samochody spalinowe i postawił elektryczne do ciemnego kąta. Gdy zajął się chłodzeniem, lodówki migiem spowszedniały. Był znakomity, a jednak po dekadach od kuriozalnej śmierci znalazł się w gronie największych, chociaż mimowolnych, szkodników w historii.

Czytaj więcej

Historia

Tadeusz Sendzimir: polski Edison metalurgii

Pierwszym wyjątkowym osiągnięciem inżyniera Tadeusza Sendzimira było zrewolucjonizowanie w latach 30. XX w. technologii obróbki stali. Ale temu rodowitemu lwowianinowi świat przemysłu zawdzięcza znacznie więcej.

3 listopada 1944 r. najważniejsze gazety amerykańskie zamieściły obszerne nekrologi, powiadamiając, że w wieku zaledwie 55 lat odszedł znamienity człowiek i inżynier, autor przełomowych wynalazków i kolejnych ponad 100 opatentowanych rozwiązań. Mimo że z wykształcenia mechanik po Cornell University, zapisał się w annałach jako chemik. Zmarł w niecodzienny sposób. Od pięciu lat chorował na polio, czyli tzw. porażenie dziecięce, zwane jeszcze inaczej – chorobą Heinego-Medina. Podobnie jak Franklin D. Roosevelt musiał korzystać z wózka inwalidzkiego. Dzięki wyobraźni inżyniera było mu jednak nieco lżej niż innym chorym. Sprawił sobie zgrabną uprząż umożliwiającą samodzielne zejście z łóżka na wózek i z powrotem. Koroner napisał po jego śmierci w raporcie, że zaplątał się w niej nadzwyczaj nieszczęśliwie i udusił, choć równie dobrze mogło to być samobójstwo. Ktoś wie, kim był Thomas Midgley junior? Nie? A to o nim właśnie mowa.

Thomas Midgley w poszukiwaniu etyliny

W ubiegłym roku minęło 100 lat od jego pierwszego dokonania, które najpierw było rodzajem zbawienia, żeby pół wieku później stać się „skaraniem boskim”. Ze świecą szukać osobnika bardziej od niego cierpliwego i to właśnie anielska cierpliwość doprowadziła go do pierwszego przełomowego osiągnięcia. W prapoczątkach motoryzacji o przegranej silnika elektrycznego przesądziła stacja benzynowa – paliwo można było dowieźć w najdalszy zakątek, z „prądem” tanio tak się nie da. Ważne było też skonstruowanie przez Charlesa Ketteringa, wkrótce szefa i mentora Midgleya, elektrycznego rozrusznika samochodowego.

W pierwszych dekadach XX w. auta spalinowe zaczęły zatem roić się w Ameryce, ale miały jeden wielki i bardzo niebezpieczny feler. Gdy samochód pokonywał wzniesienie lub przyspieszał podczas wyprzedzania, zawory zaczynały grzechotać, pokrywy cylindrów stukotać, skrzynia biegów drżeć, a niebawem silnik tracił moc i wreszcie gasł. Miało to trzy bardzo złe konsekwencje: silniki szybko niszczały, pasażerowie odczuwali niewygodę, ale najgroźniejsze było przerwanie pracy motoru w trakcie niebezpiecznych manewrów.

Kettering i Midgley zaczęli od pytania, czy stuki są nieuchronnym efektem ubocznym spalania paliwa w silniku? Młody inżynier zbudował więc w 1918 r. szybką kamerę miniaturowej wielkości – w sam raz, żeby jej obiektyw zmieścił się w cylindrze silnika. Dzięki rejestracji filmowej dowiedział się, że paliwo dostarczane do cylindrów spalało się wybuchowo, powodując wielki wzrost ciśnienia, a więc także energii, której nadmiar przekształcał się w drgania (stukoty), czyli w straty energetyczne oraz mechaniczne w postaci nadwyrężania konstrukcji. Nareszcie było wiadomo, z czym trzeba się zmierzyć.

Czytaj więcej

Historia

Jak nauczyliśmy maszyny mówić?

Tworzenie narzędzi do syntezy mowy opartych na mechanice było trudne i mało skuteczne. Przekonało się o tym wielu badaczy, m.in. Alexander Graham Bell, wynalazca telefonu. W dodatku stosowane urządzenia mechaniczne wytwarzały mowę kiepskiej jakości i trudno było nimi sterować. Przełom w tej dziedzinie przyniosła elektronika.

Kettering zasugerował, żeby popróbować z czerwienią. Rada nie była zupełnie „od czapy”. Chodziło o to, że liście poziomkowca (arbutus) czerwienieją, nawet gdy są pokryte śniegiem, a więc nie dociera do nich energia słoneczna. Thomas Midgley jr posłuchał szefa i maciupką poprawę pracy silnika dostrzegł, ale zauważył też, że nie o kolor chodzi, lecz o jego źródło. Była nim jodyna, której użył do zabarwienia paliwa na czerwono. Założył więc, że jeśli istnieje rozwiązanie, to szukać go trzeba w związkach chemicznych.

Świetnie się złożyło, ponieważ chemią był zafascynowany. Stale nosił w kieszeni papierowy wydruk tablicy Mendelejewa. Wyjaśniał zdziwionym, że znajomość liczb atomowych pierwiastków to nie wszystko – w jego przypadku ważna była orientacja przestrzenna: np. jakie pierwiastki sąsiadują z tym, który mógł okazać się przydatny do tego czy owego. W trakcie poszukiwań rozwiązania zespół Midgleya przetestował przez kilka lat aż 33 tys. różnych związków chemicznych, przy czym ogromna większość dodatków dawała – jak to ujął – „efekt równie zauważalny jak plucie do Wielkich Jezior amerykańskich na poziom ich wód”.

Kolejne eksperymenty pokazywały jednak, że im dodatek cięższy, tym mniejsze stuki. Badacze dotarli w końcu na sam kraniec tablicy Mendelejewa, gdzie usadowił się najcięższy wśród wszystkich stabilnych pierwiastków: ołów. W grudniu 1921 r. przystąpiono do pierwszej próby technicznej. Do paliwa dodano czteroetylek ołowiu w ilości mieszczącej się na łyżeczce od herbaty. Eureka! Stukoty zanikły! W kolejnych etapach ustalono optymalną dawkę w proporcji 1 jednostka ołowiu na 1300 jednostek benzyny.

Thomas Midgley (1889–1944)

Library of Congress, Prints & Photographs Division, Farm Security Administration/Office of War Infor

W pięcioletnim przedsięwzięciu badawczym na celowniku był przede wszystkim sukces biznesowy. Niemal dokładnie 100 lat temu klienci mogli kupić na stacji w śródmieściu Dayton nowe paliwo nazwane Ethyl (etylek). W Polsce uzyskało ono później nazwę etylina. W 1924 r. trzy wielkie spółki: General Motors, DuPont i Standard Oil powołały wspólną firmę o nazwie Ethyl Corp. do masowej produkcji etyliny, w jej zarządzie zasiedli Charles Kettering i Thomas Midgley – w ciągu drugiej dekady ubiegłego wieku w wyniku inspiracji pierwszego i żmudnych poszukiwań tego drugiego liczba samochodów zarejestrowanych w USA wzrosła trzykrotnie, znacznie szybciej, niż gdyby spalanie stukowe nadal pozostawało zmorą. Wkrótce jednak okazało się, że zmorą – choć innego rodzaju – jest także sama etylina.

Pierwsze lodówki freonowe

Kolejny wyczyn Midgleya w dwójnasób wiąże się z klimatem. Gwałtowna urbanizacja USA potęgowała problem przechowywania żywności. Lód naturalny i sztuczny już nie starczał. Na początku XX w. rozpoczęto więc produkcję pierwszych chłodziarek domowych działających na chlorometan albo dwutlenek siarki. Jednak pierwszy gaz ma właściwości usypiające i paraliżujące, drugi może wywoływać nudności i bóle brzucha, a nawet niszczyć płuca. Coraz więcej kongresmenów zaczęło przebąkiwać o zakazie dla ówczesnych lodówek domowych.

Jest rok 1928 i znowu pojawia się para Kettering (inspirator) i Midgley (od główkowania). Wynalazca zabrał się do zadania po uprzednim ustaleniu, że szuka związków chemicznych pozostających w stanie gazowym w niskich temperaturach. Takie elementy gromadziły się po prawej stronie tablicy Mendelejewa. Proces systematycznej eliminacji kolejnych substancji niespełniających warunków progowych zatrzymał się na fluorze, niestety – znowu bardzo trującym gazie. W celu zmniejszenia toksyczności zespół Midgleya postanowił użyć znanej już mieszaniny fluoru, chloru i węgla tworzącej związek gazowy zwany dziś freonem lub CFC (od chlorofluorcarbons). Badania wykazały, że gaz ten jest bardzo stabilny, niepalny i nie oddziałuje szkodliwie na ludzi i zwierzęta. Bingo! Można dokonać przewrotu w chłodnictwie!

Wielkie koncerny General Motors i DuPont podjęły współpracę i w 1932 r. zarejestrowały wspólnie znak towarowy „Freon”. Szybki pochód lodówek opartych na freonie był również wynikiem kolejnych zgonów przypisywanych awariom domowych urządzeń starego typu. Strach był doskonałym nośnikiem promocji, więc podczas dorocznego zgromadzenia Amerykańskiego Stowarzyszenia Chemicznego (ACS) Midgley zagrał na emocjach. Stanął na scenie, głęboko zaciągnął się freonem i wydmuchał go na palącą się przed nim świeczkę. Dowiódł, że gaz nie szkodzi i nie płonie. Wkrótce freon-12 stał się najpopularniejszym nośnikiem mgiełek, czyli tzw. aerozoli zawierających gazy trujące (insektycydy), lakier do włosów itd. Bardzo przydawał się w klimatyzacji.

Śmiercionośne skutki uboczne etyliny

Thomas Midgley zapisałby się w pamięci ludzi jako znamienity wynalazca światowej rangi, ale słuch o nim praktycznie zaginął. I wcale nie dlatego, że zmarł blisko 80 lat temu. Przyczyna jest inna. Oba z dwóch opisanych tu jego dokonań miały całkiem ładny awers, lecz ich rewers wyglądał strasznie, choć dla większości z nas tylko pod umownym „mikroskopem”.

Najpierw o kasowaniu stukotania. Etylina działała, jak trzeba, dzięki dodatkowi ołowiu, metalu znanego od tysiącleci. Rzymianie wytwarzali z niego rury wodne i naczynia, a gdy bić zaczęto z pierwszych samopałów, robiono z niego kule. Same zalety, choć nieduże, i jedna wielka wada. Metal jest trucizną – powoduje śmierć. Spekuluje się, że to on był praprzyczyną upadku Rzymu, obniżając libido Juliusza Cezara i Oktawiana, ale to raczej bardziej bajania niż prawda historyczna. Ponieważ jednak już w połowie XX w. masowa motoryzacja stała się fenomenem globalnym, ołów dodawany do paliwa powodował olbrzymiejące z biegiem lat szkody w zdrowiu ludzi, zwłaszcza dzieci.

Mocno ucierpieli wszyscy, a dziesiątki milionów ekstremalnie. Amerykański ośrodek Collaborative for Health & Environment (CHE) przywołuje szacunek, że przed ostatecznym zaprzestaniem sprzedaży etyliny w USA, co nastąpiło w latach 90. XX w., łączna emisja ołowiu do atmosfery w samych tylko Stanach wyniosła ok. 7 mln ton. Wielkości dla Europy muszą być podobne. W UE obowiązek wyposażania nowych samochodów w silniki na benzynę bezołowiową wprowadzony został od 1 stycznia 1993 r.

Thomas Midgley bronił etyliny przed „niesłusznymi atakami”, jak tylko mógł. Upierał się, że dodatek ołowiowy to jedyny sposób na zwiększenie mocy silników. Ubocznych skutków był wszakże doskonale świadom, ponieważ w trakcie badań sam uległ poważnemu zatruciu. W 1923 r. musiał odmówić z tego powodu udziału w zgromadzeniu ACS, na którym miano go wyróżnić za odkrycie metody na spalanie stukowe. W dziarskim liściku do przyjaciela napisał natomiast, że „odczuły to jego płuca, więc trzeba odłożyć na bok pracę i w obliczu dolegliwości odetchnąć bardzo szeroko świeżym powietrzem…”.

Jednak już wtedy wiadomo było, że istnieją lepsze rozwiązania. Taki sam efekt podwyższenia tzw. liczby oktanowej daje dodawanie do benzyny m.in. węglowodorów aromatycznych, np. benzenu, ale zwłaszcza alkoholu etylowego, którego liczba oktanowa wynosi 100. Stosowanie ołowiu było jednak tańsze i łatwiejsze. Ktoś zauważył też, że w odróżnieniu od etylku, alkoholu nie opatentowałby żaden urząd. Pod wpływem lobbystów federalna służba medyczna USA zaniechała w 1925 r. kontynuowania otwartych przesłuchań w sprawie zamienników, a w następnym roku ogłosiła, że „brakuje dobrego powodu” do zakazania benzyny ołowiowej.

W latach 30. XX w. Midgley zaproponował wykorzystanie freonu w chłodziarkach. Na zdjęciu: gospodyni domowa korzystająca z lodówki. Luizjana, czerwiec 1940 r.

Wolcott, Marion Post/Library of Congress, Prints & Photographs Division, Farm Security Administratio

Sprawa odżyła na nowo dopiero po ok. 40 latach. Geochemik Clair Patterson miał ciągłe kłopoty z pomiarami izotopów ołowiu. Zauważył, że ołów ze spalin samochodowych jest wszędzie wokół, dlatego jego próbki są zanieczyszczane. Aby móc kontynuować badania, musiał zbudować „czysty pokój”. Szeroko zakrojone badania podjęli też lekarze, dowodząc, że kilka dekad stosowania ołowiu w motoryzacji oznaczało miliony przedwczesnych śmierci, olbrzymie obniżenie poziomów IQ u osób poddanych jego intensywnemu oddziaływaniu oraz wiele innych komplikacji. W 1996 r. w USA całkowicie zakazano stosowania benzyny ołowiowej. Po kilku latach podobnie postąpiono w Europie.

Freon: zabójca warstwy ozonowej

Odrzucony został także drugi wyczyn Midgleya – freon. W czasach, gdy wprowadzał ten związek do powszechnego użycia, nauka nie wiedziała jeszcze, jak najrozmaitsze emisje mogą zmieniać skład atmosfery, prowadząc do zmian środowiskowych zagrażających cywilizacji. W połowie lat 80. ubiegłego stulecia dowiedziono, że wspaniały freon należy do gazów najsilniej niszczących tzw. warstwę ozonową atmosfery ziemskiej, która chroni życie na Ziemi przed zabójczym w nadmiarze promieniowaniem ultrafioletowym (UV). W odróżnieniu od debat i karczemnych kłótni w sprawie dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych sprawa CFC vs. Ozon nie wzbudziła kontrowersji w gremiach naukowych i politycznych.

Mniej więcej 60 lat po ogłoszeniu przez Ketteringa i Midgleya walorów freonu i początkach jego powszechnego zastosowania w 1987 r. 24 pierwsze państwa podpisały pod auspicjami ONZ tzw. protokół montrealski wyznaczający relatywnie krótki horyzont zaprzestania produkcji i stosowania CFC w świecie. Według jednego z niedawnych badań międzynarodowych, gdyby nie wdrożone z powodzeniem zasady protokołu, ok. 2065 r. warstwa ozonowa zmalałaby do jednej trzeciej pierwotnej wielkości. Na szerokościach geograficznych Waszyngtonu czy Paryża wystarczyłoby przebywać pięć minut na słońcu, żeby ulec poparzeniu. Rak skóry stałby się chorobą powszechną!