Vandaag heb ik ontdekt waarom lood vroeger aan benzine werd toegevoegd.
“Tetraethyllood” werd in vroege modelauto’s gebruikt om het kloppen van de motor tegen te gaan, het octaangehalte op te voeren en slijtage van de klepzittingen in de motor te voorkomen. Vanwege bezorgdheid over luchtvervuiling en gezondheidsrisico’s werd dit type gas vanaf het eind van de jaren zeventig langzaam afgeschaft en in 1995 in de V.S. helemaal verboden in alle wegvoertuigen.
Voor een meer gedetailleerde uitleg over waarom lood vroeger aan benzine werd toegevoegd, is het nodig iets meer te begrijpen over benzine en welke eigenschappen het tot een goed verbrandingsmateriaal in automotoren maken. Benzine zelf is een product van ruwe olie dat is gemaakt van koolstofatomen die zijn samengevoegd tot koolstofketens. Door de verschillende lengte van de ketens ontstaan verschillende brandstoffen. Zo heeft methaan één koolstofatoom, propaan heeft er drie en octaan heeft acht aan elkaar geketende koolstofatomen. Deze ketens hebben kenmerken die zich onder verschillende omstandigheden verschillend gedragen; kenmerken als het kookpunt en de ontbrandingstemperatuur kunnen bijvoorbeeld onderling sterk verschillen. Wanneer brandstof in de cilinder van een motor wordt samengeperst, warmt hij op. Als de brandstof tijdens de compressie zijn ontbrandingstemperatuur bereikt, zal hij op het verkeerde moment zelf ontbranden. Dit veroorzaakt vermogensverlies en schade aan de motor. Brandstoffen zoals heptaan (dat 7 aan elkaar geketende koolstofatomen heeft) kunnen ontbranden bij zeer weinig compressie. Octaan daarentegen kan zeer goed met compressie overweg.
Hoe hoger de compressie in de cilinders van een automotor, des te meer kracht kan er uit elke zuigerslag worden gehaald. Daarom zijn brandstoffen nodig die een hogere compressie aankunnen zonder zelf te ontbranden. Hoe hoger het octaangetal, hoe meer compressie de brandstof aankan. Een octaangetal van 87 betekent dat de brandstof een mengsel is van 87% octaan en 13% heptaan, of een mengsel van brandstoffen of additieven die dezelfde prestaties leveren als 87/13.
In 1919 fuseerde Dayton Metal Products Co. met General Motors. Zij richtten een onderzoeksdivisie op die twee problemen moest oplossen: de behoefte aan motoren met hoge compressie en de ontoereikende aanvoer van brandstof voor deze motoren. Op 9 december 1921 voegden chemici onder leiding van Charles F. Kettering en zijn assistenten Thomas Midgley en T.A. Boyd tetraethyllood toe aan de brandstof in een laboratoriummotor. De altijd aanwezige klop, veroorzaakt door zelfontbranding van brandstof die tot voorbij zijn ontbrandingstemperatuur wordt samengeperst, werd volledig tot zwijgen gebracht. De meeste auto’s uit die tijd hadden last van dit kloppen, dus het onderzoeksteam was dolgelukkig. Na verloop van tijd ontdekten andere fabrikanten dat zij, door lood aan de brandstof toe te voegen, het octaangehalte van het gas aanzienlijk konden verbeteren. Hierdoor konden zij veel goedkopere soorten brandstof produceren en toch het octaangehalte behouden dat de automotor nodig had.
Een ander voordeel dat na verloop van tijd bekend werd, was dat tetraethyllood ervoor zorgde dat de klepzittingen niet voortijdig versleten raakten. Uitlaatkleppen, in vroege modellen auto’s, die onderhevig waren aan motor kloppen hadden de neiging om micro-welds te krijgen die uit elkaar werden getrokken bij het openen. Dit resulteerde in ruwe klepzittingen en voortijdige uitval. Lood hielp de brandstof alleen te ontbranden wanneer dat nodig was in de aandrijflijn, waardoor slijtage aan de uitlaatkleppen werd voorkomen.
De problemen met tetraethyllood waren al bekend voordat grote oliemaatschappijen het begonnen te gebruiken. In 1922, toen de plannen voor de productie van gelode benzine nog in de kinderschoenen stonden, ontving Thomas Midgley een brief van Charles Klaus, een Duitse wetenschapper, waarin hij over lood schreef: “het is een sluipend en kwaadaardig gif” en waarschuwde dat het een collega-wetenschapper had gedood. Dit leek Midley niet te deren, die zelf loodvergiftiging opliep tijdens de planningsfase. Terwijl hij in Miami herstelde, schreef Midgley aan een ingenieur uit de olie-industrie dat publieke vergiftiging “bijna onmogelijk was, aangezien niemand herhaaldelijk zijn handen bedekt met benzine die lood bevat…” Andere tegenstanders van lood kwamen van een laboratoriumdirecteur van de Public Health Service (een onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Volksgezondheid en Human Services) die aan de assistent-chirurg-generaal schreef dat lood een “ernstige bedreiging voor de volksgezondheid” was.
Ondanks de waarschuwingen begon de productie van gelode benzine in 1923. Het duurde niet lang voordat arbeiders aan loodvergiftiging begonnen te bezwijken. In DuPont’s fabriek in Deepwater New Jersey begonnen werknemers als dominostenen te vallen. Eén arbeider stierf in de herfst van 1923. Drie stierven in de zomer van 1924 en nog eens vier in de winter van 1925. Desondanks ontstond er pas publieke controverse toen in oktober 1924 vijf arbeiders stierven en vierenveertig in het ziekenhuis werden opgenomen in de fabriek van Standard Oils in Bayway NJ.
De Public Health Service hield in 1925 een conferentie om het probleem van de loodhoudende benzine aan te pakken. Zoals te verwachten was, getuigde Kettering voor het gebruik van lood, en stelde dat oliemaatschappijen alcoholbrandstoffen konden produceren die de voordelen van lood hadden, maar dat de hoeveelheden die nodig waren om een groeiende, brandstofhongerige maatschappij te bevoorraden, niet konden worden gehaald. Alice Hamilton van de Harvard Universiteit sprak zich uit tegen de voorstanders van gelode benzine en verklaarde dat dit type brandstof gevaarlijk was voor mens en milieu. Uiteindelijk stond de Public Health Service toe dat gelode benzine op de markt bleef.
In 1974, nadat de gevaren voor het milieu overweldigend duidelijk werden, kondigde de EPA (Environmental Protection Agency) een geplande geleidelijke afschaffing van het loodgehalte in benzine aan. Een van de manieren waarop fabrikanten aan deze en andere emissienormen konden voldoen, was het gebruik van katalysatoren. Katalysatoren gebruiken een chemische reactie om verontreinigende stoffen, zoals koolmonoxide en andere schadelijke koolwaterstoffen, te veranderen in kooldioxide, stikstof en water. Tetraethyllood zou de neiging hebben deze convertoren te verstoppen, waardoor ze onbruikbaar zouden worden. Zo werd loodvrije benzine de brandstof bij uitstek voor elke auto met een katalysator.
De eisen van de EPA, de emissiecontrolemechanismen op auto’s, en de komst van andere octaanverhogende alternatieven betekenden het einde voor het wijdverbreide gebruik van gelode benzine. Fabrikanten kwamen er al snel achter dat auto’s niet langer met een dergelijke brandstof overweg konden; het publiek stond de milieu- en gezondheidsrisico’s niet toe; en het werd onbetaalbaar om het te blijven produceren. Op 1 januari 1996 werd met de Clean Air Act het gebruik van loodhoudende brandstof voor alle voertuigen op de weg volledig verboden. Als u gelode benzine in uw auto blijkt te hebben, kunt u een boete van $10.000 krijgen.
Hiermee is de gelode benzine nog niet helemaal uit de wereld. Het is nog steeds toegestaan om het te gebruiken voor off-road voertuigen, vliegtuigen, raceauto’s, landbouwwerktuigen en scheepsmotoren, in de Verenigde Staten.
Als je dit artikel leuk vond, vind je onze nieuwe populaire podcast, The BrainFood Show (iTunes, Spotify, Google Play Music, Feed) misschien ook wel leuk, net als:
- Glowing in the Dark, The “Radium Girls”
- Why Iodine is Added to Salt
- Why Pencil “Lead” is Called “Lead”
- Why was Lead Added to Paint?
- De waarheid over slangenbeten en het wegzuigen van het gif
Bonusfeiten:
- Sinds het verbod op gelode benzine voor het grootste deel van de toepassingen in de Verenigde Staten, is het gemiddelde loodgehalte in het bloed van Amerikanen met meer dan 75% gedaald. Dit is bijzonder belangrijk, omdat de negatieve effecten van lood in het menselijk lichaam verstrekkend, uiterst ernstig en mogelijk blijvend zijn. De halfwaardetijd van lood in het lichaam is ook vrij lang: weken in het bloed, maanden in de weke delen en jaren in de botten. Bovendien, in tegenstelling tot veel andere giffen, is er volgens de Centers for Disease Control and Prevention “geen veilig loodgehalte in het bloed vastgesteld.”
- In 1985 schatte de EPA dat elk jaar meer dan 5.000 Amerikanen stierven aan hartziekten veroorzaakt door loodvergiftiging.
- In 1988 werd aan het Congres een rapport overhandigd door het Agency for Toxic Substances and Disease Registry over loodvergiftiging bij kinderen in Amerika. Daarin werd geconcludeerd dat elk jaar van 1970-1987, toen de EPA bezig was met de geleidelijke afschaffing van lood in benzine, bij 2 miljoen kinderen het loodgehalte in hun bloed tot onder het giftige niveau was gedaald. Het rapport schatte dat, van 1927-1987, in totaal 68 miljoen kinderen een toxische blootstelling aan lood uit gelode benzine hadden.
- Omdat lood een natuurlijk voorkomend zwaar metaal is, zal het, in tegenstelling tot kankerverwekkende stoffen zoals pesticiden, afvaloliën en radioactieve materialen, niet in de loop van de tijd afbreken. Het verdampt of verdwijnt niet.
- Omdat je gezond lijkt, wil niet zeggen dat je geen hoge loodgehaltes in je bloed hebt. Tekenen en symptomen doen zich meestal pas voor als de ophoping van lood gevaarlijke hoeveelheden heeft bereikt. Deze tekenen en symptomen zijn onder andere: Hoge bloeddruk, achteruitgang van het geestelijk functioneren, pijn, gevoelloosheid en tintelingen van de ledematen, spierzwakte, hoofdpijn, buikpijn, geheugenverlies, stemmingsstoornissen, verminderd aantal zaadcellen, abnormaal sperma, en miskraam of vroeggeboorte bij zwangere vrouwen.
- De behandeling van loodvergiftiging bestaat uit behandeling van de symptomen en het gebruik van Dimercaptosuccinic zuur, een organische zwavelverbinding, of Dimercaprol, ook bekend als Britse anti-Lewisite.
- Op 27 oktober 2011 kondigde het Milieuprogramma van de Verenigde Naties aan dat het wereldwijde gebruik van gelode benzine tegen 2013 zou zijn uitgebannen. Het gebruik van gelode benzine is nog steeds toegestaan in 6 landen. Deze landen zijn Afghanistan, Algerije, Irak, Noord-Korea, Myanmar en Jemen. De VN helpt deze landen bij de geleidelijke stopzetting van het gebruik ervan.