เมื่อความสำเร็จทางวิศวกรรมเคมีก่อให้เกิดสงครามโลก MO Memoir : Tuesday 24 June 2557

อังกฤษในยุคราชินีวิกตอเรียจัดได้ว่าเป็นยุคที่อังกฤษรุ่งโรจน์มากที่สุด มีอาณานิคมไปทั่วโลกจนได้ชื่อว่าเป็นดินแดนที่พระอาทิตย์ไม่มีวันตกดิน 
   

ในช่วงเวลานั้นสงครามระหว่างปรัสเซีย-ฝรั่งเศส (Franco-Prussian war) ที่เกิดขึ้นช่วงกลางปีค.ศ ๑๘๗๐ (พ.ศ. ๒๔๑๓ หรือต้นรัชกาลที่ ๕) ที่จบลงด้วยการที่กองทัพปรัสเซียสามารถเข้ายึดกรุงปารีสได้ในต้นปีค.ศ. ๑๘๗๑ (พ.ศ. ๒๔๑๔) และเป็นจุดสิ้นสุดของสถาบันพระมหากษัตริย์ของฝรั่งเศส นำไปสู่การรวมแคว้นต่าง ๆ ของชาวเยอรมัน กลายเป็นประเทศเยอรมันขึ้นมา และประเทศเยอรมันนี้ก็ได้กลายเป็นคู่แข่งทางทหารและทางเศรษฐกิจกับประเทศอังกฤษ ซึ่งรัชกาลที่ ๕ ของไทยก็ได้ใช้ประโยชน์จากการที่เยอรมันขึ้นมามีอำนาจในยุโรป ด้วยการสร้างสัมพันธไมตรีกับทางเยอรมันเพื่อใช้ถ่วงดุลอำนาจกับอังกฤษและฝรั่งเศสที่จะเข้ามากอบโกยผลประโยชน์จากไทย
  

การปลงพระชนม์ Archduke Franz Ferdinand รัชทายาทแห่งบังลังก์ออสเตรียในวันที่ ๒๘ มิถุนายนปีค.ศ. ๑๙๑๔ (พ.ศ. ๒๔๕๗) ณ เมืองซาราเจโว เมืองหลวงของแคว้นบอสเนีย ได้นำไปสู่การรบครั้งใหญ่ในยุโรปที่เรียกกันว่า "The Great War" หรือแปลเป็นไทยว่า "มหาสงคราม" ชื่อของมหาสงครามนี้ภายหลังที่มีการเกิดสงครามที่มีการรบแผ่ขยายไปทั่วโลกอีกครั้งในปีค.ศ. ๑๙๓๙ (พ.ศ. ๒๔๘๒) ที่เริ่มจากยุโรปเช่นกัน ก็ได้รับการขนานนามใหม่ว่าเป็น "สงครามโลกครั้งที่ ๑" หรือ "The First World War" หรือ "World War I" ส่วนสงครามที่เกิดขึ้นในปีค.ศ. ๑๙๓๘ นั้นได้รับการขนานนามว่าเป็น "สงครามโลกครั้งที่ ๒" หรือ "The Second World War" หรือ "World War II"
  

รูปที่ ๑ หนังสือเรียนวิชา Introduction to Chemical Engineering ที่ผมใช้เรียนเรื่องเกี่ยวกับดุลมวลสารและพลังงานที่เป็นพื้นฐานของวิศวกรรมเคมีในปีพ.ศ. ๒๕๒๘ เล่มนี้เป็นฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๔ ปีค.ศ. ๑๙๘๕ (พ.ศ. ๒๕๒๘)
  

จะว่าไปสถานการณ์ทางการเมืองของยุโรปในช่วงเวลานั้นเรียกว่าพร้อมที่จะเกิดสงครามได้ทุกเมื่อ ขึ้นอยู่กับว่าใครจะหาเหตุผลที่มีความชอบธรรม (ต้องมองแบบคนยุคสมัยนั้นนะ อย่างเอาความคิดปัจจุบันของเราไปตัดสิน) ในการเปิดฉากการรบก่อน สงครามโลกครั้งที่ ๑ จัดได้ว่าเป็นสงครามแรกที่มีทหารเสียชีวิตจากอาวุธในการรบมากกว่าจากโรคภัยไข้เจ็บในสนามรบ เป็นสงครามแรกที่มีการนำเอาปืนกลมาใช้จัดการทหารราบอย่างเป็นระบบ มีการใช้ปืนใหญ่จำนวนมากยิงถล่มสนามเพลาะของฝ่ายตรงข้าม

องค์ประกอบวัตถุระเบิดนั้นประกอบด้วยส่วนที่เป็นสารที่มีโครงสร้างทางเคมีที่เมื่อเกิดการสลายตัวหรือเผาไหม้จะคายพลังงานงานความร้อนออกมา และส่วนที่ทำหน้าที่จ่ายตัวออกซิไดซ์ (ปรกติก็คือออกซิเจน) ให้กับโครงสร้างส่วนที่เป็นเชื้อเพลิง ส่วนที่ทำหน้าที่จ่ายออกซิเจนนี้อาจเป็นสารคนละตัวกับส่วนที่จะเกิดการเผาไหม้ให้พลังงานความร้อน (เช่นดินปืน ที่มีผงถ่านเป็นเชื้อเพลิง และดินประสิวเป็นตัวจ่ายออกซิเจน) หรือเป็นสารที่มีทั้งส่วนที่ให้พลังงานและส่วนที่จ่ายออกซิเจนอยู่ในโมเลกุลเดียวกัน (เช่น TNT หรือ trinitrotoluene) อำนาจการทำลายล้างของวัตถุระเบิดอยู่ที่ "อัตรา" ในการคายพลังงาน ถ้าเทียบกันต่อหน่วยน้ำหนักแล้ว วัตถุระเบิดมีการคายพลังงานที่น้อยกว่าเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน แต่มี "อัตราการคายพลังงาน" ที่สูงกว่ามาก
  

โครงสร้างโมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นตัวจ่ายออกซิเจนที่เห็นได้ง่ายที่สุดเห็นจะได้แก่หมู่ไนเทรต (nitrate -NO₃) ในช่วงต้นศตวรรษที่ ๒๐ นั้น แหล่งแร่ที่ให้สารประกอบไนเทรตที่สำคัญอยู่ในประเทศชิลีที่อยู่อีกซีกโลกหนึ่งของยุโรป และเนื่องจากการที่ในขณะนั้นอังกฤษจัดได้ว่าเป็นประเทศที่มีแสนยานุภาพทางทะเลที่ใหญ่ที่สุดในโลก อังกฤษจึงได้เปรียบในการรบกับประเทศอื่นในยุโรปตรงนี้สามารถตัดการขนส่งสารประกอบไนเทรตที่จำเป็นสำหรับการผลิตวัตถุระเบิด ไม่ให้ขนส่งไปถึงประเทศคู่สงครามได้

ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นก็มีการนำเสนอทฤษฎีที่ว่าการเพิ่มจำนวนของสิ่งมีชีวิตนั้นเพิ่มขึ้นแบบอนุกรมเรคณิต ในขณะที่การเพิ่มกำลังการผลิตอาหารนั้นเพิ่มขึ้นแบบอนุกรมเลขคณิต ทฤษฎีนี้นำไปสู่การคิดค้นหาวิธีการในการจัดการกับศัตรูพืชและการเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่ การหาวิธีการกำจัดศัตรูพืชนำไปสู่การค้นคว้าวิจัยยาฆ่าแมลงรูปแบบต่าง ๆ ส่วนการหาทางเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่นั้นนำไปสู่การพัฒนาการทางด้านปุ๋ยเคมี
  

พื้นฐานงานวิจัยทางด้านยากำจัดศัตรูพืชนั้นนำไปสู่การพัฒนาทางด้านอาวุธเคมี ในขณะที่งานวิจัยทางด้านการหาทางเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่นั้นนำไปสู่การพัฒนาทางด้านการผลิตวัตถุระเบิด

แร่ธาตุตัวหนึ่งที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชแต่ไม่ค่อยมีในดินมากนั้นได้แก่ไนโตรเจน การเพิ่มธาตุไนโตรเจนให้กับดินนั้นทำได้โดยการใส่ปุ๋ยที่เป็นสารประกอบของไนโตรเจน เช่นปุ๋ยไนเทรต หรือปุ๋ยยูเรีย แต่สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นสนใจก็คืออากาศนั้นอุดมสมบูรณ์ไปด้วยไนโตรเจน ทำอย่างไรจึงจะเปลี่ยนไนโตรเจนในอากาศให้กลายเป็นสารประกอบไนโตรเจนที่พืชสามารถนำไปใช้งานได้ มุมมองหนึ่งที่มีการมองกันก็คือการนำเอาไนโตรเจนมาทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนให้กลายเป็นแอมโมเนีย (NH₃) ก่อน จากนั้นจึงค่อยทำการออกซิไดซ์แอมโมเนียไปเป็นสารอื่นเช่นไนเทรต
  

เยอรมันเป็นประเทศแรกที่ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไนโตรเจนและไฮโดรเจนด้วยกระบวนการฮาเบอร์ (Haber process หรือ Haber-Bosch process) แอมโมเนียที่ได้จากกระบวนการนี้สามารถนำไปทำปฏิกิริยาต่อเป็นสารประกอบไนเทรตเพื่อใช้ในการผลิตปุ๋ยไนเทรต หรือในอีกเส้นทางหนึ่งก็คือเป็นสารตั้งต้นเพื่อใช้ผลิต "วัตถุระเบิด" เมื่อกระบวนการนี้ประสบความสำเร็จ เยอรมันก็ไม่ต้องห่วงเรื่องไม่มีวัตถุดิบสำคัญในการผลิตวัตถุระเบิดอีกต่อไป
  

ในหน้า ๒๙๑ ของหนังสือที่ผมใช้เรียนเมื่อ ๒๙ ปีที่แล้วกล่าวไว้ว่าเยอรมันรอให้สามารถสังเคราะห์แอมโมเนียจากอากาศให้ได้ก่อน แล้วจึงค่อยหาเหตุผลในการประกาศสงคราม

 

สงครามโลกครั้งที่ ๑ ที่เปิดฉากกันด้วยการใช้ทหารราบเดินเท้าและทหารม้าขี่ม้าเข้าบุกฝ่ายตรงข้าม แต่ถูกโต้ตอบด้วยการใช้อาวุธปืนกล ทำให้นำไปสู่การรบในรูปแบบสนามเพลาะ สิ่งที่นักการทหารยุคนั้นพยายามคิดต้นก็คือทำอย่างไรจึงจะจัดการกับรังปืนกลของฝ่ายตรงข้ามได้ เพื่อให้ทหารราบเดินเท้าของฝ่ายตนนั้นรุกคืบไปข้างหน้าได้ และยุทธวิธีหนึ่งที่ได้ผลที่อังกฤษนำมาใช้เป็นประเทศแรกคือการใช้รถถัง (tank) ที่เป็นยานยนต์หุ้มเกราะติดอาวุธปืน ด้วยการใช้รถถังสนับสนุนการบุกของทหารราบด้วยการให้รถถังบุกเข้าไปยิงทำลายรังปืนกลฝ่ายตรงข้าม ทำให้ทหารราบสามารถรุกคืบผ่านแนวป้องกันของศัตรูได้
  

สงครามโลกครั้งที่ ๑ จบลงด้วยชัยชนะของอังกฤษและฝรั่งเศส บนความพ่ายแพ้ของฝ่ายเยอรมัน ถ้าชัยชนะทำให้เกิดความเชื่อมั่นและยึดติด ความพ่ายแพ้ก็ทำให้เกิดการนำความผิดพลาดนั้นกลับมาพิจารณาทบทวนใหม่
  

อังกฤษเป็นประเทศแรก ๆ ที่พัฒนาแนวความคิดเรื่องการจัดกองทัพรถถังให้เป็นกองกำลังที่เป็นกลุ่มก้อนขนาดใหญ่ แทนการใช้งานอย่างกระจัดกระจายในการสนับสนุนทหารราบ แต่แนวความคิดนี้กลับไม่ได้รับการพัฒนาต่อโดยกองทัพอังกฤษ ผู้ที่นำแนวความคิดนี้ไปพัฒนาต่อจนใช้งานได้อย่างประสบความสำเร็จกลับเป็นนายทหารเยอรมันชื่อ Heinz Guderian ที่แนะนำให้จัดกำลังรถถังใหญ่ในระดับกองพล เพื่อใช้ในการรบทะลวงแนวต้านทานของข้าศึก ตัดทหารในแนวหน้าของข้าศึกจากการสนับสนุนทางด้านหลัง
  

แนวความคิดของ Guderian นี้เมื่อนำไปทดสอบในการซ้อมรบก็พบว่าใช้งานได้ดี แต่ปัญหาใหญ่ที่เยอรมันประสบก็คือรถถังใช้ "น้ำมัน" เป็นเชื้อเพลิง แต่เยอรมันเองไม่มีน้ำมัน มีแต่ "ถ่านหิน" ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับรถไฟได้ แต่ใช้กับรถถังไม่ได้ ดังนั้นจึงเกิดคำถามขึ้นมาว่าจะทำอย่างไรจึงจะเปลี่ยนถ่านหินให้กลายเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวได้

ถ่านหินเป็นสารประกอบที่มีสัดส่วน C ในโมเลกุลสูงมากในขณะที่มี H อยู่น้อยมาก ในขณะที่เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวนั้นมีสัดส่วนโดยโมลของ C ต่อ H อยู่ที่ประมาณ 1:2 เทคโนโลยีที่นักวิทยาศาสตร์เยอรมันในยุคสมัยนั้นพัฒนาขึ้นมาเพื่อเปลี่ยนถ่านหินเป็นน้ำมันมีอยู่ ๒ เทคโนโลยีด้วยกันคือ Fischer-Tropsch process และ Coal liquefaction process
  

Fischer-Tropsch process เริ่มจากการเปลี่ยนถ่านหินให้กลายเป็นแก๊ส CO ก่อน จากนั้นจึงค่อยนำ CO มาทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย ส่วน Coal liquefaction process นั้นคือการเติมไฮโดรเจนเข้าไปที่โมเลกุลของถ่านหิน ทำให้โมเลกุลถ่านหินมีความอิ่มตัวมากขึ้นและแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงจนกลายเป็นของเหลว กระบวนการนี้ก็ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน
  

ในการนำไปใช้งานได้นั้น ไม่ว่าจะเป็น Haber process หรือ Fischer-Tropsch process หรือ Coal liquefaction process จำเป็นต้องมีการขยายขนาดจากห้องปฏิบัติการมาเป็นโรงงานผลิตให้ได้ ซึ่งงานตรงนี้เป็นหน้าที่ของวิศวกรเคมี ในหนังสือเรียนที่ผมนำมาให้ดูนั้นก็กล่าวเอาไว้ว่า ทางเยอรมันเองก็รอให้กระบวนการเปลี่ยนถ่านหินเป็นน้ำมันนี้ประสบความสำเร็จก่อน จึงค่อยเปิดฉากใช้ยุทธการ Blitzkrieg บุกโปแลนด์และฝรั่งเศส นำไปสู่การรบที่เป็นตำนานมาจนถึงปัจจุบัน
  

การทำความเข้าใจโลกหลังสงครามโลกครั้งที่ ๒ จำเป็นต้องเข้าใจว่าสงครามโลกครั้งที่ ๒ เกิดได้อย่างไร ซึ่งต้องไปทำความเข้าใจว่าสงครามโลกครั้งที่ ๑ นั้นสิ้นสุดลงอย่างไร ซึ่งต้องไปทำความเข้าใจอีกว่าอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดสงครามโลกครั้งที่ ๑ และต้องไปทำความเข้าใจเหตุการณ์ทางการเมืองในยุโรปในช่วงหลังสงครามนโปเลียนสิ้นสุดและสงครามปรัสเซีย-ฝรั่งเศสสิ้นสุด ประวัติศาสตร์เป็นเช่นนี้เกี่ยวพันย้อนขึ้นไปเรื่อย ๆ

เดือนนี้เป็นเดือนครบรอบ ๑๐๐ ปีสาเหตุที่จุดชนวนให้สงครามโลกครั้งที่ ๑ เริ่มเกิด และที่สำคัญก็คือ สงครามโลกทั้งสองครั้งที่มีคนล้มตายเป็นจำนวนมากนั้น วิศวกรรมเคมีต่างมีบทบาทเบื้องหลังที่สำคัญในการทำให้ข้อจำกัดในการทำสงครามนั้นถูกทำลายลง