หายนะที่ Bhopal กับปฏิกิริยาเคมีที่เกิด ตอนที่ ๒ ปฏิกิริยาการรวมตัวกันของ Methyl isocyanate MO Memoir : Saturday 4 October 2557

เนื้อหาในตอนนี้เป็นตอนต่อจาก Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๘๗๒ วันพฤหัสบดีที่ ๒ ตุลาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "หายนะที่ Bhopal กับปฏิกิริยาเคมีที่เกิด ตอนที่ ๑ ปฏิกิริยาระหว่าง Methyl isocyanate กับน้ำ"

สารเคมีจำนวนไม่น้อยที่สามารถเกิดปฏิกิริยากับโมเลกุลของพวกเดียวกันเองเมื่ออยู่ในสภาวะที่เหมาะสม เช่นเมื่ออุณหภูมิสูงพอและ/หรือมีตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมด้วย ตัวอย่างของปฏิกิริยาเช่นนี้ได้แก่

๑. ปฏิกิริยาการสลายตัว (decomposition) ที่มักเกิดกับสารที่มีค่า Enthalpy of formation สูง เช่น อะเซทิลีน (C₂H₂) เอทิลีนออกไซด์ (C₂H₄O) เอทิลีน (C₂H₄) เป็นต้น ในการสลายตัวของสารเหล่านี้จะมีการปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมา
  

๒. ปฏิกิริยาการรวมตัวกันหรือต่อเข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้น ปฏิกิริยาเช่นนี้มักเกิดกับสารที่มีพันธะไม่อิ่มตัวอยู่ในโมเลกุล ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือพันธะ C=C ของพวกโอเลฟินส์ต่าง ๆ ที่เรานำมาผลิตเป็นพอลิเมอร์พอลิโอเลฟินส์ต่าง ๆ อีกพวกหนึ่งที่เกิดปฏิกิริยาเช่นนี้ได้คือพวกที่มีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถหลอมรวมกับหมู่ฟังก์ชันของอีกโมเลกุลหนึ่งได้ มากกว่า ๑ หมู่ในโมเลกุลเดียว เช่นพวกไกลคอลหรืออีพอกไซด์ ปฏิกิริยาการต่อโมเลกุลเล็ก ๆ เข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นนั้นก็เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนเช่นเดียวกัน

ปฏิกิริยาระหว่าง MIC (Methyl isocyanate) กับน้ำเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ปริมาณความร้อนที่เกิดจะขึ้นอยู่กับปริมาณสารตั้งต้นตัวที่มีน้อยที่สุด อย่างเช่นกรณีการเกิดอุบัติเหตุที่ Bhopal น้ำเป็นสารตั้งต้นที่มีจำกัด ดังนั้นปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำจะถูกจำกัดเอาไว้ด้วยปริมาณน้ำที่รั่วไหลเข้าไปในถังเก็บ
  

แต่ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาการรวมตัวกันเองของ MIC นั้นถูกจำกัดเอาไว้ด้วยปริมาณ MIC ทั้งหมดที่มีอยู่ในถัง ซึ่งปริมาณ MIC ที่เหลือจากการทำปฏิกิริยากับน้ำมีมากกว่าปริมาณมากกว่าปริมาณที่ทำปฏิกิริยากับน้ำได้พอดีอยู่มาก ดังนั้นในกรณีของอุบัติเหตุที่ Bhopal จึงมีคำถามหนึ่งที่เกิดขึ้นตามมาก็คือ "ความร้อนและ/หรือผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำ สามารถไปกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาการหลอมรวมตัวกันของ MIC ได้หรือไม่"

เนื้อหาใน Memoir ฉบับนี้นำมาจากเอกสารที่มีชื่อว่า "Review of Methyl isocyanate (MIC) production at the Union Carbide Facility Institute, West Virginia, April 15, 1985" โดยมีคำบรรยายว่าเป็นรายงานของ Federal-State Task Force Report Reivew of Methyl Isocyanate (MIC) Production at the Union Carbide Corporation Facility Instutute, West Virgiania โดยใน Attachment I ของเอกสารฉบับนี้ได้นำเอาเอกสารเรื่อง "Bhopal methyl isocyanate incident investigation team report : March, 1985, Union Carbide Corporation, Danbury, Connecticut" มาแนบไว้ (ดูเหมือนว่า Attachment I เป็นรายงานฉบับที่จัดทำขึ้นโดย Union Carbide) เข้าใจว่าสาเหตุที่ต้องมีการตรวจสอบก็เพราะโรงงานในสหรัฐอเมริกาและที่ Bhopal นั้นเป็นโรงงานผลิตรูปแบบเดียวกัน ดังนั้นถ้าสาเหตุที่ Bhopal เกิดจากการผิดพลาดในการออกแบบ ก็จะกระเทือนมาถึงโรงงานอื่นที่มีรูปแบบโรงงานแบบเดียวกันด้วย
  

สำหรับบริษัทที่ขายเทคโนโลยีเกี่ยวกับกระบวนการผลิต เมื่อมีอุบัติเหตุเกิดขึ้นก็จำเป็นที่จะต้องมีการสอบสวนหาสาเหตุที่เกิดว่าเกิดจากอะไร เช่น

- เกิดจากความผิดพลาดในการปฏิบัติงานของพนักงานปฏิบัติงาน

- เกิดจากความผิดพลาดในการก่อสร้างและ/หรือความไม่เรียบร้อยในการซ่อมบำรุง

- เกิดจากสิ่งปฏิกิริยาเคมีที่ไม่เคยรู้มาก่อนว่าเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลาที่ผ่านมา ทำให้ไม่รวมอยู่ในการออกแบบ

- เกิดจากการก่อวินาศกรรม

- ฯลฯ

ถ้าเป็นความผิดพลาดที่เกิดจากการปฏิบัติงานหรือการซ่อมบำรุง หรือจากการก่อวินาศกรรม ทางบริษัทที่ขายเทคโนโลยีกระบวนการผลิตก็มีข้อแก้ตัวได้ว่าไม่ใช่ความผิดเนื่องจากการออกแบบของเขา (ทั้ง ๆ ที่ในความจริงอาจสามารถทำการออกแบบเพื่อป้องกันหรือลดความผิดพลาดเนื่องจากการปฏิบัติงานให้ลดต่ำลงได้)
  

แต่ถ้าพบว่าเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีที่ไม่เคยรู้มาก่อนว่าเกิดขึ้นได้ หรือเกิดจากความผิดพลาดในการออกแบบ มันจะกระเทือนถึงโรงงานทุกโรงงานที่ใช้เทคโนโลยีกระบวนการผลิตแบบเดียวกัน ที่อาจต้องหยุดเดินเครื่องเพื่อทำการปรับปรุง หรืออาจถึงขั้นต้องหาเทคโนโลยีอื่นมาใช้แทน
  

ที่เห็นได้ชัดคือเวลาที่มีเครื่องบินโดยสารตก จำเป็นต้องมีการรีบหาสาเหตุของการตกนั้น เพราะถ้าสาเหตุนั้นเกิดจากความผิดพลาดในการออกแบบ จะได้รีบทำการแก้ไขก่อนที่จะเกิดอุบัติเหตุแบบเดียวกันขึ้นมาอีก และจำเป็นต้องห้ามไม่ให้เครื่องบินรุ่นนั้นขึ้นบิน จนกว่าความบกพร่องที่เป็นสาเหตุทำให้เครื่องบินตกนั้นได้รับการแก้ไขเรียบร้อยแล้ว และถ้าเครื่องบินของผู้ผลิตรายใดประสบกับปัญหาเช่นนี้บ่อยครั้ง ก็จะส่งผลถึงความน่าเชื่อถือในผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตนั้นด้วย

ก่อนอื่น เรามาพิจารณาปฏิกิริยาการหลอมรวมตัวกันของ MIC ก่อน

- ปฏิกิริยาการสลายตัว (หรือการรวมตัวกันเอง) ของ methyl isocyanate

ในสภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม โมเลกุลของ MIC หลายโมเลกุลสามารถต่อรวมกันเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นได้ โดยการเชื่อมต่อโมเลกุลนี้จะมีการคายพลังความร้อนออกมา และหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากการต่อโมเลกุล MIC เข้าด้วยกันเกิดจาก MIC 3 โมเลกุลรวมตัวกันเป็นสารประกอบ trimer ที่เป็นวงที่มีชื่อว่า Trimethyl isocyanurate และตัวเร่งปฏิกิริยาตัวหนึ่งที่สามารถทำให้เกิดการเชื่อมต่อโมเลกุล MIC เกิดเป็น trimer ดังกล่าวได้ก็คือไอออนของโลหะเหล็ก Fe³⁺ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็น Lewis acid (ดูข้อความในเอกสารที่แนบมาหน้า ๑๗)

ด้วยเหตุนึ้ MSDS (Material Safety Data Sheet) ของ MIC จึงไม่แนะนำให้เก็บ MIC ในถังเหล็กกล้า (Steel drum) เพราะเหล็กกล้าอาจขึ้นสนิมทำให้เกิดไอออน Fe³⁺ ได้ ถ้าจะเก็บในถังเหล็กกล้าก็ต้องมีการบุภายใน (ที่เรียกว่า lining) ด้วยวัสดุที่ไม่ทำปฏิกิริยากับ MIC หรือเกิดการเสื่อมสภาพที่ทำให้เกิดสารประกอบที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการรวมตัวเป็น trimer ของ MIC ได้

หรือไม่ก็ต้องเก็บ MIC ในถังเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel)

แต่เนื่องจากมีการตรวจพบการเกิด trimer ในสารที่หลงเหลืออยู่ในถังเก็บในปริมาณที่มาก คิดเป็นสัดส่วนประมาณครึ่งหนึ่งของสารที่ค้างอยู่ในถังเก็บ (ดูรายงานหน้า ๑๔) จึงทำให้ต้องมีการตรวจสอบว่าสารประกอบเหล็กที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าว เข้าไปอยู่ในถังเก็บได้อย่างไร (รายงานของ Union Carbide เองก็กล่าวไว้ว่าแม้ว่าจะพบ trimer ในปริมาณที่มากที่สุด แต่ก็ยังมีสารตัวอื่นปะปนอยู่ด้วยอีก ทำให้การอธิบายการเกิดสารต่าง ๆ ที่ตรวจพบจากตัวอย่างที่เก็บมาได้นั้นจำเป็นต้องใช้ปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนมาอธิบาย และยังได้ทำการทดลองจำลองเหตุการณ์เพื่อหาว่าสมมุติฐานที่ตั้งขึ้นมานั้นสามารถทำให้เกิดผลลัพท์ดังที่ตรวจพบในที่เกิดเหตุได้หรือไม่ด้วย)

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) นั้นแม้ว่าจะทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าธรรมดา (Steel) แต่เหล็กกล้าไร้สนิมก็มีจุดอ่อนเหมือนกันคือสามารถถูกกัดกร่อนได้ด้วยแก๊สคลอรีน (Cl₂) ที่ชื้น (ที่เล่นงานเหล็กกล้าไร้สนิมได้โดยตรง) หรือด้วยคลอไรด์ไอออน (Cl^-) ในน้ำด้วยรูปแบบการกัดกร่อนที่ทำให้เกิดเป็นหลุมลึกหรือที่เรียกว่า pitting ได้ ปัญหาการเกิดการกัดกร่อนแบบ pitting นี้มักเกิดถ้าหาก ณ บริเวณใดบริเวณหนึ่งบนผิวโลหะมีความเข้มข้นของ Cl^- สูงมากกว่าบริเวณอื่น จะทำให้เกิดเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีเนื่องจากผลต่างความเข้มข้น
  

ตรงนี้ขอกลับมาทบทวนเรื่องเซลล์ไฟฟ้าเคมีสักนิดนึง การเกิดเซลล์ไฟฟ้าเคมีนั้นไม่จำเป็นที่ขั้วโลหะสองขั้วนั้นต้องทำจากโลหะต่างชนิดกัน เซลล์ไฟฟ้าเคมียังสามารถเกิดจากขั้วโลหะที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกันที่จุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดเดียวกัน แต่ความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ณ บริเวณขั้วโลหะสองตำแหน่งนั้นแตกต่างกันได้ เช่นในกรณีของถังเก็บน้ำสแตนเลส (ชื่อที่เราเรียกกันติดปากสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม) ที่ใช้เก็บน้ำประปานั้น ถ้าหากในถังนั้นไม่มีตะกอนใด ๆ ตกค้างอยู่และน้ำมีการไหลหมุนเวียนอย่างทั่วถึง จะไม่เกิดปัญหาการผุกร่อนของเหล็กสแตนเลส แต่ถ้าหากมีตะกอนของแข็งตกค้างในถังและไม่มีการพัดชะพาออกไป จะเกิดการผุกร่อนแบบ pitting บริเวณที่มีของแข็งตกค้างอยู่เป็นเวลานานเนื่องจากความเข้มข้นของ Cl^- บริเวณที่อยู่ใต้อนุภาคนั้นสูงกว่าบริเวณโดยรอบ เนื้อโลหะจะผุเฉพาะตรงบริเวณใต้อนุภาคจนทะลุได้ โดยที่ไม่มีการผุกร่อนของเนื้อโลหะบริเวณรอบ ๆ

ตามรายงานของ Union Carbide นั้นคาดการณ์ว่า การรั่วไหลของน้ำเข้าไปในถังเก็บ MIC ที่มี chloroform ปนอยู่ ทำให้ chloroform เกิดการสลายตัวเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับ MIC ทำให้เกิด Cl^- และ HCl ขึ้นได้ และสารสองตัวนี้ต่างก็เป็นตัวที่สามารถกัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิมทำให้เกิดเป็นสารประกอบ FeCl₃ (Ferric chloride หรือ Iron (III) chloride) ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้โมเลกุล MIC รวมตัวกันเป็น trimer ได้
  

ในสารคดี Second from disaster ที่มีการสัมภาษณ์ผู้สอบสวนทางฝ่ายอินเดียนั้นก็มีการกล่าวถึงการพบสารประกอบของเหล็กและผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการรวมตัวกันของ MIC เช่นกัน
  

และเนื่องจากในถังเก็บนั้นยังมี MIC ที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยากับน้ำอยู่อีกเป็นจำนวนมาก ดังนั้นโดยความเห็นส่วนตัวแล้วคาดว่าปฏิกิริยานี้น่าจะเป็นปฏิกิริยาหลักที่ทำให้เกิดความร้อนสูงจนทำให้ MIC รั่วไหลอย่างต่อเนื่องออกมาจากถังเก็บนานถึง ๒ ชั่วโมงได้

ดังนั้นเหตุการหายนะที่ Bhopal จึงพอจะสรุปลำดับสั้น ๆ ได้ดังนี้

- มี chloroform ปนเปื้อนในปริมาณสูงในถังเก็บ MIC (น่าจะเป็นจากความบกพร่องในการปฏิบัติงาน)

- มีน้ำรั่วไหลเข้าไปในถังเก็บ MIC (สาเหตุไม่เด่นชัดว่าเกิดจากเหตุใด)

- ความร้อนจากปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำทำให้ chloroform สลายตัว เกิด HCl และ Cl^- ที่กัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้ทำถังเก็บได้ ทำให้เกิดสารประกอบ FeCl₃ ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้โมเลกุล MIC ต่อรวมกันเป็น trimer ได้

- ปฏิกิริยาการรวมตัวกันของ MIC เป็น trimer ปลดปล่อยความร้อนออกมาเพิ่มขึ้น เท่ากับเป็นการเร่งปฏิกิริยาการกัดกร่อนถังเก็บและการรวมตัวกันของ MIC และปฏิกิริยาปลีกย่อยอื่น ๆ ที่ต่างเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนตามมาอีก

- ความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาต่าง ๆ ทำให้ MIC เดือดและเกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊ส ทำให้ความดันในถังเก็บเพิ่มสูงขึ้นจาก rupture disc แตกออก ทำให้แก๊สต่าง ๆ ที่อยู่ในถังเก็บระบายออกทางระบบระบายแก๊ส

- อุปกรณ์นิรภัยของระบบระบายแก๊สไม่ว่าจะเป็น wet scrubber และ flare ไม่ทำงาน แก๊สพิษจึงรั่วออกสู่ภายนอกโรงงาน

- โศกนาฏกรรมของชาวเมือง Bhopal

หายนะที่ Bhopal กับปฏิกิริยาเคมีที่เกิด ตอนที่ ๑ ปฏิกิริยาระหว่าง Methyl isocyanate กับน้ำ MO Memoir : Thursday 2 October 2557

เมื่อปลายเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา ผมมีโอกาสได้ไปเข้ารับการอบรมเรื่อง Process Safety Management ที่วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย โดยวิทยากรผู้บรรยายเป็นวิศวกรเครื่องกลที่มีประสบการณ์การทำงานในโรงกลั่นน้ำมันและอุตสาหกรรมปิโตรเคมีมานาน ต้องยอมรับเลยครับว่าวิทยากรผู้บรรยายนั้นสามารถสื่อสารให้ผู้ฟังมองเห็นภาพได้ชัดแม้ว่าในบางช่วงของการบรรยายจะประสบกับปัญหาเครื่องฉายภาพไม่ทำงาน แต่ทั้งนี้ผู้ฟังต้องเป็นผู้ที่มีประสบการณ์ในโรงงานมาบ้างจึงจะมองเห็นภาพอุปกรณ์และการทำงานต่าง ๆ ได้ชัดเจน
  

ในช่วงหนึ่งของการบรรยาย วิทยากรได้นำเอาคลิปวิดิโอสารคดีเรื่อง Second from disaster ตอน Bhopal มาให้ผู้เข้ารับการอบรมได้ชมเป็นตัวอย่างความผิดพลาดของการทำงานที่แม้ว่าจะมีระบบรักษาความปลอดภัยป้องกันเอาไว้ถึง ๓ ชั้น แต่ก็ยังสามารถเกิดปัญหาที่ระบบรักษาความปลอดภัยทั้ง ๓ ชั้นนั้น เมื่อเกิดความต้องการใช้งานจริงกลับไม่สามารถใช้งานได้เลยสักชิ้น
  

หายนะที่เมือง Bhopal ประเทศอินเดียเกิดขึ้นในวันที่ ๓ ธันวาคม ปีค.ศ. ๑๙๘๔ (พ.ศ. ๒๕๒๗) ซึ่งนับถึงวันนี้ก็ขาดอีกเพียงแค่สองเดือนก็จะครบรอบ ๓๐ ปีแล้ว เรื่องนี้เคยเล่าเอาไว้ก่อนหน้านี้บ้างแล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๘๔ วันอังคารที่ ๓ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๕๒ แต่ตอนนั้นกล่าวถึงเพียงแค่การนำสารตั้งต้น ๓ ชนิดมาทำปฏิกิริยาเชื่อมต่อกันนั้น การเลือกสารคู่แรกที่จะเชื่อมต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันก่อนที่เหมาะสมก็สามารถที่จะหลีกเลี่ยงการเกิดหายนะได้

ในระหว่างการอภิปรายหลังการบรรยายนั้น มีอยู่ประเด็นหนึ่งที่ผมเห็นต่างไปจากวิทยากรอยู่บ้าง คือที่มาของปริมาณ "ความร้อน" ที่ทำให้ methyl isocyanate (หรือที่เรียกย่อว่า MIC) ร้อนจนเดือด ทำให้ความดันในถังเก็บเพิ่มสูงขึ้นมาก จนทำให้เกิดการระบายความดันผ่านทาง rupture disc ออกสู่บรรยากาศภายนอก

เป็นที่ทราบกันทั่วไปว่าสาเหตุที่ทำให้ MIC ในถังเก็บร้อนขึ้นนั้นเริ่มจากการที่มีน้ำรั่วไหลเข้าไปในถังเก็บ MIC เป็นสารที่ทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรุนแรง เกิดการสลายตัวและให้ความร้อนออกมา ซึ่งตรงนี้ทำให้หลายต่อหลายคนคิดว่านี่เป็นสาเหตุเดียวที่ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากในถังเก็บนั้น แต่จะว่าไปแล้วสิ่งที่สารคดีที่กล่าวมาข้างต้นนั้นนำเสนอ และจากข้อมูลต่าง ๆ ที่ค้นได้ทางอินเทอร์เน็ต ก็บอกเอาไว้ค่อนข้างชัดเจนว่า นั่นเป็นเพียงแค่จุดเริ่มต้นของการเกิดปฏิกิริยาทั้งหมด
  

การสอบสวนอุบัติเหตุที่ Bhopal นั้นอยู่ภายใต้การควบคุมของรัฐบาลอินเดีย โดยบริษัท Union Carbide ที่เป็นเจ้าของเทคโนโลยีนั้นไม่ได้มีโอกาสเข้าไปร่วมในการสอบสวน แต่เนื่องจากทาง Union Carbide เองก็มีโรงงานรูปแบบเดียวกันที่ตั้งอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกา ทำให้ทาง Union Carbide เองต้องทำการสอบสวนด้วยว่าความผิดพลาดดังกล่าวเกิดจากอะไร เพราะถ้าความผิดพลาดดังกล่าวเกิดจากการออกแบบโรงงาน ก็จะกระเทือนไปถึงโรงงานอื่นรูปแบบเดียวกันที่กำลังเดินเครื่องผลิตอยู่ด้วย
  

ตอนแรกคิดว่าจะจบเรื่องนี้ใน Memoir ฉบับเดียว แต่พอลงมือเขียนแล้วปรากฏว่ามันทำท่าจะยาวถึง ๒๐ หน้า ก็เลยต้องขอตัดเป็นสองตอน โดยตอนที่ ๑ นี้ผมแบบภาพเอกสาร ที่เป็นเนื้อหาที่ปรากฏในหน้า ๘๓ ของหนังสือ "Ethical Choices in Business", 2nd edtion เขียนโดย R.C. Sekhar มาให้ดูด้วย หนังสือนี้มีให้ดูเพียงแค่บางหน้าในอินเทอร์เน็ตแต่ก็โชคดีที่หน้าที่ให้ข้อมูลเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดนั้นเปิดให้ดูฟรี
  

เกริ่นมาหน้านึงแล้ว ทีนี้เรามาเข้าเรื่องกันเลยดีกว่า

- การสังเคราะห์ methyl isocyanate (MIC)

MIC สังเคราะห์จากปฏิกิริยาในเฟสแก๊สระหว่าง monomethylamine กับ phosgene ที่อุณหภูมิสูง ได้ MIC และ HCl ดังปฏิกิริยาข้างล่าง

ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจะถูกทำให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว (เอกสารของ Union Carbide ใช้คำว่า "quench") ด้วย "Chloroform - CHCl₃" แผนผังอย่างง่ายของกระบวนการผลิต MIC แสดงข้างล่าง โดยนำมาจากเอกสารของบริษัท Union Carbide ซึ่งจะคัดเนื้อหาบางส่วนมาให้ดูใน Memoir ฉบับถัดไปที่เป็นตอนที่ ๒ ของเรื่องนี้

และ chloroform ตัวนี้แหละ เป็นอีกตัวหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญของปฏิกิริยาเคมีที่นำไปสู่หายนะครั้งใหญ่

  
- ปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำ

MIC ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ เกิดการสลายตัวและให้ความร้อนออกมา ส่วนผลิตภัณฑ์ที่เกิดจะได้อะไรนั้นขึ้นอยู่กับสัดส่วนระหว่าง MIC กับน้ำ ถ้ามีน้ำเยอะก็จะได้ 1,3-dimethylurea แต่ถ้าน้ำน้อยก็จะได้ 1,3,5-trimethylurea ดังสมการในรูปข้างล่าง (สมการนำมาจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_isocyanate แต่รูปนี้ผมวาดขึ้นมาใหม่)

แต่ทั้งสองปฏิกิริยาก็คายความร้อนออกมาทั้งคู่

ปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำนี้ทางโรงงานผลิตนำมาใช้ประโยชน์ในการกำจัด MIC ที่อาจมีการระบายออกจากถังเก็บ ด้วยการติดตั้ง scrubber ที่ฉีดพ่นน้ำ (และเบส เพื่อช่วยเร่งการสลายตัว) ไว้ในระบายแก๊สออกสู่บรรยากาศ และยังเป็นขั้นตอนหนึ่งของโรงงานในการจัดการกับ MIC ที่รั่วไหลออกมาข้างนอกด้วยการฉีดเป็นม่านน้ำป้องกัน
  

ประเด็นที่ผมเห็นต่างไปจากวิทยาการในวันนั้นคือ "ปริมาณความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำนั้น มากเพียงพอที่จะทำให้ MIC ในถังเดือดจนความดันสูงขึ้นมากจน ruture disc เปิดออกได้หรือไม่"

เหตุการณ์ที่เกิดที่ Bhopal นั้นเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในถังเก็บน้ำเกิดจากการมีน้ำรั่วเข้าไปทำปฏิกิริยากับ MIC ที่อยู่ในถังเก็บ ส่วนน้ำรั่วเข้าไปได้อย่างไรนั้นก็มีอยู่หลายสมมุติฐาน ทางฝ่ายสอบสวนของอินเดียก็สรุปเอาไว้อย่างหนึ่ง ทางบริษัท Union Carbide เจ้าของกระบวนการผลิตเองก็กล่าวเอาไว้อีกอย่างหนึ่ง
  

แต่ตัวเลขที่มีการให้ไว้ก็ให้ตัวเลขประมาณที่ใกล้เคียงกัน คือมีน้ำประมาณเกือบ 1,000 kg รั่วเข้าไปในถังเก็บที่มี MIC อยู่ประมาณ 40,000 kg และ chloroform อีกประมาณ 1,300 kg
  

ในกระบวนการผลิตตามปรกตินั้น จะทำการแยก MIC และ chloroform ออกจากกันก่อนที่จะส่ง MIC ไปเก็บไว้ในถังเก็บ ดังนั้น MIC ในถังเก็บอาจมีการปนเปื้อน chloroform อยู่บ้าง แต่ไม่ใช่มีมากจนเป็นระดับพันกิโลกรัมเช่นนี้
  

ประเด็นแรกที่ผมเห็นว่าควรพิจารณาก่อนคือ "อัตรา" การรั่วไหลของน้ำเข้าไปในถังเก็บว่า "รั่วไหลเข้าไปอย่างรวดเร็ว" หรือ "ค่อย ๆ รั่วซึมเข้าไป"
  

ในกรณีของเหตุการณ์ที่ Bhopal ไม่มีข้อสรุปที่ตรงกันว่าน้ำเข้าไปในถังเก็บรวดเร็วแค่ไหน (บางรายงานกล่าวว่าเป็นการจงใจเติมเข้าไปเพื่อก่อความเสียหายให้กับทางโรงงาน) โดยความเห็นส่วนตัวนั้นถ้าน้ำค่อย ๆ รั่วซึมเข้าไปในถังเก็บ ความร้อนที่เกิดขึ้นในถังก็จะเกิดขึ้นทีละน้อย ๆ และไม่ควรมากพอที่จะทำให้ MIC ส่วนที่เหลือเดือดกลายเป็นไอได้มากในเวลาอันสั้น จนทำให้ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว
  

แต่ถ้าน้ำรั่วเข้าไปเป็นปริมาณมาก ๆ ในเวลาอันสั้น ก็เป็นไปได้ที่จะทำให้ MIC ที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยากับน้ำนั้นร้อนจนเดือดกลายเป็นไอได้ ทำให้ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น แต่ตรงประเด็นนี้ก็มีคำถามเกิดขึ้นคือ

"ถ้าความร้อนที่เกิดขึ้นในระบบนั้นเกิดจากปฏิกิริยาระหว่า MIC กับน้ำเท่านั้น และเนื่องจากน้ำมีปริมาณน้อยกว่า MIC มาก ความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นสามารถทำให้ MIC ระเหยได้มากน้อยเท่าใด และมากเพียงพอที่จะทำให้ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น และสามารถทำให้ MIC เดือดจนระเหยกลายเป็นไอได้ต่อเนื่องเป็นเวลานานหรือไม่"
  

ถ้าจะให้เปรียบเทียบก็คงต้องขอให้นึกภาพการผสมกรดเข้มข้น (เช่นกรดกำมะถัน) กับน้ำ สำหรับผู้ที่ทำงานในห้องปฏิบัติการเคมีแล้วเวลาเจือจางกรดก็มักจะค่อย ๆ เท "กรด" เข้มข้นลงในน้ำ ไม่ใช่เท "น้ำ" ลงในกรดเข้มข้น เพราะว่าในระหว่างการผสมกันระหว่างน้ำกับกรดเข้มข้นนั้นจะมีการคายความร้อนออกมามาก การเทกรดลงไปในน้ำ ถ้าความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นทำให้น้ำเดือด สิ่งที่จะกระเด็นออกมาคือกรดเจือจาง แต่ถ้าเทน้ำลงไปในกรด สิ่งที่จะกระเด็นออกมาคือกรดเข้มข้น
  

แต่ถ้าเราอยากเทน้ำลงไปในกรดเข้มข้นก็กระทำได้ แต่ต้องค่อย ๆ เทลงไปทีละน้อย ๆ อย่างช้า ๆ เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นทีละน้อย ๆ ความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะเกิดขึ้นทีละน้อย ๆ และจะถูกของเหลวดูดซับเอาไว้โดยที่ตัวของเหลวนั้นไม่เดือด และค่อย ๆ ระบายความร้อนนั้นออกสู่สิ่งแวดล้อมได้ทันเวลา สารละลายที่ได้ก็จะไม่ร้อนขึ้นมาก ถ้าใช้วิธีการเช่นนี้เราก็จะสามารถเทน้ำปริมาณมากลงสู่กรดเข้มข้นได้โดยที่สารผสมระหว่างกรดเข้มข้นกับน้ำนั้นไม่ร้อนจนเดือด

ดังนั้นถ้าจะสรุปว่าความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นมาจากปฏิกิริยาระหว่าง MIC กับน้ำเท่านั้น ก็ต้องพิสูจน์ให้ได้ว่ามีน้ำปริมาณที่มากรั่วเข้าไปในถังเก็บในเวลาอันสั้น และความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานั้นมากเพียงพอที่จะทำให้ MIC เดือดกลายเป็นไอที่มีปริมาณมากจนทำให้ความดันในถังเก็บสูงมากพอที่จะทำให้ rupture disc เปิดออก และยังทำให้ของเหลวในถังนั้นเดือดกลายเป็นไอต่อเนื่องต่อไปอีก
  

MIC มีน้ำหนักโมเลกุล 57 ส่วนน้ำมีน้ำหนักโมเลกุล 18 ในกรณีของการเกิด dimethyl urea นั้นน้ำ 1 โมลทำปฏิกิริยากับ MIC 2 โมล หรือคิดเป็นอัตราส่วนโดยน้ำหนักระหว่างน้ำกับ MIC คือ 1:6.3 ดังนั้นน้ำที่รั่วเข้าไป 1,000 kg ก็จะทำปฏิกิริยากับ MIC ได้ประมาณ 6,300 kg (จากทั้งหมดประมาณ 40,000 kg) ส่วนในกรณีของการเกิด trimethyl urea นั้นน้ำ 1 โมลทำปฏิกิริยากับ MIC 3 โมล หรือคิดเป็นอัตราส่วนโดยน้ำหนักระหว่างน้ำกับ MIC คือ 1:9.5 ดังนั้นน้ำที่รั่วเข้าไป 1,000 kg ก็จะทำปฏิกิริยากับ MIC ได้ประมาณ 9,500 kg Union Carbide เองประมาณว่ามี MIC ที่ไม่ทำปฏิกิริยารั่วไหลออกมาจากถังเก็บประมาณ 24,500 kg ในเวลาสองชั่วโมงร่วมกับผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาอีกประมาณ 12,000 kg

การพิจารณาปฏิกิริยาที่เกิดตรงนี้ผมเห็นว่ามีข้อควรคำนึงนิดนึง คือถ้าเรามองภาพรวมทั้งถังจะเห็นว่าเรามีสัดส่วนของ MIC มากกว่าปริมาณน้ำที่รั่วเข้าไปมาก แต่ถ้าเราพิจารณาเฉพาะตำแหน่งตรงจุดที่น้ำรั่วเข้าไป ตรงบริเวณนั้นเราจะมีน้ำในสัดส่วนที่สูงกว่า MIC มาก ดังนั้นการบอกว่าปฏิกิริยานี้เกิดในสภาวะที่มีใครมากกว่าใครนั้นจึงไม่ควรมองภาพรวมทั้งถังเป็นหลัก แต่ควรพิจารณาตรงจุดที่มีน้ำรั่วไหลเข้าไปและเกิดการผสมกัน เช่นน้ำเข้าทางเหนือผิวของเหลวหรือใต้ผิวของเหลว เข้าบริเวณกลางถังหรือที่ปลายด้านหนึ่งของถัง (ถังเก็บ MIC เป็นถังยาว วางตัวในแนวนอน) เป็นต้น

แต่ยังมีอีกเส้นทางหนึ่งที่ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากในถังเก็บได้ และเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่องจนกว่า MIC ในถังเก็บจะทำปฏิกิริยาจนหมดไป (หรือถังเก็บมีอุณหภูมิเย็นลง) นั่นคือปฏิกิริยาการสลายตัวหรือการรวมตัวเข้าด้วยกันเองของ MIC ซึ่งผมเห็นว่าประเด็นนี้เป็นประเด็นที่น่าสนใจ เพราะนั่นหมายถึง MIC ที่ยังหลงเหลือจากการทำปฏิกิริยากับน้ำอีกกว่า 30 ตันสามารถเกิดปฏิกิริยานี้ได้

นั่นคือปฏิกิริยาการสลายตัวหรือการรวมตัวกันของ MIC ที่เกิดขึ้นได้เมื่อมีอุณหภูมิที่สูงพอ และมี "ตัวเร่งปฏิกิริยา" ช่วย ซึ่งเหตุการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าการรั่วซึมของน้ำจะเป็นแบบค่อยเป็นค่อยไป ประเด็นนี้คงต้องขอยกยอดไปในตอนที่ ๒ ของเรื่องนี้