De dodelijke geschiedenis van ammoniumnitraat, de stof die in Beiroet ontplofte

De geschiedenis en chemische eigenschappen van het bestanddeel kunnen meer vertellen over de mogelijke oorzaak van de ramp in Libanon.

Monday, August 10, 2020,
Door Sarah Gibbens
Op 4 augustus werd de Libanese hoofdstad Beiroet opgeschrikt door een reusachtige explosie. De ontploffing werd ...

Op 4 augustus werd de Libanese hoofdstad Beiroet opgeschrikt door een reusachtige explosie. De ontploffing werd in de hele stad gevoeld, deed gebouwen op hun grondvesten schudden en verbrijzelde overal glazen vensters.

Foto van Anwar AMRO, AFP via Getty Images

Wie de beelden van de explosie in Beiroet van 4 augustus nog eens goed bekijkt, ziet dat de grond rond het exploderende pakhuis vervormt en op en neer golft. Op videobeelden van smartphones is te zien hoe de drukgolf en stofwolk zich een weg banen door het havengebied van de Libanese hoofdstad en daarbij dood en verwoesting achter zich laten.

De ontploffing had een kracht van 3,3 op de Schaal van Richter en veroorzaakte het type schade dat normaliter bij zware aardbevingen optreedt. Inmiddels is het dodental van de ramp opgelopen tot 158; nog eens zesduizend mensen raakten bij de explosie gewond. De burgemeester van Beiroet, Marwan Abboud, verklaarde tegenover Agence France-Presse dat zo’n 300.000 inwoners van de stad hun huis niet meer in kunnen, dat bijna de helft van de gebouwen in de stad is beschadigd en dat de kosten voor het repareren van de schade kunnen oplopen tot vijftien miljard dollar.

De Libanese autoriteiten wijten de ramp aan de ontploffing van ruim 2750 ton ammoniumnitraat, een stof die veel wordt gebruikt in kunstmest maar ook in explosieven voor de mijn- en wegenbouw. Het ammoniumnitraat lag naar verluidt al sinds 2013 in de haven opgeslagen. Uit papieren die door de tv-zender Al Jazeera aan het licht zijn gebracht, blijkt dat de stof werd vervoerd door een Russisch schip dat vanwege mechanische problemen op zee de haven van Beiroet aandeed. VolgensThe New York Times werd van verdere verscheping van het ammoniumnitraat afgezien en de lading werd opgeslagen in een havenloods, waarna Libanese douane-officials minstens zesmaal hebben aangedrongen op verwijdering van de opgeslagen stof.

Wat precies de oorzaak van de ontploffing was, is tot nu toe onduidelijk, maar het was zeker niet de eerste keer dat onzorgvuldig opgeslagen ammoniumnitraat tot een catastrofe heeft geleid. Het bestanddeel kan in verband worden gebracht met minstens dertig grote rampen sinds 1916, waarvan sommige met opzet zijn veroorzaakt. 

Deze luchtfoto toont de schade aan graansilo’s in de haven van Beiroet en omgeving op 5 augustus 2020, één dag nadat het hart van de Libanese hoofdstad door een kolossale explosie was getroffen. Bij de ramp kwamen 158 mensen om het leven en raakten duizenden gewond. Reddingswerkers zochten de volgende ochtend naar overlevenden van de rampzalige explosie, die hele wijken heeft beschadigd en de politieke en financiële crisis in het land verder heeft verdiept.

Foto van AFP via Getty Images

Wat zich op dinsdag 4 augustus in Beiroet heeft afgespeeld, doet akelig sterk denken aan soortgelijke beschrijvingenvan een reusachtige explosie in Texas City, Texas, in 1947. In deze haven voor de agglomeratie Houston arriveerde destijds de SS Grandcamp, met aan boord een lading ammoniumnitraat, brandstof en munitie, terwijl er al brand in de vrachtruimte was uitgebroken. Bij de explosie die daarop volgde, kwamen zo’n zeshonderd mensen om, onder wie alle mensen op het schip en de kade. Er vielen meer dan vijfduizend gewonden en er werden vijfhonderd huizen verwoest. Nog dagenlang stegen dichte rookwolken boven de plek des onheils op.

In april 1995 gebruikten de Amerikaanse terroristen Timothy McVeigh en Terry Nichols twee ton ammoniumnitraat in een kleine vrachtauto voor hun aanslag op een federaal gebouw in Oklahoma City, waarbij 168 mensen omkwamen. En nog maar vijf jaar geleden lag naar schatting achthonderd ton ammoniumnitraat aan de basis van de ontploffing van een pakhuis die de haven van de Chinese stad Tianjin verwoestte en 173 mensen doodde. 

Overal ter wereld worden enorme hoeveelheden ammoniumnitraat geproduceerd en opgeslagen: in 2017 ruim twintig miljoen ton. Maar wil dit bestanddeel een rol spelen bij een explosie van deze omvang, dan moet er volgens chemici en explosievenexperts wel heel veel misgaan.

Wat veroorzaakt een ammoniumnitraatexplosie?

Vergeleken met de meeste andere ontvlambare materialen is ammoniumnitraat op zichzelf niet uitzonderlijk explosief. Maar het bestanddeel kan wel een grote bijdrage aan een explosie leveren omdat het tot het soort chemicaliën behoort dat als oxidators wordt aangeduid.

Om iets te verbranden is zuurstof nodig, vandaar dat een vuur met behulp van een brandblusser kan worden verstikt. Oxidators doen het tegenovergestelde: ze voegen veel zuurstofmoleculen aan een gegeven ruimte toe, waardoor de materialen in die ruimte veel ontvlambaarder worden.

“Het is vrij moeilijk om pure ammoniumnitraat te laten ontploffen tenzij je er andere materialen aan toevoegt en het vervolgens in een fel vuur tot het kookpunt brengt,” zegt Davin Piercey, chemicus aan de Purdue University. Ammoniumnitraat zou alleen uit zichzelf kunnen exploderen als het in zeer korte tijd tot tweehonderd graden Celsius zou worden verhit. Elke brandstof met een hoog koolstofgehalte – papier, karton of zelfs suiker – kan zich met ammoniumnitraat verbinden, zodat er veel meer energie vrijkomt. Als het ammoniumnitraat in Beiroet lag opgeslagen in houten kratten of kartonnen dozen, zou de stof daardoor zeer ontvlambaar zijn geworden, zegt Jimmie Oxley, chemicus aan de University of Rhode Island.

Door de opslag van een grote voorraad ammoniumnitraat zou de hitte bij een eventuele brand in deze mix van materialen langer worden vastgehouden. Als je maar genoeg van een oxidator aan een vuur toevoegt, zal dat tot een explosie leiden. Ammoniumnitraat werd al in 1659 gesynthetiseerd door de Duitse chemicus Johann Rudolf Glauber, maar de stof werd pas in de Eerste Wereldoorlog gebruikt in explosieven, toen wapenfabrikanten het bestanddeel mengden met TNT (oftewel dynamiet) om goedkopere bommen te kunnen produceren.

Zakken met kunstmest van ammoniumnitraat liggen opgestapeld bij een leverancier van agrarische producten in Vieillevigne, Frankrijk. 7 oktober 2016

Foto van Stephane Mahe, Reuters

“Er komt in extreem korte tijd een grote hoeveelheid energie vrij,” zegt Stephen Beaudoin, chemisch ingenieur aan de Purdue University. “De stof zal de aanwezige brandstof zeer snel oxideren, waarbij een reusachtige hoeveelheid gas wordt geproduceerd en enorm veel hitte vrijkomt. Deze razendsnelle overgang creëert een zware schokgolf.”

Bij de explosie in Beiroet plantte die golf zich sneller dan het geluid voort; op beelden van smartphones is te zien hoe de schokgolf zich enkele seconden vóór de donderende knal van de explosie over de stad verspreidt.

De explosie in Beiroet

Wiskundige methoden die in de jaren veertig zijn ontwikkeld om de vernietigende kracht van atoombomen te berekenen, worden ook vandaag de dag nog door experts gebruikt om op basis van de videobeelden van de schokgolf een ruwe schatting te maken van de hoeveelheid materiaal die is ontploft en de totale energie die daarbij is vrijgekomen. Door de omvang van de explosie te vergelijken met naburige gebouwen die eveneens op de videobeelden zijn te zien, komen ze tot de slotsom dat de bolvormige schokgolf zich binnen één achtste van een seconde uitbreidde tot een diameter van een kleine 250 meter.

Op basis van deze gegevens schatten experts dat de ontploffing een kracht had van 400 tot 3000 ton TNT, het explosief dat als maatstaf voor de verwoestende uitwerking van een explosie wordt gebruikt. Jeffrey Lewis, expert in wapenbeheersing aan het Middlebury Institute of International Studies at Monterey, schat dat de explosieve kracht van de ontploffing in Beiroet eerder in de buurt van de 400 ton TNT lag. Ter vergelijking: de atoombom die in 1945 boven Hiroshima werd afgeworpen, had een kracht van minstens 13.000 ton TNT.

Uit berekeningen blijkt dat voor een explosie als die in Beiroet op zeeniveau een hoeveelheid van zo’n duizend ton ammoniumnitraat nodig zou zijn. Maar omdat deze voorlopige schatting een flinke foutmarge heeft, sluit ze aan op de aanwezigheid van de 2750 ton ammoniumnitraat die volgens Libanese officials in de haven lag opgeslagen. Het verschil tussen beide getallen kan ook betekenen dat het materiaal dat in het pakhuis lag opgeslagen, niet alleen maar uit ammoniumnitraat bestond en dat andere bestanddelen aan de explosie hebben bijgedragen.

Volgens speculaties op het internet zou het ammoniumnitraat door de jarenlange opslag in de havenloods zijn ‘bedorven’, waardoor het steeds explosiever en gevaarlijker zou zijn geworden. Maar David Chavez, explosievenexpert van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico, betwijfelt dat. “Onder normale opslagomstandigheden ‘bederft’ ammoniumnitraat niet,” zegt hij.

Veel waarschijnlijker is dat er in het pakhuis nog andere stoffen lagen opgeslagen dan alleen ammoniumnitraat. Gezien de hoeveelheid die is genoemd, denkt Oxley dat het ammoniumnitraat met behulp van machinerie in het pakhuis is opgeslagen, waarbij het verontreinigd kan zijn geraakt met olie of diesel. Zelfs een geringe verontreiniging zou de ontvlambaarheid van de stof sterk hebben verhoogd.

Hoewel de Libanese autoriteiten het ammoniumnitraat in de haven als boosdoener aanwijzen, wijst Lewis erop dat commerciële explosieven vaak met de term ‘ammoniumnitraat’ worden aangeduid, ook al bestaan ze uit meerdere bestanddelen.

“Als de beelden ons niet bedriegen, gaat het om een stof die als oxidator was bedoeld en in samenhang met andere stoffen is gebruikt,” zegt hij – bijvoorbeeld een explosief dat in de mijnbouw wordt gebruikt.

Blijvende gevolgen

Het zal lastig worden om te reconstrueren wat er precies is misgegaan in Beiroet, maar volgens Chavez zouden onderzoekers moeten speuren naar bewijzen voor een onjuiste opslag en verpakking, verontreinigingen, gebrek aan ventilatie en mogelijke bronnen voor de ontbranding van de stof. Zo’n onderzoek zal de nodige tijd kosten. En dat terwijl Libanon al wordt geteisterd door een zware politieke en financiële crisis, als gevolg van de vluchtelingenstroom uit Syrië en de uitbraak van het coronavirus.

Op lange termijn zullen de gevolgen aanzienlijk zijn. De explosie heeft de lucht boven Beiroet gevuld met fijnstof, een van de meest gebruikelijke vormen van vervuiling. Fijnstof zal mensen met bestaande luchtwegaandoeningen, onder wie COVID-19 patiënten, zeker parten spelen. Bovendien kunnen er bij de afbraak van ammoniumnitraat stikstofoxiden worden gevormd, die de luchtwegen eveneens irriteren. De grootschalige verwoesting van gebouwen en plaveisel kan ook andere gezondheidsproblemen veroorzaken, zoals het scala van klachten dat na 9/11 optrad. “Allerlei soorten materialen zijn ontvlamd en verschroeid,” zegt Beaudoin. “Plastic, verf en andere organische materialen die geheel of gedeeltelijk zijn verbrand en al het bouwmateriaal dat tot stof is verpulverd.”

Dit artikel werd oorspronkelijk op 6 augustus in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com. Het artikel kwam tot stand met behulp van berichtgeving van Michael Greshko en is bijgewerkt om melding te maken van de temperatuur die nodig is om ammoniumnitraat in zijn pure vorm tot ontbranding te brengen.

Lees meer