האיש שקטף לחם מהשמיים- על פריץ הבר

כתב: רן לוי

ההיסטוריה של המדע משופעת  בלא מעט מדענים מבריקים ממוצא יהודי. גם אם יהדותם לא תרמה ממש להשגיהם, עדיין נעים לדעת שאלברט איינשטיין, קרל סגן וריצ'רד פיינמן חלקו אתנו אותה המורשת – התרבותית וההיסטורית.

הכימאי פריץ הבר ראוי, על פי כל אמת מידה של תגליות מדעיות, להיכלל ברשימה מכובדת זו. התהליך הכימי שהגה נחשב בעיני רבים להמצאה הגדולה ביותר של המאה העשרים, חשובה אף יותר מהמחשב או מהאנטיביוטיקה. לפחות שליש מאוכלוסיית עולמנו חבה את עצם קיומה לפריץ הבר: הוא האיש שבזכותו, סביר להניח, אכלתם את ארוחת הצהרים האחרונה שלכם.

בפועל, עם זאת, איננו מרבים להתגאות בפריץ הבר. לכמה מתגליותיו של הכימאי היו השלכות איומות שהביאו למות עשרות מיליוני בני אדם, ביניהם גם מיליונים מבני עמנו. תגליות אלה הכתימו את המוניטין של הבר במידה כזו, עד שרבים אף מתביישים במוצאו. אם כן, מי היה פריץ הבר ומדוע המורשת שהשאיר אחריו כה מורכבת?

לחם מהשמיים

פריץ הבר נולד בגרמניה בשנת 1868 למשפחה יהודית חילונית, וגילה עניין בכימיה עוד מגיל צעיר. הכשרתו המדעית בתחום הייתה מגוונת באופן יוצא דופן: פריץ למד בשלוש אוניברסיטאות שונות, במקביל לסטאז' מקצועי במפעלי תעשייה שונים. בבית נחשף לטכניקות המעשיות של כימיה בקנה מידה תעשייתי במסגרת עבודה עם אביו, סוחר בתחום הדיו והצבעים. לאחר סיום לימודיו המשיך לתארים מתקדמים, כתב ספרי לימוד וחקר את האופן שבו ניתן להפריד נפט גולמי למרכיביו השונים כגון בנזין, מזוט וכו'. בשנת 1904 נחשף הבר לראשונה לבעיה קשה שהעסיקה את מיטב המוחות בתקופתו, אתגר שהיה עתיד לשנות את חייו.

כדי לצמוח ולשגשג, צמחים זקוקים לכמה מזונות בסיסיים: מים, פחמן דו חמצני, זרחן, אשלגן וחנקן. מים ופחמן דו חמצני זמינים, בדרך כלל, בכמויות סבירות בקרקע ובאוויר. הזרחן והאשלגן נדירים יותר, אך הצמח זקוק רק לכמויות מזעריות של מינרלים אלה ולכן ברוב המקרים גם הם אינם מהווים בעיה. החנקן, עם זאת, הוא עניין מורכב יותר. החנקן הוא מרכיב חיוני בתזונת הצמח: כל החלבונים, אבני הבניין היסודיות ביותר בכל תא, מכילים חנקן. מכאן שאם אין לצמח כמויות מספיקות של חנקן זמין, הוא אינו מסוגל ליצור חלבונים חדשים וגדילתו נפגעת.

אין מחסור בחנקן על פני כדור הארץ, ואפילו להפך: קרוב לשמונים אחוזים מהאוויר שאנו נושמים מורכב ממולקולות שכל אחת מהן עשויה משני אטומים של חנקן. לרוע המזל, החנקן שבאוויר אינו זמין לצמח. הקשר הכימי שמצמיד את שני אטומי החנקן זה לזה הוא כה חזק ויציב, עד שהצמחים אינם מסוגלים לפרק אותו. הם תלויים לחלוטין בגורמים ובתהליכים חיצוניים שאמורים לפרק עבורם את מולקולת החנקן, ורק אז הם יכולים להשתמש באטומים הבודדים כחומר גלם בתאים. סופת ברקים, למשל, היא תהליך טבעי שכזה: האנרגיה החשמלית האדירה של ברק העובר דרך האוויר מספיקה כדי לשבור את הקשר שבין אטומי החנקן ולהפריד ביניהם. יש גם חיידקים שחיים מתחת לאדמה, על שורשי הצמחים, המסוגלים לפרק את מולקולות החנקן.

לאחר שמולקולות החנקן שבאוויר מפורקות, אטומי החנקן הבודדים נקשרים לאטומי מימן וחמצן ויוצרים תרכובות חדשות שאותן הצמח סופח אליו דרך השורשים. הקשרים בין החנקן למימן וחמצן חלשים יחסית, והצמח מסוגל לפרק אותם ולנצל את אטומי החנקן לתועלתו. תהליך פירוק מולקולות החנקן שבאוויר על מנת ליצור תרכובות חדשות עם חמצן ומימן מכונה 'קשירה' (Fixation, בלעז).

החנקן הקשור שסופחים הצמחים עובר מעין תהליך מחזור טבעי. כשצמח או בעל החיים שאכלו חנקן מתים, החיידקים שבקרקע מפרקים את הרקמות ומחלצים מהן את תרכובות החנקן כך שהדור הבא של צמחים יכול לספוח אותן לצרכיו. אותו תהליך תקף, באופן עקרוני, גם לגבי צואת בעלי חיים, וזו הסיבה שצואת ציפורים או פרות, 'זבל אורגני' כפי שהיא מכונה לרוב, היא דשן טבעי ושימושי מאוד בחקלאות.

תהליך המחזור הטבעי משאיר את החנקן הקשור בקרקע לאורך דורות רבים של צמחים, אך ההתערבות האנושית בתהליכי הגידול הטבעיים יוצרת בעיה חדשה. כשעגבנייה או מלפפון גדלים בשדה הם סופחים את החנקן הקשור מהקרקע – אבל אז אנחנו מעמיסים אותם על משאיות ומעבירים אותם, ואת החנקן שהם מכילים, אל ערים מרוחקות. במילים אחרות, אנחנו מסלקים חנקן קשור מהשדה, מבלי להחזיר אותו מאוחר יותר. התוצאה היא שלאורך זמן הקרקע הולכת ומאבדת את מלאי החנקן הקשור שבה, ולא ניתן לגדל בה צמחים חדשים.

הצורך בדישון מלאכותי כדי להחזיר את החנקן לקרקע היה מוכר לחוקרים ולחקלאים כבר מאז אמצע המאה ה-19. גרמניה ייבאה בכל שנה טונות רבות של מינרלים ולשלשת עופות ממקומות מרוחקים כמו צ'ילה ובוליביה כדי להתמודד עם הביקוש הגובר לתוצרת חקלאית, שנבע מהגידול הטבעי של האוכלוסייה.

בתחילת המאה העשרים הבינו המדענים שאירופה, ולמעשה העולם כולו, עומדים בפני בעיה חמורה. מלאי המינרלים והזבל האורגני שניתן לכרות ולאסוף ממקורות טבעיים מוגבל, בעוד שהאוכלוסייה האנושית ממשיכה לצמוח. בתוך כמה עשרות שנים, שיערו חוקרים, לא יהיה בעולם מספיק דשן כדי להאכיל את כולם. התוצאה תהיה רעב גלובלי בקנה מידה שהעולם לא ידע, אסון שיבלום את הקדמה האנושית ויחזיר אותה מאות שנים לאחור.

מדענים רבים חיפשו אחר דרך לקשור את החנקן האטמוספרי באופן מלאכותי, דהיינו – לפרק את מולקולות החנקן שבאוויר וליצור מהן אמוניה, למשל, תרכובת המכילה חנקן ומימן ושממנה ניתן להפיק דשן בקלות יחסית. היו מדענים שהצליחו לעשות זאת. אחת השיטות המקובלות הייתה ליצור קשת חשמלית, מעין ברק מלאכותי, שיחקה את פעולת הברק הטבעי ויפרק את המולקולות העיקשות. אך כל השיטות לייצר אמוניה מלאכותית דרשו כמויות אנרגיה גדולות מאוד והפיקו רק כמויות זעומות של אמוניה, ולכן לא התאימו לייצור אמוניה בקנה מידה תעשייתי.

תהליך הבר

זה היה מצב העניינים ב-1904, כשהחל פריץ הבר לעבוד על הבעיה במסגרת עבודתו בחברת BASF, ענקית הכימיקלים מגרמניה.

בתחילה הוא ניסה את השיטה המקובלת ליצירת אמוניה, שיטה שרבים ניסו גם לפניו: חימום החנקן לטמפרטורה גבוהה של אלף מעלות ויותר באמצעות קשת חשמלית או תנור כדי לשבור את הקשרים שבין המולקולות, ולאחר מכן הרכבת החנקן עם מימן כדי ליצור אמוניה. עד מהרה הבין שזהו מבוי סתום: בטמפרטורה גבוהה, האמוניה שנוצרת מתפרקת חיש מהר בחזרה למימן ולחנקן עוד לפני שניתן לחלץ אותה מהתנור.

הבר ניסה כיוון אחר. זרז (Catalist, בלעז) הוא חומר אשר מאיץ את מהלכה של תגובה כימית בין שני חומרים אחרים, אבל אינו לוקח בה חלק ואינו מתכלה. אנלוגיה טובה לזרז היא מתווך דירות. הקונה מעוניין לקנות, והמוכר מעוניין למכור – והמתווך הוא זה שמדרבן את השניים ודוחף אותם זה אל זרועותיו של זה כדי שיוכלו לסגור את העסקה מהר יותר, והוא יוכל לעבור לעסקה הבאה. זרז בתגובה כימית עושה אותה הפעולה, ואפילו בלי לשקר לאף אחד.

הבר חיפש זרז שיוכל להאיץ את תהליכי פירוק מולקולות החנקן ויצירת האמוניה גם בטמפרטורה נמוכה יותר. הוא חיפש וחיפש, אך לא מצא זרז שכזה. אחת האפשרויות שעמדה לנגד עיניו הייתה להגדיל את הלחץ שבו התרחשה התגובה הכימית כדי להגביר את קצב ייצור האמוניה, אך הדעה הרווחת בקהילה המדעית הייתה שאי אפשר, מבחינה מעשית, לבנות מתקן תעשייתי גדול שיעמוד בלחץ עצום וטמ' גבוהה לאורך זמן. בנוסף, הבר האמין גם שהעלאת הלחץ לא תגביר את קצב ייצור האמוניה במידה ששווה את הטרחה והסיבוך שבלחץ הגבוה. הוא החליט להרים ידיים, נטש את המחקר ועבר לעסוק בנושאים אחרים.

שלוש שנים חלפו ובינתיים הראו מחקרים של כימאים אחרים, ובראשם בן ארצו וולטר נרנסט (Nernst), שייתכן ולחץ גבוה דווקא כן עשוי להגביר באופן משמעותי את קצב ייצור האמוניה. הבר החליט לשוב ולנסות את מזלו. פריצת הדרך הגיעה ב-1909, כשהבר ועוזריו גילו זרז חדש ויעיל יותר, יסוד בשם 'אוסמיום' (Osmium).

זה היה החלק האחרון בפאזל, וכעת היה בידיו של פריץ הבר תהליך מושלם להפקת אמוניה, תהליך שאנחנו מכנים כיום על שמו – 'תהליך הבר'. בקווים כלליים, תהליך הבר מתחיל בגזי מימן וחנקן שמוזרקים לתוך כבשן בטמפרטורה של 300 מעלות ולחץ של 200 אטמוספירות, מעל משטח עשוי אוסמיום. החום והלחץ מפרקים את מולקולות החנקן לאטומים בודדים, והאוסמיום מסייע לאטומי החנקן להתרכב עם המימן וליצור אמוניה. התערובת מועברת למיכל נוסף בטמפרטורה נמוכה שם מסוננת האמוניה, והחנקן והמימן העודפים מוחזרים אל הכבשן לסיבוב נוסף, וכן הלאה.

הנהלת BASF הייתה ספקנית בתחילה לגבי התועלת שבתהליך החדש, ובמיוחד לגבי השילוב הבעייתי של לחץ גדול וטמפרטורה גבוהה. אבל כשהדגים הבר כיצד הוא מסוגל להפיק במעבדה עשרות גרמים של אמוניה בתוך שעות ספורות, קצב שלא היה לו אח ורע עד כה, התפשטה ההתלהבות ברחבי החברה. כימאי מבריק נוסף בשם קרל בוש (Bosch) לקח על עצמו ליישם את התהליך שהמציא פריץ הבר בקנה מידה תעשייתי. בוש החליף את האוסמיום הנדיר והיקר בברזל זול ואת המימן הטהור באדי מים רגילים, וב-1913 הקים מפעל גדול שהפיק עשרות טונות של אמוניה בכל יום. אמוניה זו הייתה הבסיס שממנו נוצרו בהמשך דשנים מלאכותיים לחקלאות.

קשה להפריז בחשיבות תגליתו של פריץ הבר.  אין כל ספק שבלעדיו לא הייתה האנושות מסוגלת לגדל גידולים חקלאיים במידה מספקת כדי לתמוך באוכלוסיית עולמנו. כפי שציינתי בפתיח, אלמלא הדשנים המלאכותיים שליש מתושבי כדור הארץ, אם לא יותר, היו גוועים ברעב. על אף שחלפו יותר ממאה שנה, תהליך הבר-בוש הוא עדיין השיטה המובילה בכל רחבי העולם להפקת אמוניה.על פי ההערכות מחצית מאטומי החנקן שבגופנו מקורם בתהליך הבר-בוש! למעשה, כיום אנו ניצבים בפני בעיה הפוכה: כמויות החנקן הגדולות שמפיקים מפעלי כימיקלים ברחבי העולם יוצרות עודף מסוכן של חנקן קשור, ומזהמים את הקרקע ומי האוקיינוס – בעיה שוודאי עוד נשמע עליה בעתיד.

תגליתו של פריץ הבר הפכה אותו לכוכב. הוא זכה לפרסום רב ונודע בכל רחבי העולם כאיש ש'קטף לחם מהאוויר'. ב-1911 הוא מונה למשרה היוקרתית של ראש המחלקה לכימיה פיזיקלית במכון 'קייזר וילהלם' בברלין, המרכז המדעי שהעסיק את מיטב המדענים הגרמנים של דורו. ב-1918 אף זכה בפרס נובל לכימיה. פריץ הבר היה בפסגת הקריירה המקצועית שלו, וחי את חלומו של כל מדען. לרוע מזלו, לגורל היו תוכניות אחרות עבורו.

מלחמת העולם הראשונה

בשנת 1914 פרצה מלחמת העולם הראשונה, וגרמניה מצאה את עצמה במצב לא פשוט של מלחמה בשתי חזיתות: נגד רוסיה במזרח, ונגד צרפת ובריטניה במערב. הגנרלים הגרמנים קיוו למלחמת בזק אך במקום יזמה התקפית וקרבות מהירים והחלטיים 'נתקעו' הצדדים בלוחמת חפירות סטטית ומייאשת. הבריטים הטילו מצור על הנמלים הגרמניים, ובפרט מנעו מהם ייבוא מינרלים עשירים בחנקן מצ'ילה. למצור זה היה הפוטנציאל למוטט את המאמץ המלחמתי הגרמני כולו, שכן החנקן המיובא היה חיוני לא רק לשם ייצור דשן לחקלאות, אלא גם לשם ייצור חומרי נפץ לפצצות. רזרבות החנקן במחסנים הגרמניים היו עתידות להיגמר בתוך חודשים ספורים.

אך כאן שיחקה תגליתו של פריץ הבר לטובתה של גרמניה בתזמון מושלם. האמוניה שהפיקה חברת BASF במפעל שהוקם אך שנה אחת בלבד קודם לכן הייתה מיועדת לדשן, אך באותה הקלות ניתן היה להסב אותה להפקת חומרי נפץ – וזה בדיוק מה שקרה. תהליך הבר-בוש אפשר לגרמנים לשרוד את המצור הבריטי, לייצר פצצות בקצב גבוה ובכך להאריך את המלחמה בארבע שנים ארוכות ועקובות מדם. עבור רבים במערב די היה בעובדה זו בלבד כדי להפוך את פריץ הבר מגיבור לנבל – אך לא בכך הסתיימה מעורבותו הפעילה של הכימאי במלחמה.

כשפרצה מלחמת העולם הראשונה התגייסו לצבא הצרפתי גם לא מעט שוטרים לשעבר, ויחד עמם הביאו מהבית ציוד שנכנס לשימוש משטרתי לא מזמן: רימוני גז מדמיע. כמו הגרמנים והבריטים, גם הצרפתים היו חתומים על אמנה בינלאומית שאסרה על הצדדים הלוחמים לפתח גזים רעילים, אבל הגישה הצרפתית לאמנה הייתה כנראה אותה הגישה שבזכותה הם נהנים מאכילת צדפות וצפרדעים: אם זה לא הורג אותך, כנראה שזה לא באמת רעיל. החיילים הצרפתים ירו רימוני גז מדמיע בשדה הקרב, אך למרות שריכוז הגזים היה נמוך מכדי שתהיה לו השפעה ממשית על הקרבות, הוא גרם לפיקוד הגרמני להתחיל לחשוב על לוחמה כימית כמוצא מהבוץ שבו הייתה שקועה גרמנית, מילולית ופיגורטיבית, בלוחמת החפירות.

היהודים בגרמניה של תחילת המאה העשרים זכו לחופש דתי יותר מאי פעם, אבל בכל הנוגע לקריירה ולהתקדמות מקצועית עדיין היה עדיף להיות נוצרי. פריץ הבר היה אמנם יהודי מלידה, אך לא חש שום קרבה או קשר מיוחד לדת היהודית. כאדם משכיל וכמדען שמקדש את הרציונל, הוא הזדהה יותר עם התרבות הגרמנית החילונית מאשר עם המסורת הדתית, ולכן גם לא הייתה לו כל בעיה להמיר את דתו ולהתנצר: לדידו, גם הנצרות הייתה יותר עניין תרבותי מאשר דתי.

אולי מתוך צורך סמוי להשאיר את היהדות מאחוריו ולהוכיח את נאמנותו למולדת הגרמנית על פני המסורת, פריץ הבר היה פטריוט נלהב ביותר. הוא היה 'יותר גרמני מגרמני', ותמך בממשלה הפרוסית ללא סייג במאמציה המלחמתיים. זו הסיבה שבגיל 46, עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה, התנדב לצבא והקדיש לו את כל מרצו ויכולותיו. הבר קיבל דרגת סרן ומונה לעמוד בראש המחלקה לפיתוח חומרי לחימה כימיים.

לוחמה כימית

בשלב ראשון ניסה פריץ הבר לשלב את הגז המדמיע הקיים בפגזי ארטילריה. בינואר 1915 פיקח על ניסוי מעשי בפגזים מלאים בגז מדמיע במסגרת הקרבות בחזית הרוסית, אך נוכח לדעת שמדובר בכישלון חרוץ. הקור העז של החורף המזרח אירופאי הפך את הגז המדמיע לפתיתי קרח קפואים עוד לפני שהתפזר למרחק רב, ובכל אופן נדרשו אלפים רבים של פגזים כדי להביא לריכוז מספיק של גז באוויר.

כתחליף לגז המדמיע בחר הבר בכלור, כיוון שנקודת הקיפאון שלו נמוכה יותר מזו של הגז המדמיע ולכן אינו קופא בקלות. הכלור גם כבד פי שתיים וחצי מהאוויר ואינו מתפזר ברוח קלה. במקום פגזי ארטילריה, הציע הבר להוביל אל הכלור במכלים גדולים אל קו החזית ולשחרר אותו מכל המכלים באותו הזמן: באופן זה ניתן יהיה להשיג ריכוז מרבי של הגז בעזרת מספר נמוך יחסית של מכלים.

לצורך הוכחת היכולת של הנשק החדש נבחרה חזית במחוז איפר (Ypres) אשר במערב בלגיה. איפר נבחר בעיקר בזכות רוחות מזרחיות נוחות ששררו בו, אשר הבר קיווה שיישאו את הכלור מחפירות הגרמנים היישר אל ביצורי הצרפתים. ההכנות היו קדחתניות אך יעילות, ובתוך פחות מחודשיים היו בידי הבר למעלה מחמשת אלפי מכלים מלאים בגז כלור, וקבוצת חיילים מאומנים בתפעול השסתומים ושחרור הגז בתזמון הרצוי. המיכלים פוזרו לאורך חזית של שישה קילומטרים, ובפברואר 1915 הכל היה מוכן לשעת השי"ן.

אבל הרוח לא שיתפה פעולה. הימים נקפו, והרוחות סירבו לנשוב אל עבר הקו הצרפתי. בלית ברירה החליט הבר לפרוס מחדש את המכלים כך שינצלו את משטר הרוחות הקיים. חודשיים נוספים חלפו, ב-22 באפריל שוב הגיע רגע האמת. הפעם, הרוח צייתה להבר.

השעה הייתה חמש אחר הצהריים. החיילים הצרפתים, רובם בני קולוניות צרפתיות מעבר לים, הרימו את מבטם מעל הביצורים: משהו משונה מאוד התרחש בקו החזית הגרמנית. ענן סמיך, עשרות מטרים גובהו, היתמר מעל חפירות הגרמנים. הצרפתים חשבו ששריפה פרצה אולי במחסני התחמושת של יריביהם, אך אם הייתה זו שריפה הרי שהייתה זו שריפה בלתי שגרתית בעליל: צבעו של ענן העשן היה צהוב ירקרק והוא נע בכבדות – כאילו 'מחבק' את הקרקע. הצרפתים המשיכו לעקוב אחר הענן, שהלך והתקדם לעברם. הם לא ברחו. לא הייתה להם סיבה לברוח. איש לא העלה בדעתו שאולי מדובר בכלי נשק חדש.

הגז הצהבהב התקדם אל עבר חפירות הצרפתים, שוקע לתוך כל בור ונקיק. דקות מספר לאחר מכן אפשר כבר היה להריח אותו: תערובת של אננס עם פלפל גרוס שהותירה בפה טעם מתכתי. כלור שחדר לדרכי הנשימה החל מתרכב עם הרקמות הרטובות של הקנה והריאות, והפך את המים שבתוכם לחומצה צורבת. החיילים הצרפתים החלו להשתעל, והביטו באימה אחד בשני. כולם הבינו שאין מדובר בעשן רגיל. הגרמנים שחררו משהו איום לאוויר.

פניקה ובהלה פרצו במחנה הצרפתי. עשרות אלפי חיילים נטשו את עמדותיהם והחלו נמלטים מפני החומה הירוקה-צהבהבה שהתקדמה לקראתם. מי שנפגעו באופן הקשה ביותר היו פצועים שהיו מרותקים לאלונקות וחיילים שניסו להסתתר בתחתית החפירות, היכן שהגז הכבד מילא כל מסדרון וגומחה. גם מי שנמלטו יצאו כששכרם בהפסדם: הם לא הצליחו לרוץ מהר מספיק כדי להימלט מהגז, ובמנוסתם רק בילו בתוכו יותר זמן. מי שנפגעו פחות מכל היו, באורח פרדוקסלי, דווקא אלו שנשארו לעמוד במקומות גבוהים וחשופים, והגז חלף מתחתם.

חמישה עשר אלף חיילים צרפתים נפגעו מענן הכלור, ומתוכם חמשת אלפים נהרגו. במנוסתם הותירו הצרפתים את החזית פרוצה ובלתי מוגנת, וחיילים גרמנים שהלכו אחרי הענן כבשו את העמדות הצרפתיות ללא קרב.

אך הגרמנים לא היו מוכנים לקראת הצלחה זו ו