Ontmanteling van chemische wapens

Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
103–1
Ontmanteling van chemische wapens
door Ir. M. van Zelm
Prins Maurits Laboratorium TNO
1.
2.
3.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
5.
6.
7.
Inleiding
Chemische wapens
Vernietigingsmethoden
Chemische omzetting
Zenuwgassen
Mosterdgassen
Andere chemische strijdmiddelen
Afval
Verbranding
Kosten
Aanvullende literatuur
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
103– 3
103– 3
103– 4
103– 6
103– 6
103– 7
103– 8
103– 8
103– 8
103–10
103–11
tekst/103
Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
1.
103–3
Inleiding
Sinds 1969 is er in het kader van de Verenigde Naties in Genève
onderhandeld over een verbod op chemische wapens dat veel verder
gaat dan het uit 1925 daterende Protocol van Genève. Het nieuwe
verdrag, de Chemische Wapen Conventie (CWC) verbiedt net als
het Protocol het gebruik van chemische wapens maar daarenboven
ook de ontwikkeling, produktie, opslag en overdracht aan derden.
Hierbij worden de landen die partij worden bij dit verdrag verplicht
zich te onderwerpen aan een strikte controle op de naleving van het
verdrag (verificatie). Dit geldt dan ook voor de chemische industrie
in die landen. Deze controle zal worden uitgevoerd door een op te
richten organisatie : de Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons, OPCW, die zijn zetel in Den Haag zal hebben. In de
zomer van 1992 is er door de 39 landen die in Genève onderhandeld
hebben overeenstemming bereikt over een verdragstekst. In januari
1993 heeft de ondertekening in Parijs plaatsgevonden. Direct hierna
is een voorbereidingscommissie aan de slag gegaan om de OPCW
op te richten. Zodra een voorgeschreven aantal landen het verdrag
geratificeerd zal hebben, maar niet eerder dan twee jaar na de ondertekening, treedt het verdrag in werking. Op zijn vroegst kan het
verdrag dus in 1995 van kracht worden.
Binnen 30 dagen na het in werking treden van het verdrag moeten
landen die chemische wapens bezitten deze wapens, evenals de produktie-installaties ervoor, bij de OPCW aanmelden tezamen met
plannen voor de vernietiging ervan. Daarvoor is een periode van
minimaal tien jaar voorzien. Deze lange duur hangt samen met de
moeilijkheid om de grote hoeveelheden chemische wapens op een
verantwoorde, veilige en milieusparende manier te vernietigen. Hierdoor zal de vernietiging ook niet evenredig verdeeld over de tien jaar
behoeven plaats te vinden. Het verdrag stelt hierover dat vijf jaar na
het in werking treden ervan tenminste 20 % en na 7 jaar tenminste
50 % van de hoeveelheid moet zijn vernietigd.
2.
Chemische wapens
De Chemische Wapen Conventie geeft een zeer brede definitie van
chemische wapens door elke voor mens of dier giftige chemische
stof, alleen of in combinatie met een verspreidingsmiddel (bijvoor8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
103–4
Ontmanteling van chemische wapens
beeld een bom), chemisch wapen te noemen. Tenzij deze stoffen
voor andere doeleinden toegelaten worden, zijn de ontwikkeling,
produktie, opslag en overdracht naar derden ervan verboden. In
lijsten („schedules”) worden als voorbeelden van de giftige stoffen
die er in ieder geval onder vallen de thans bekende chemische strijdmiddelen vermeld. Welke dat zijn en wat hun eigenschappen zijn is
behandeld in Chemische feitelijkheden 1984 - 018/019.
Welke hoeveelheden chemische wapens in de komende jaren zullen
moeten worden vernietigd is in feite nog niet bekend. Daarover zal
meer duidelijkheid komen als de CWC van kracht wordt (niet vóór
1995) en elk land dat partij is bij dit verdrag opgave zal hebben gedaan van de voorraden. Alleen van de Verenigde Staten en de vroegere Sovjet-Unie zijn globale getallen bekend: uitgedrukt in hoeveelheden chemische strijdmiddelen beschikt elk van deze landen over
30.000 tot 40.000 ton. Hoeveel daarvan al in verschillende soorten
munitie zit en hoeveel nog in voorraadvaten is onbekend. Wel is
bekend gemaakt om welke chemische strijdmiddelen het in deze landen gaat, namelijk zenuwgassen (sarin, soman, VX) en blaartrekkers (mosterdgas, Lewisiet). In Irak zijn door inspectieteams van de
Speciale Commissie van de Verenigde Naties circa 25.000 stuks diverse soorten munitie gevonden, gevuld met het traangas CS, met
mosterdgas of met de zenuwgassen sarin en cyclohexylsarin, naast
voorraden van circa 200 ton mosterdgas en 75 ton zenuwgas. In
oude munitie uit de Eerste en Tweede Wereldoorlog worden tal van
andere chemische strijdmiddelen aangetroffen, waaronder arseenhoudende verbindingen zoals bijvoorbeeld het irritans Adamsiet,
stikstofmosterdgassen en (in Italië relatief grote hoeveelheden) van
een mengsel van mosterdgas en fenyldichloorarsine.
3.
Vernietigingsmethoden
De CWC schrijft niet voor op welke wijze de vernietiging van chemische wapens moet plaatsvinden. Wel wordt expliciet gezegd dat
methoden zoals het dumpen in zee of ander water, begraven op het
land en zogenaamde ‘open-pit burning’ (verbranden in de buitenlucht) niet zijn toegestaan.
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
103–5
In het verleden is dumpen in zee wel veelvuldig toegepast om van
chemische munitie af te komen. Wanneer dat gebeurde in relatief
ondiep water, zoals in de Oostzee vlak na de Tweede Wereldoorlog
met voorraden Duitse chemische munitie, is dat niet zonder gevaren
gebleken. Over de jaren zijn vele Scandinavische vissers met mosterdgas in aanraking gekomen.
„Open-pit burning” is recentelijk nog toegepast door de Speciale
Commissie van de Verenigde Naties voor een aantal beschadigde en
lekkende 122 mm raketten gevuld met zenuwgas, die te gevaarlijk
waren om te transporteren en op andere wijze te vernietigen.
Onlangs werd door Russische technici een nog niet eerder toegepaste
methode voorgesteld, waarbij voorraden chemische strijdmiddelen
en munitie met verpakking en al in diepe ondergrondse ruimten worden geplaatst om ze daar door middel van een nucleaire explosie te
vernietigen. Hoewel dit zeker een snelle en effectieve methode zou
zijn, lijkt een publieke acceptatie hiervan niet zo waarschijnlijk.
Chemische strijdmiddelen zijn in het algemeen door verbranding of
behandeling met goedkope chemicaliën zoals logen en oxidatiemiddelen (bijvoorbeeld hypochloriet) onschadelijk te maken. Het is dan
wel noodzakelijk eerst het chemisch strijdmiddel te verwijderen uit
het voorraadvat of de munitie. In het geval van een voorraadvat of
van sproeitanks is dit goed te doen, maar het wordt al lastiger als het
chemisch strijdmiddel in munitie aanwezig is waarin zich ook een
explosieve stof bevindt. In dat geval moet de munitie zorgvuldig
worden gedemonteerd: de ontsteker (indien aanwezig) en de explosieve stof worden verwijderd, daarna wordt het chemisch strijdmiddel eruit gehaald en tenslotte moet de munitie worden ontsmet.
Soms gaat het om munitie in zeer slechte staat, zoals het geval met
oude munitie uit de Eerste Wereldoorlog, waarvan jaarlijks in België
nog een grote hoeveelheid wordt gevonden. Demontage is meestal
niet mogelijk. Als demontage wel mogelijk is, is dat bij grote aantallen zeer tijdrovend mede door de hoge eisen die aan de veiligheid
worden gesteld.
Vandaar dat er in de Verenigde Staten een proces is ontwikkeld,
maar nog niet toegepast, waarbij de munitie met vloeibare stikstof
wordt bros gemaakt, waarna zij met zware persen kan worden verbrijzeld. Het resulterende mengsel van metaal, explosief en chemisch
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
103–6
Ontmanteling van chemische wapens
strijdmiddel wordt dan direct in een oven gevoerd en bij hoge temperatuur verbrand. Een andere nog niet eerder toegepaste methode,
die veelbelovend lijkt is de zogenaamde „waterjet cutting”. Hierbij
wordt de munitie met behulp van een waterstraal onder hoge druk
opengesneden.
4.
Chemische omzetting
4.1.
Zenuwgassen
Zenuwgassen kunnen onschadelijk worden gemaakt door reactie
met logen. In het geval van bijvoorbeeld isopropylmethyl-fosfonfluoridaat (sarin) is de eerste reactie een splitsing van de P-F binding:
0886-0104
O
O
_
OH
C3H7O
P
F
C3H7O
CH3
P
OH
CH3
In geconcentreerde logen splitst ook de P-O binding en ontstaat het
zout van methylfosfonzuur:
0886-0113
O
C3H7O
P
O
F + 3NaOH
CH3
NaO
P
O Na + C3H7OH + NaF + H2O
CH3
Volgens deze methode heeft het Amerikaanse leger in het verleden
wel sarin uit oude munitie vernietigd. Het is ook de methode die
door de Speciale Commissie van de Verenigde Naties wordt gebruikt om de Iraakse zenuwgassen te vernietigen.
In het geval van sarin verloopt de reactie snel, maar voor zenuwgassen zoals cyclohexylsarin en soman is de reactiesnelheid aanmerkelijk lager doordat de oplosbaarheid in water geringer is. De
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
103–7
zenuwgassen van het V-type zijn zelfs behoorlijk bestand tegen hydrolyse. Versnelling van de hydrolyse-reactie is mogelijk door toevoeging van hypochloriet of peroxiden. In de voormalige SovjetUnie is een proces ontwikkeld waarbij monoethanolamines bij de
hydrolyse worden gebruikt. Een voordeel hiervan is dat de afvalstroom van organisch-chemische aard is en daardoor gemakkelijker
door verbranding verder kan worden vernietigd. Meestal wordt echter de afvalstroom ingedampt en worden de resulterende zouten opgeslagen.
4.2.
Mosterdgassen
Mosterdgassen kunnen ook door hydrolyse onschadelijk worden
gemaakt:
0886-0105
+ HCl
CH2CH2OH
+ H2O
S(CH2CH2Cl)2
S
S(CH2CH2OH)2
– HCl
+ H2O
CH2CH2Cl
Het tussenprodukt is nog wel giftig maar het eindprodukt thiodiglycol niet. De reactie is snel, maar een probleem is dat mosterdgas
nauwelijks in water oplost. Om een redelijk snelle omzetting te krijgen moet een grote overmaat water worden gebruikt en heftig worden geroerd. Bovendien dient bij hoge temperatuur te worden gewerkt en moet steeds loog worden toegevoegd om het gevormde
zoutzuur weg te nemen. Deze methode is door Canada een aantal
jaren geleden gebruikt om 600 ton mosterdgas uit de Tweede Wereldoorlog met een snelheid van circa 7 ton per dag om te zetten.
Het eindprodukt bevatte voornamelijk thiodiglycol, water, calciumzouten van de neutralisatie met calciumhydroxide, maar ook polysulfiden die een afschuwelijke stank veroorzaakten. Uiteindelijk is
dit mengsel verbrand.
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
103–8
4.3.
Ontmanteling van chemische wapens
Andere chemische strijdmiddelen
Oude en overtollige voorraden bevatten een variëteit aan chemische
strijdmiddelen. Deze kunnen in het algemeen met soortgelijke reacties als voor de zenuwgassen en mosterdgassen zijn beschreven onschadelijk worden gemaakt. Arseenverbindingen, zoals Lewisiet en
Adamsiet leveren bij hydrolyse verbindingen die ook weer giftig
zijn. Hiervoor is oxidatie de aangewezen methode. Aangezien arseen
niet in het milieu mag worden gebracht moet uiteindelijk een onoplosbaar produkt worden verkregen, dat kan worden opgeslagen.
Italië heeft onlangs een hoeveelheid van een mengsel van mosterdgas en fenyldichloorarsine vernietigd door oxidatie met waterstofperoxide, gevolgd door neutralisatie met calciumhydroxide waarna
met de oplossing beton werd gemaakt, dat werd opgeslagen.
4.4.
Afval
Bij de genoemde chemische omzettingen ontstaan enorme waterige
afvalstromen. Daarnaast levert de ontsmetting van munitie en/of
voorraadvaten ook weer grote hoeveelheden waterig afval op. Deze
kunnen worden verbrand (zoals Canada deed met het produkt van
de hydrolyse van mosterdgas) of het water kan worden verdampt
zodat een mengsel van zouten overblijft, dat kan worden opgeslagen. Het laatste werd in de Verenigde Staten gedaan.
5.
Verbranding
Zenuwgassen en mosterdgassen kunnen bij temperaturen boven
800 °C met hoge omzettingsefficiënties (meer dan 99,99999 %)
worden omgezet. De meeste stoffen hebben een voldoend hoge
calorische waarde om uit zichzelf te kunnen branden. Omdat deze
stoffen chloor, fluor, zwavel en fosfor bevatten komen in de
verbrandingsgassen naast koolstofdioxide en water ook zwaveldioxide, zoutzuurgas, fluorwaterstof en fosforpentoxide voor. Bij de
vernietiging van een voorraad van 40 ton (Nederlands) mosterdgas
in Indonesië in 1979 werden de verbrandingsgassen niet gereinigd
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
103–9
omdat dat in deze speciale situatie niet noodzakelijk geacht werd. In
het algemeen zullen deze gassen echter niet in de atmosfeer mogen
worden geloosd. De verbrandingsgassen dienen daarom na koeling
door wastorens te worden geleid waar de zure componenten met
loog worden uitgewassen. Door verdamping van het water worden
mengsels van zouten verkregen die worden opgeslagen.
In het geval van arseenhoudende chemische strijdmiddelen wordt
een aërosol van arseentrioxide gevormd die moet worden afgevangen en bijvoorbeeld kan worden omgezet in het onoplosbare ijzerarsenaat. In Duitsland waar een van de eerste installaties voor verbranding van chemische strijdmiddelen werd gebouwd voor de vernietiging van oude munitie uit de Eerste en Tweede Wereldoorlog,
wordt dit arsenaat vervolgens in oude zoutmijnen opgeslagen. In
deze installatie, waarvan een tweede in aanbouw is, wordt het chemisch strijdmiddel eerst uit de geopende munitie verdampt waarna
de verbranding bij hoge temperatuur plaatsvindt.
In de Verenigde Staten heeft het leger bij de vernietiging van de
voorraden chemische wapens gekozen voor verbranding bij hoge
temperatuur. Op ervaring, opgedaan met een testinstallatie in
Tooele Army Depot, is het plan gebaseerd een achttal installaties te
bouwen bij de voornaamste opslagplaatsen van chemische wapens.
JACADS (Johnston Atol Chemical Agent Disposal System) is de
eerste in deze reeks. Deze installatie is sinds 1990 in bedrijf op
Johnston Atol in de Stille Oceaan waar circa 6 % van de Amerikaanse voorraad chemische wapens ligt opgeslagen. Chemisch
strijdmiddel en explosieve stof worden uit de munitie gehaald (dit
proces is sterk geautomatiseerd) waarna alle componenten (strijdmiddel, explosieve stof, verpakking, metalen delen, etc) in verschillende ovens aan hoge temperaturen (boven 1000 °C) worden blootgesteld. Een groot deel van de installatie betreft de reiniging van de
verbrandingsgassen. Tot oktober 1991 waren in JACADS 7500 M55
raketten vernietigd met in totaal 34 ton zenuwgas. Dit was aanzienlijk minder dan verwacht, door allerlei technische problemen voornamelijk met het mechanische deel van de munitiebehandeling.
Van het begin af aan heeft JACADS onder sterke publieke druk
gestaan in verband met mogelijke luchtverontreiniging met dioxinen. Greenpeace heeft hierbij een actieve rol gespeeld. Als gevolg
hiervan heeft het Amerikaanse leger van het Congres opdracht ge8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
103–10
Ontmanteling van chemische wapens
kregen de keuze van verbranding opnieuw te bezien en daarbij ook
nieuwere technologieën te bekijken. Als dit er inderdaad toe zal leiden dat een nieuw proces wordt gekozen, zal er zeer waarschijnlijk
een aanmerkelijke vertraging in de vernietiging van het Amerikaanse
chemische wapenarsenaal optreden.
In de Russische Federatie, de erfgenaam van het chemische wapenarsenaal van de Sovjet-Unie, bestaan bij lokale overheden en plaatselijke bevolking grote weerstanden tegen de vestiging van vernietigingsinstallaties in hun gebied. Enige jaren geleden leidde dat ertoe
dat een pas gebouwde installatie voor de hydrolyse van zenuwgassen in Chapayevsk niet in werking kon worden gesteld. De Russische regering zal dan ook veel moeite moeten doen om aan te tonen
dat te ontwerpen installaties geen gevaren voor de bevolking zullen
opleveren. Technologisch heeft Rusland een achterstand maar door
samenwerking met de Amerikanen in het kader van de bilaterale
ontwapeningsovereenkomst (Wyoming Akkoorden) kan deze worden ingehaald.
6.
Kosten
Met de vernietiging van chemische wapens zijn zeer hoge kosten gemoeid. Dit wordt vooral veroorzaakt door de strenge eisen die met
betrekking tot de veiligheid van de werkers en de omgeving moeten
worden gesteld, maar ook door de maatregelen om het milieu te
ontzien. JACADS heeft 350 miljoen dollar gekost en geschat wordt
dat nog eens 425 miljoen dollar nodig is voor het uitvoeren van de
vernietiging. Het gaat hier slechts om circa 6 % van de Amerikaanse
voorraad. Het totale vernietigingsprogramma wordt op bijna 8 miljard dollar geraamd. De Russen schatten dat er voor het opruimen
van hun voorraden 10 miljard dollar nodig zullen zijn. Daarbij verwacht de Russische Federatie behalve technische ook financiële bijstand van westerse landen.
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103
Inhoud
Startpagina
Ontmanteling van chemische wapens
103–11
7.
Aanvullende literatuur
–
K. K. Babievsky, Methods of destruction of Chemical Warfare
Agents. In: Chemical Disarmament, New Weapons for Old,
Stockholm International Peace Research Institute, 1975, p. 102110. (ISBN 91-85114-27-8).
Disposal of Chemical Agents, United Nations Conference on
Disarmament, CD/173, dated 18 April 1981.
National Research Council of the National Academy of Sciences (USA), Disposal of Chemical Munitions and Agents. National Academy Press, Washington DC (1984).
Report of Experts Meeting on the Destruction of Chemical
Weapons, United Nations Conference of Disarmament, Chemical Working Group, Working Paper 377, 9 December 1992.
Alfred Picardi, Paul Johynston, Ruth Stringer: Alternative
Technologies for the Detoxification of Chemical Weapons: An
Information Document. Greenpeace International, 1436 U
Street, N.W., Washington DC 20009, 24 Mai 1991.
–
–
–
–
8 Chemische feitelijkheden
december 1993
tekst/103