铅与不铅:含铅燃料的毒性问题

1921年，美国汽车工业正与一个棘手的技术问题作斗争。当燃料-空气混合物在动力循环的最佳点爆炸时，内燃机的工作状态最佳。但是过早点火——由一种被称为“敲击声”的独特噪音表示——会降低效率并损坏发动机。同年12月，托马斯·米奇利宣布他发现了一种有效的治疗方法。Midgley指出，在商业汽油中添加微量铅可以防止敲门。

铅的毒性早已为人所知——希腊医生迪奥斯科里德斯(约公元40-90年)在其广为流传的著作中提到了铅的有害影响《本草学，随后的许多作者观察到，在以铅为基础的工业中，工人们会出现震颤、抽搐和疯狂．然而，米奇利和他的支持者坚持认为含铅汽油不会对公众健康构成威胁。几十年过去了，这一错误的全部后果才变得明显。今天，持续的铅残留仍然是它的持久遗产。

1911年，米格利在康奈尔大学获得工程学学位，1916年加入查尔斯·凯特林的创新公司DELCO——不久成为通用汽车的子公司。为了找到一种防止发动机爆震的方法，米格利首先寻求的是点火系统的电气修复。随后，他尝试了许多燃料添加剂，包括碘、苯胺、乙酸乙酯、樟脑，甚至融化的黄油，但收效甚微。

1917年美国加入第一次世界大战后，凯特林和米格利专注于飞机发动机，其高压缩比加剧了爆震问题。一个已知的补救办法是用乙醇代替相当一部分汽油燃料——尽管乙醇的能量含量较低，使发动机效率较低。另一种解决方案是用芳香烃大量富集燃料，但芳香烃在原油中相对稀缺，而且提取成本昂贵。

这两种“高比例”添加剂对民用汽车生产商和石油行业都没有吸引力。因此，当和平恢复时，米奇利继续寻找一种微量有效的敲门抑制剂。他放弃了早期的投机取巧的方法，开始研究元素周期表，在实验室的工作台上测试发动机中现成元素的功效。有几种看起来很有希望，但铅似乎特别有效。为了将其与燃料混合，米基雷使用了四乙基铅₂H₅）₄-沸点在85°C左右。

敲着门

米格利的创新很快就获得了专利，通用汽车公司和标准石油公司联合成立了乙基公司来生产和销售它。他们声称，战前常用于汽车燃料的乙醇不是令人满意的替代品。然而，乙醇不能申请专利，其生产也不能由一家公司控制，这也使得它在商业上没有吸引力。作为芝加哥专利律师FA Howard在1919年写给E M Clark的信中指出他说:“除非燃料生产商自己开始调查自己生产的燃料的性质，否则他们很有可能不得不向其他人支付费用……对(防爆燃料)的需求将如此强烈，任何拥有专有权的石油生产商都可以绝对主导整个汽车燃料市场。”。

燃烧后，铅会在火花塞和阀门上留下有害沉积物。Midgley通过向燃料中添加溴乙基和氯化物来解决这一问题，导致卤化铅排放到环境中。这显然是一个潜在的危险。但是，尽管铅中毒夺去了乙基公司工厂的几名工人的生命——米奇利本人也因此暂时丧失了工作能力——他和他的支持者坚持认为汽车排放的铅含量对公众无害。

这一说法受到了哈佛医学院的爱丽丝·汉密尔顿和耶鲁大学呼吸生理学专家扬德尔·亨德森的质疑。汉密尔顿有工业铅中毒的临床经验。尽管如此，1925年，一个联邦委员会批准引入含铅汽油，并在美国和其他国家广泛采用。半个世纪过去了，它的危害才变得不可忽视。

评论家批评

在英国，最积极倡导去铅汽车燃料的是雷丁大学(University of Reading)的德里克·布莱斯-史密斯(Derek Bryce-Smith, 1926-2011)。20世纪50年代，在ICI做博士后研究时，他开始关注重金属污染问题。1967年，他组织了一次会议，提醒他的化学家同行注意铅的危险。在未能说服他们之后，他转而求助于新闻媒体。这一举动使他在学术界不受欢迎。很久以后，他回忆道“在很长一段时间里，这是一场非常孤独的战斗。我的很多同事都对我不屑一顾，因为许多从事化学研究的人都欠石油行业的债，石油行业为他们提供了研究资金。”

在很长一段时间里，这是一场非常孤独的战斗

在2015年的空气污染研究史研讨会上，人们对他的不屑一顾态度仍然很明显布莱恩Commins回忆“亲爱的布莱斯-史密斯老教授给我们带来了很多麻烦。你可以说，他对铅有一种奇怪的想法，而且是情有可原的。“汽油铅不是一种好的化学物质，但我们测量了街道空气中的铅含量，结果发现铅含量很低，每立方米空气中只有几微克……我们没有确凿的证据证明汽油铅对健康有重大影响。”

这一令人安心的结论得到了1980年Lawther报告的正式认可，正如理查德·德文特在2015年的研讨会上回忆的那样:“对布莱斯-史密斯教授来说，这太过分了，他认为这完全是胡说八道。”不幸的是，布莱斯-史密斯有媒体站在他这边，尤其是《新科学家》”。

低智商

在大西洋彼岸，赫伯特·尼德曼(Herbert Needleman)提出了这个问题。1952年在宾夕法尼亚大学获得医学博士学位后，他成为费城的一名儿科医生，在那里他开始关注婴儿铅中毒问题。当时认为其主要原因是含铅涂料和通过铅管道供水。但在1972年，现在在哈佛医学院的尼德曼开始调查汽车尾气可能造成的影响。

检验这一假设似乎是有问题的，因为摄入铅的最终储存库在骨骼中，而骨骼活检是侵入性的——而且是痛苦的。但尼德曼收集并分析了数千名儿童丢弃的乳牙，这些儿童生活在不同程度的交通烟雾中。将这些数据与这些孩子的学校生涯的进一步信息联系起来，产生了令人震惊的结果。

尼德曼发现，生活在交通拥堵的城市环境中的儿童体内的铅含量比生活在树叶繁茂的郊区的儿童高出5倍。此外，接触铅越多的孩子的平均智商得分就会低4分，他们的教育和纪律记录也明显更差。1979年，当他的研究结果开始出现时，引起了公众的极大关注，同时也引起了业界的强烈反对。铅工业协会呼吁国会放弃或推迟有关含铅汽油的立法计划，并资助那些试图质疑尼德曼研究结果的学术科学家。

1990年，两名大学研究人员要求获得尼德曼的数据——表面上是为了帮助他们为一家铅冶炼公司辩护，该公司卷入了一场关于废物处理的诉讼。他们后来发表了一篇针对尼德曼整个项目的恶意批评文章，依据的是他在统计报告中的一些微不足道的错误。随后发生了学术丑闻。尼德曼受到了他所在大学的制裁，等待美国政府科学诚信办公室的调查。这最终证明了他的正确性，并证实了他所有的主要结论。对争议的反思尼德曼说:“如果这是发生在我身上的事，那么那些没有终身教职的人会发生什么呢?我担心的是，那些试图获得一个利基市场但没有终身职位的人会被要求做一些他们质疑道德的事情……他们会被吓倒。这是一股真正的力量。”

催化的副作用

同样受到攻击的还有地球化学家克莱尔·帕特森(Clair Patterson)，他通过追踪古代矿物中铀到铅的放射性衰变，重新计算了地球的年龄。20世纪60年代，在加州理工学院，他为他细致的分析创造了一个开创性的“洁净室”环境。这些报告证实，历史上的工业活动大大提高了本底铅水平，而含铅燃料残留物又进一步提高了本底铅水平。帕特森是一位直言不讳的环保主义者，他遭到了铅行业以及该行业资助的研究学者的激烈批评。尽管如此，他仍然坚持不懈，他在国会调查中的证词为反对含铅汽油的运动提供了有力的支持。

具有讽刺意味的是，触发去铅进程的立法并非直接针对铅污染。美国1970年的《清洁空气法》是对城市“雾霾”担忧的回应，其中汽车尾气是主要原因。该法案要求从1975年起在美国销售的汽车在排气系统中安装催化转换器，以消除有毒和形成烟雾的气体。由于铅污染了这些转化器中的铂基催化剂，含铅燃料必须被淘汰——尽管它并非没有经过斗争就被淘汰。

清洁空气法案本身遭到了汽车工业的强烈反对。贝丝·加德纳注意到她2019年出版的窒息克莱斯勒在报纸上买了一个整版广告，声称“没有科学证据表明，在你呼吸的正常平均空气中，汽车排放的气体会对健康构成威胁。”时任福特总裁的李·艾柯卡说，以巨大的经济代价消除雾霾，可以让美国人平均每33年少咳嗽一天。

最初，该法案的限制仅适用于新车。在1975年之前，数百万辆汽车预计将继续使用含铅汽油行驶数年。但在20世纪80年代，政府和媒体开始警觉，因为进一步的研究将儿童接触铅与一般的青少年犯罪，特别是城市骚乱联系起来。

这个所谓的“铅犯罪假说”受到了一些社会学家和精神病学家的质疑，他们认为相关性并不一定证明因果关系。然而，它引起了足够的关注，加速了铅从汽车燃料中的消除。到20世纪90年代，大多数发达国家都在公路车辆上逐步取消了这一规定——尽管有一段时间他们继续容忍赛车上的这一规定(1996年一级方程式赛车取消了这一规定，但在美国的纳斯卡赛车比赛中一直延续到2007年)。最后一个从汽车燃料中去除铅的国家2021年7月，是阿尔及利亚．

经验教训?

当去主导首次提出时，工业领袖和商业友好型智库警告说，这可能会将燃料价格提高到削弱国家经济的水平。结果，石油公司在一定程度上受到了保护，因为该行业与美国政府谈判建立了一个新的贸易体系。将燃料含铅量降低到法定最低要求以上的石油生产商可获得“铅积分”。这些信用额度随后被出售给那些难以满足新限制的效率较低的公司——这预示着为应对气候危机而发展起来的碳交易市场。

但实际上，去铅的过程几乎没有中断，主要是通过在标准汽油中加入乙醇来完成的;研究人员也对芳香烃进行了短暂的试验，但发现它们本身就有健康风险。柴油车销量的增加进一步缓解了这种转变，柴油车有其他污染问题，但不需要含铅燃料。消费者普遍发现，去铅对汽油价格的影响不如税率变化或中东政治动荡的影响。

但是，尽管成人和儿童的血液中铅含量已经显著下降，令人担忧的铅遗产仍然存在于环境中。作为环保人士指出在美国，铅污染造成损害的责任主要在于生产铅污染的公司和允许铅污染的政府。但是科学界的成员需要考虑他们自己的职业在这场可避免的灾难中所扮演的角色。举报人所面临的来自注重成本的商业领袖和消息不灵通的政府官员的激烈反对是可以预见的。但是，他们遭遇的来自许多科学界同行的敌意应该被尴尬地记住，并记录下来，作为对后代的警告。

迈克·萨顿是英国纽卡斯尔的科学历史学家