TNT (sprengstoff)

TNT er ganske unikt blant sprengstoffene, ved at det ofte har vært brukt som sprengstoff i ren form, uten tilsetninger. Som regel må sprengstoffer formuleres gjennom tilsetning av andre stoffer, enten andre sprengstoffer eller ulike kjemikalier. For eksempel må nitroglyserin formuleres med andre stoffer for å gi dynamitt.

TNT som råprodukt leveres i granulert form, som flak eller korn. Disse kan smeltestøpes eller formpresses. Presset TNT er lettere å initiere enn støpt TNT. Det kan derfor brukes som forsterkerladning, mens støpt TNT krever ekstra kraftig initiering. Ved en tetthet på ca. 1,65 g/cm³ blir detonasjonshastigheten til TNT omtrent 7000 meter per sekund.

Med sitt lave oksygeninnhold er ikke TNT noe ideelt sprengstoff, men det er godt kompatibelt med en rekke andre sprengstoffer og kjemikalier. Opp gjennom historien har det derfor blitt formulert med andre stoffer for å øke ytelsen, noen ganger også for å drøye ut bruken av materialet i krigstider der det har vært utilstrekkelig tilgang på TNT.

Gjennom begge verdenskrigene ble TNT ofte blandet med ammoniumnitrat (AN) for å gi en blanding kalt amatol. AN er billigere enn TNT, så dette var en måte å økonomisere på bruken av TNT i krigstider.

• Les mer om amatol

Tritonal er en blanding av TNT og finfordelt aluminium. Standardformuleringen er 80 prosent TNT og 20 prosent aluminium. Tilsetningen av aluminium til TNT forsterker varmeutviklingen under detonasjonen, noe som gir en trykkpuls med lengre varighet. Tritonal brukes fortsatt mye i flybomber.

Under andre verdenskrig ble det utviklet militære sprengstoffer der TNT ble brukt som et smeltestøpbart bindemiddel for partikler av RDX. Den viktigste av disse var Composition B, en blanding med 59,5 prosent RDX, 39,5 prosent TNT og 1,0 prosent voks. Denne komposisjonen var vesentlig sterkere enn TNT. I etterkant av andre verdenskrig ble Composition B det vanligste militære sprengstoff i mange land.

I løpet av andre verdenskrig ble det også utviklet blandinger av TNT, RDX og aluminium. Disse var spesielt nyttige i undervannsvåpen som torpedoer og sjøminer. Den viktigste av disse var den britiske Torpex (42 prosent RDX, 40 prosent TNT, 18 prosent aluminium), en forkortelse for Torpedo Explosive.

I USA ble det under krigen utviklet en amerikansk versjon av Torpex kalt HBX, for High Blast Explosive. Det ble også laget rimeligere versjoner av slike eksplosiver ved å tilsette AN, slik som i DBX (Depth Bomb Explosive), eller ved å bruke helt RDX-frie blandinger av kun TNT, AN og aluminium (Minol).

Formuleringer av RDX og TNT tilsatt aluminium viste seg også nyttige over vann, i luftsprengninger, fordi aluminiuminnholdet kunne bruke seg av oksygenet i den omkringliggende luften i en etterforbrenningsprosess, noe som forsterket sprengvirkningen. Foruten Torpex var en av de mest kjente av slike formuleringer den amerikanske H-6 fra tidlig på 1950-tallet, en blanding av RDX, TNT og aluminium tilsatt en spesiell voks (kalt D-2).

Torpex ble under krigen anvendt i enkelte veldig store flybomber brukt mot ubåtbunkere og lignende, såkalte jordskjelvbomber. De mest kjente var den britiske Tallboy (2359 kilogram Torpex) og den enda større Grand Slam (4144 kilogram Torpex). Tallboy ble brukt i senkningen av det tyske slagskipet Tirpitz i Håkøybotn i Tromsø 12. november 1944. Egenskapene til TNT gjorde Torpex til en smeltestøpbar blanding som kunne fylles i bomber selv av denne størrelsen.

En spesielt kraftig TNT-komposisjon er oktol, smeltestøpbare blandinger av TNT og HMX, utviklet på starten av 1950-tallet i USA. Oktol med 75 prosent HMX og 25 prosent TNT (oktol type I) har vært mye benyttet i panservernvåpen, slik som i stridshodet til den bærbare rakettkasteren M72 laget på Raufoss fra 1968 av Raufoss Ammunisjonsfabrikker (senere Nammo).

TNT har enkelte egenskaper som har ført til at det i stadig større grad har blitt erstattet med andre typer sprengstoffer. I stridshoder til missiler var ikke TNT-komposisjoner alltid like egnet, for materialet kunne smelte på grunn av friksjonsoppvarming under flukt, noe som gav en medfølgende utvidelse av ladningen som kunne sprekke opp stridshodet.

For stridshoder til missilsystemer er det blitt vanlig å benytte komposisjoner baser på RDX eller HMX med støpherdbare polymerer som bindemiddel, såkalte PBX (Polymer-Bonded Explosives). Slike sprengstoff har ofte høyere ytelse enn TNT-komposisjoner. Selv om de er mer kostbare, er ikke dette så kritisk for slike applikasjoner, for kostnaden forbundet med sprengstoffet utgjør lite av totalkostnaden til våpensystemet. For enklere artillerivåpen kan det stille seg annerledes.

De nyere typene med PBX har også en bedre sikkerhetsprofil enn tradisjonelle TNT-komposisjoner, og de lar seg vanskeligere omsette ved påvirkninger som støt, sjokk eller oppvarming. Dette er spesielt viktig for moderne våpensystemer som må tilfredsstille krav til såkalte Insensitive Munitions (IM).

De siste tiårene har det blitt stadig vanligere å erstatte TNT som smeltestøpbart bindemiddel i komposisjoner til artillerivåpen med 2,4-dinitroanisol (DNAN). Dette stoffet er i likhet med TNT smeltestøpbart. Det er også mer ufølsomt enn TNT, men det har lavere ytelse.

Foruten militært bruk ble TNT allerede fra tidlig på 1900-tallet brukt i enkelte sprengstoffer for sivilt bruk, såkalte sikkerhetssprengstoffer. For en periode fra slutten av 1950-tallet og fremover ble TNT brukt i stor utstrekning i kommersielle sprengstoffer for sivile applikasjoner, som en sentral bestanddel av såkalte vanngelsprengstoff.

For sivile applikasjoner er smeltestøpbare blandinger av TNT og PETN, kalt pentolitt, mye brukt i forsterkerladninger til sprengstoffer som emulsjonssprengstoffer. Den vanligste blandingen er 50 prosent PETN og 50 prosent TNT. Tidligere hadde slik pentolitt også en viss militær anvendelse.

TNT-ekvivalens kan brukes som et mål for energimengde. Begrepet brukes blant annet for å beskrive effekten av atomvåpen eller kosmiske hendelser som nedslag av asteroider. Her er 1 tonn (1000 kg) med TNT definert som en energimengde tilsvarende 4,184 gigajoule (GJ). Dette er omtrent den samme energimengden som frigjøres når 1 tonn TNT detonerer. Definisjonen er vedtatt slik fordi 1 termokjemisk kalori tilsvarer nøyaktig 4,184 joule.

Når virkningen av ulike eksplosiver skal sammenlignes med hverandre, brukes TNT-ekvivalens noen ganger som en relativ effektivitetsfaktor. Dette er en ganske løst definert størrelse som sammenlikner den «ødeleggende kraften» til et eksplosiv med den for TNT, og der TNT ved definisjon settes til faktor 1.0. For eksempel vil sprengstoffer som RDX eller HMX, som er sterkere enn TNT, ha en relativ effektivitetsfaktor som ligger over 1.0.

Når man som en del av reguleringsarbeid, for eksempel i forbindelse med etablering av nye sprengstoff- og ammunisjonslagre, skal bestemme sikkerhetsavstander til omkringliggende bebyggelse, omgjøres først alle eksplosiver om til en ekvivalent mengde TNT. Dette er den mengden med TNT som på en gitt avstand vil gi samme overtrykk ved detonasjon som eksplosivene. Dette forenkler og standardiserer beregninger nødvendig for reguleringsarbeid.

TNT ble syntetisert for første gang i 1863 av den tyske kjemikeren Julius Wilbrand (1839–1906) gjennom oppvarming av en blanding av toluen, sterk salpetersyre og rykende svovelsyre over flere dager. Stoffet ble imidlertid ikke forstått som noe eksplosivstoff av Wilbrand, og den kjemiske strukturen til forbindelsen forble inntil videre ukjent. Det var en lengre vei å gå før TNT kunne innføres som sprengstoff, og denne veien gikk via pikrinsyre.

• Les mer om pikrinsyre

Fra 1863 og frem til 1880-tallet hadde kjemikere gradvis lyktes i å syntetisere og kartlegge de fleste av de ulike nitroforbindelsene av toluen. Dette arbeidet inkluderte klargjøring av deres kjemiske strukturer. Som nevnt tidligere kan trinitrotoluener forekomme som forskjellige isomerer. Samtidig med dette hadde TNT for første gang blitt fremstilt i større mengder og i ren form i starten av 1880-årene.

Den tyske industrikjemikeren Carl Friedrich Häussermann (1853–1918) var den første som innså potensialet til TNT som militært sprengstoff. Häussermann arbeidet med organiske fargestoffer ved selskapet Chemische Fabrik Griesheim. Han hadde blitt involvert i sprengstoffproduksjon gjennom konsulentarbeid. Mange organiske fargestoffer anvendt på denne tiden ble laget fra stoffer utvunnet av steinkulltjære, og flere av disse er kjemisk beslektet med nitroaromater som TNT.

Helt på starten av 1890-tallet tok Häussermann opp noe TNT-produksjon i fabrikken ved Griesheim. Han fant at TNT, i motsetning til pikrinsyre, var kjemisk nøytralt. Det tæret ikke på metall og var sikrere. Det kunne enklere og tryggere smeltestøpes fordi det hadde et lavere smeltepunkt (ca. 80 °C), noe som tillot bruk av sirkulerende varmtvann som varmemedium i produksjonsutstyret.

Som så ofte i historien om teknologiutvikling, er det flere faktorer som må falle på plass – mer eller mindre på samme tid – for å åpne opp for praktiske anvendelser av ny teknologi. I produksjonen av TNT trengtes nemlig store mengder med rykende svovelsyre, altså svovelsyre med overskudd av svoveltrioksid, kalt oleum.

Oleum var på dette tidspunktet et ganske kostbart kjemikalie, men tidsperioden 1890–1900 var en periode med revolusjonerende utviklinger i produksjon av slik svovelsyre. Ved selskapet BASF i Tyskland utviklet Rudolf Knietsch (1854–1906) og hans medarbeidere den såkalte kontaktmetoden for fremstilling av svovelsyre. Tilgang på billig oleum åpnet igjen opp for industriell produksjon av TNT.

I 1902 tok den tyske hæren i bruk TNT til eksplosivfyllinger for granater under navnet Füllpulver 02. Dette hadde blitt muliggjort fordi selskapet Sprengstoff AG Carbonit da nylig hadde åpnet verdens første TNT-fabrikk i Schlebusch, et distrikt i den sørøstlige delen av byen Leverkusen i det vestlige Tyskland.

Bedriften i Schlebusch var grunnlagt og ledet av Christian Emil Bichel (1857–1914). Etter at TNT-fabrikken ble utvidet i 1908, hadde den rundt 400 ansatte og en kapasitet på 3500 tonn TNT per år. Anlegget ble nedlagt mot slutten av 1926.

TNT ble innført som militært sprengstoff i flere andre europeiske land i årene etter at den tyske hæren hadde innført stoffet. I USA ble det tatt i bruk fra 1912. Det var imidlertid først under første verdenskrig at denne bruken bredte om seg i samme grad i disse landene som den hadde gjort i Tyskland.

Gjennom hele første verdenskrig var anvendelse av pikrinsyre i ammunisjon fortsatt utbredt i mange europeiske land, på tross av introduksjonen av TNT. Bruken av TNT var begrenset av tilgangen på toluen fra steinkulltjære.

Bruken av TNT ble snart sterkt hjulpet av de rivende utviklingene innenfor petroleumsteknologien, spesielt i USA. Etter hvert som petroleum erstattet steinkulltjære som kjemisk råmateriale i tidsperioden mellom verdenskrigene, ble det utviklet teknologier innenfor petrokjemien som gav stadig bedre tilgang på billig og rent toluen for TNT-produksjon.

Bofors hadde fra 1906 kommet i inngrep med direktør Bichel ved Sprengstoff AG Carbonit gjennom Ragnar Sohlman (1870–1948), daværende direktør ved divisjonen Bofors Nobelkrut. I februar 1908 ble det inngått en samarbeidsavtale som åpnet opp for import av TNT til Sverige fra Tyskland.

Under første verdenskrig ble forsyningen av TNT fra Tyskland umuliggjort, og Bofors besluttet i 1914 å bygge Skandinavias første TNT-fabrikk ved sitt anlegg. Produksjonen nådde 700–800 kg TNT per dag i 1915. Et tilsvarende initiativ i Norge ved Raufoss Ammunisjonsfabrikker ble vurdert, men senere skrinlagt.

En helt ny TNT-fabrikk ved Bofors ble bygget og tatt i bruk i 1938. Dette anlegget benyttet fortsatt en satsvis fremstillingsmetode. En brann under støping av TNT ved Bofors førte til en omfattende ulykke 17. desember 1940. På grunn av brannen eksploderte 1800 kg TNT og ledet til branner og eksplosjoner over hele fabrikkområdet. Totalt elleve mennesker omkom i ulykken.

Sverige ble snart et foregangsland i utvikling av kontinuerlige metoder for fremstilling av TNT. Ved Bofors hadde TNT-produksjonen siden 1934 vært ledet av ingeniøren Karl Torvald Norell (1910–1987). Han utviklet nå en kontinuerlig TNT-prosess (se TNT-produksjon). Etter utprøvning på pilotskala ble det bygget en ny TNT-fabrikk ved Bofors som fra 1942 tok i bruk den såkalte Bofors-Norell-prosessen.

En eksplosjon skadet det nye TNT-anlegget i november 1948, og en ny fabrikk ble bygget året etter. Dette ble fjerde generasjon TNT-fabrikk ved Bofors. Denne fabrikken ble så erstattet av en ny TNT-fabrikk i 1984–1985. All TNT-produksjon ved Bofors ble avsluttet i løpet av sommeren 1999. Det ble fra da av ikke lenger laget TNT i Skandinavia.

I Finland hadde selskapet Forcit startet produksjon av TNT i 1957. Denne virksomheten ble avsluttet først i november 2005, som den siste av slik TNT-produksjon i Norden.

I Norge ble TNT-produksjon tatt opp for første gang i 1925 i en fabrikk bygget av Norsk Sprængstofindustri ved sitt anlegg på Gullaug i Lier. Fabrikken ble bygget med teknisk bistand fra det tyske selskapet Griesheim-Elektron, den direkte etterfølgeren til selskapet der Häussermann hadde arbeidet med TNT på 1890-tallet.

TNT-fabrikken på Gullaug kjøpte først DNT fra Griesheim og nitrerte denne til TNT, men kort tid etterpå ble MNT brukt som råstoff i stedet. I 1937 ble fabrikken oppgradert, og den kunne fra da av benytte toluen som startmateriale.

På Gullaug ble TNT fremstilt fra toluen over tre trinn i separate, satsvise operasjoner (se TNT-produksjon). Råproduktet ble renset gjennom vannvask og behandling med sulfittvannløsning. Deretter ble det i smeltet tilstand ført over på en kjølevalse. Filmen av størknet TNT ble så slått opp i skav. Gullaug-fabrikken produserte TNT frem til den ble stengt mot slutten av 1976. Siden dette har det ikke vært laget TNT i Norge.

På samme måte som Sverige, ble også Norge et foregangsland i utviklingen av kontinuerlig produksjonsmetodikk for fremstilling av TNT, selv om metoden aldri ble implementert i Norge. I samarbeid med det svenske firmaet Chematur, som hadde spesialisert seg på utvikling av utstyr for kjemisk industri, arbeidet Norsk Sprængstofindustri seg frem til en ny produksjonsmetode midt på 1950-tallet.

Sivilingeniøren Eirik Samuelsen (1914–1989) ved Gullaug ledet arbeidet på den norske siden, og hans konstruksjoner dannet grunnlaget for en prosess som var klar fra 1956 (se TNT-produksjon). Etter avtale ledet Chematur salget av prosessen utenfor Norge, mens Norsk Sprængstofindustri mottok lisensbetalinger.

Den første fabrikken som benyttet seg av metoden til Samuelsen ble bygget av Canadian Industries Limited (CIL) ved Montreal i Canada. Fabrikken var klar i 1963 og hadde en kapasitet på 5000 tonn TNT i året. Som nevnt tidligere ble Samuelsens prosess aldri tatt i bruk i Norge. Teknologien i den kanadiske fabrikken ble videreført (sublisensiert) til USA av CIL i 1968.

For arbeidet med den kontinuerlige TNT-prosessen ble Samuelsen tildelt Guldberg og Waage-medaljen av Norsk Kjemisk Selskap (NKS) 25. juni 1973, en av de relativt få gangene som denne prisen er blitt gitt for kjemisk-tekniske arbeider. Samuelsen var utdannet kjemiingeniør fra NTH i 1938.

Arbeidet med kontinuerlige TNT-prosesser i Sverige og Norge ble på mange måter forent når Bofors i 1970 kjøpte opp Chematur og fusjonerte begge virksomhetene innenfor utvikling av produksjonsutstyr for kjemisk industri i en separat divisjon kalt Nobel-Chematur. Den resulterende prosessen for kontinuerlig TNT-produksjon ble kalt for Nobel-Chematur-prosessen.