ساعدت مغامرة شركة داو في مجال المغنيسيوم على دفع حدود الاستكشاف البشري، وأسهمت في إطلاق سيل من المنتجات الاستهلاكية.
من غير المرجح أن ينفد المغنيسيوم من العالم في أي وقت قريب. فهذا المعدن هو ثامن أكثر العناصر وفرة على الأرض، إذ يشكل نحو 2% من القشرة الأرضية. كما أنه ثالث أكثر العناصر وفرة في مياه البحر، لكنه يختلف عن معادن أخرى مثل الذهب والنحاس في أنه لا يوجد في الطبيعة بحالته المنفردة، بل يوجد دائمًا متحدًا مع عناصر أخرى.
يُنسب الاكتشاف الأولي للمغنيسيوم إلى الكيميائي الاسكتلندي Joseph Black، الذي أجرى سلسلة من التجارب على كربونات المغنيسيوم في خمسينيات القرن الثامن عشر. وفي عام 1808، كان Humphry Davy أول من أفاد بأن المغنيسيا هي أكسيد معدن جديد، لكن الأمر استغرق 20 عامًا أخرى قبل أن يتمكن العالم الفرنسي Antoine Bussy من الحصول على المغنيسيوم في صورته المعدنية النقية.
بدأ إنتاج المغنيسيوم على نطاق تجاري في ألمانيا عام 1886. وأصبح الإنتاج التجاري ممكنًا بفضل استخدام تعديل لخلية تحليل كهربائي طورها Robert Bunsen. كان كلوريد المغنيسيوم يُسخن إلى درجة حرارة تتراوح بين 655 و720 درجة مئوية، أي ما يقارب 1200 إلى 1325 درجة فهرنهايت، ثم يُعرّض لشحنة كهربائية تفصل المركب إلى مغنيسيوم منصهر وغاز الكلور. وقد سمحت هذه العملية، التي لا تزال مبادئها مستخدمة حتى اليوم، لألمانيا بالهيمنة على سوق المغنيسيوم في بداياته، رغم أن حجم هذا السوق كان لا يزال صغيرًا نسبيًا في ذلك الوقت.
في البداية، أثبت المغنيسيوم فائدته في تحفيز العديد من التفاعلات المختبرية، ولا سيما التفاعلات العضوية، حيث يُستخدم بوصفه كاشف غرينيار. وباعتباره عنصرًا أساسيًا لنمو الكائنات الحية، أُضيف أيضًا إلى العديد من الأغذية والأسمدة. أما خارج المختبر، فقد اقتصر استخدام المغنيسيوم تقريبًا على خصائصه المضيئة، وخصوصًا في مصابيح الفلاش المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي. وعلى الرغم من محدودية استخدامات المعدن في البداية، فإن الطلب عليه ازداد بصورة هائلة مع اندلاع الحرب.
وجد المغنيسيوم العديد من الاستخدامات في خنادق أوروبا خلال الحرب العالمية الأولى، ولا سيما في ما عُرف باسم «القذائف النجمية»، التي كانت تُستخدم لإضاءة ساحات المعارك ليلًا. كما استُخدم العنصر في الرصاص الكاشف، والمشاعل، والذخائر الحارقة. ومع ذلك، ظل الإنتاج خارج ألمانيا محدودًا ومتقطعًا حتى أدى الحصار الذي فرضته البحرية البريطانية على ألمانيا إلى دفع الشركات المصنعة الأمريكية إلى دخول هذا المجال. وكان Herbert H. Dow، مؤسس شركة داو كيميكال في ميدلاند بولاية ميشيغان، من أوائل الذين استجابوا لهذه الفرصة.
وكما اتضح، كان البحر القديم شديد الملوحة الذي كان يرقد تحت ميدلاند غنيًا بكلوريد المغنيسيوم، إلى جانب العديد من المواد الكيميائية الأخرى. وكان داو قد توصل بالفعل إلى طريقة فعالة لاستخراج البروم والكلور من هذا المحلول الملحي، وفي أثناء ذلك وضع الأساس لإمبراطوريته الكيميائية. لكن استخراج المواد الكيميائية من المحلول الملحي وبيعها كان أمرًا، وتصنيع المعادن كان أمرًا مختلفًا تمامًا.
عندما أدى الحصار البريطاني إلى قطع الواردات الألمانية، تسبب الارتفاع المفاجئ في أسعار المغنيسيوم في خلق فرصة أمام داو لدخول السوق. وفي عام 1916، وبعد فترة من التجربة والخطأ، تمكن موظفو داو من إنتاج أول سبيكة مغنيسيوم. وعلى الرغم من أنها لم تكن أكثر من كتلة صغيرة خرجت من خلية تحليل كهربائي تجريبية، فإنها كانت مؤشرًا على أشياء أكبر بكثير ستأتي لاحقًا. وبعد فترة من البحث والتطوير، وسعت الشركة عملياتها، وباعت كمية متواضعة بلغت 3852 رطلًا من المغنيسيوم عام 1918، ذهب معظمها تقريبًا إلى المجهود الحربي.
بعد انتهاء الحرب، تراجع الطلب على المغنيسيوم بسرعة، وأدى عدم القدرة على إنتاج المعدن وبيعه بصورة مربحة إلى انسحاب جميع الشركات الأمريكية تقريبًا من هذه الصناعة، ولم تبقَ فيها سوى شركتين. وبعد عدة سنوات، أصبحت داو الشركة الوحيدة المتبقية.
كان هربرت داو مقتنعًا بأن إمكانات المغنيسيوم في التطبيقات الإنشائية كبيرة إذا توافر ما يكفي من البحث والتطوير. فالمغنيسيوم خفيف للغاية مقارنة بالعديد من المعادن الأخرى، لكنه في حالته النقية لا يتمتع بالقوة الكافية لمعظم الاستخدامات الإنشائية. ومن خلال مزج المغنيسيوم بكميات صغيرة من معادن أخرى مثل الألومنيوم والزنك والمنغنيز، اكتشفت الشركة أنه يمكنها إنتاج سبائك أقوى من المغنيسيوم وحده، مع الاحتفاظ بخفة وزنه، ومعالجة العديد من مشكلات التآكل الملازمة للمغنيسيوم.
لكن الصناعة في تلك الأيام الأولى لم تبدِ حماسًا كبيرًا لمنتج داو الجديد. كان الألومنيوم هو المعدن المفضل للاستخدامات الإنشائية، وإذا أرادت داو توسيع نشاطها في مجال المغنيسيوم، فسيتعين عليها أن تصنع السوق بنفسها.
عندما علم هربرت داو أن شركة جنرال موتورز القريبة تعتزم التحول إلى استخدام مكابس مصنوعة من الألومنيوم في محركاتها، لأنها أخف وزنًا وبالتالي تحتاج إلى طاقة أقل للتشغيل، رأى فرصة لإدخال المغنيسيوم إلى صناعة السيارات. كان استبدال مكابس السيارات أمرًا شائعًا في ذلك الوقت، وافترض داو أنه إذا كانت مكابس الألومنيوم مرغوبة بسبب خفة وزنها وقوتها، فإن مكابس المغنيسيوم ستكون مرغوبة بدرجة أكبر. لذلك أنشأ قسمًا مستقلًا في شركة داو لتصنيع سبائك المغنيسيوم، وسوّقت هذه السبائك تحت اسم «داوميتال».
كانت مكابس المغنيسيوم أغلى من المكابس المصنوعة من السبائك الأخرى، مما أعاق مبيعاتها، لكنها سرعان ما أصبحت الخيار المفضل لدى سائقي سيارات السباق الباحثين عن أي ميزة إضافية. واستُخدمت هذه «مكابس السباقات» في العديد من سيارات السباق الفائزة خلال أوائل عشرينيات القرن العشرين، ومنها سيارة فرونتيناك التي قادها Tommy Milton في سباق إنديانابوليس 500 عام 1921.
وبحلول منتصف عشرينيات القرن العشرين، أصبح نشاط استبدال المكابس راسخًا، وعندها أقنعت داو صناعة الطائرات بالبدء في استخدام المغنيسيوم في محركات الطائرات، وأجزاء معدات الهبوط، والمقاعد، والعجلات، والعديد من التطبيقات الأخرى. وأثبت المغنيسيوم موثوقيته في هذه الاستخدامات، وسرعان ما بدأ إدخاله في أجزاء الآلات، والأدوات اليدوية، والمكانس الكهربائية، على سبيل المثال لا الحصر.
ومن أكثر استخدامات المغنيسيوم إثارة للذكرى استخدامه في ثلاث مقصورات معلقة حملت ركابًا خلال سلسلة من رحلات المناطيد إلى طبقات الستراتوسفير بين عامي 1933 و1935. وقد صُنعت أولى هذه المقصورات في ميدلاند، وصممها رائد المناطيد الشهير Jean Piccard لصالح معرض شيكاغو العالمي.
كانت النماذج السابقة من المقصورة مصنوعة من الألومنيوم، لكن كان من المأمول أن يسمح الوزن الذي يمكن توفيره باستخدام المغنيسيوم بتحقيق رقم قياسي جديد في الارتفاع. وانتهزت داو هذه الفرصة التسويقية الثمينة للترويج لمنتج «داوميتال»، ووافقت على بناء المقصورة على نفقة الشركة.
كان Thomas G. W. Settle، المعروف بلقب «تكس»، من البحرية الأمريكية، هو فرد الطاقم الوحيد في الرحلة، لكن بعد 20 دقيقة فقط من الإقلاع، أجبره خلل في صمام الهيدروجين على الهبوط الاضطراري بالمنطاد. ومع ذلك، لم يتراجع سيتل، وبعد إصلاح المقصورة، أقلع مرة أخرى في نوفمبر 1933، وانضم إليه هذه المرة تشستر فوردني من قوات مشاة البحرية الأمريكية. وأقلع المنطاد من أكرون بولاية أوهايو، وظل على ارتفاعه الأقصى لمدة ساعتين قبل أن يهبط بهدوء في بريدجتون بولاية نيوجيرسي. وعندما فحص المكتب الوطني للمعايير المعدات التي كانا يحملانها، تأكد أنهما وصلا إلى ارتفاع قياسي بلغ 61,237 قدمًا، أي 11.6 ميلًا.
وفي العام التالي، تعاون سلاح الجو التابع للجيش الأمريكي مع الجمعية الجغرافية الوطنية للتخطيط لرحلة استكشافية أخرى لتحطيم الرقم القياسي والوصول إلى الستراتوسفير، باستخدام مقصورة مغنيسيوم أعيد تصميمها وأطلق عليها اسم «إكسبلورر». لم يتجاوز وزن المقصورة 700 رطل، وهو وزن أقل بكثير من وزن بالون المنطاد الضخم الذي بلغ نحو طنين ونصف الطن، وكان يحتاج إلى 1500 أسطوانة من غاز الهيدروجين لملئه بالكامل.
وفي 28 يوليو 1934، أقلع ثلاثة ضباط من سلاح الجو التابع للجيش الأمريكي من موقع بالقرب من رابيد سيتي في ولاية ساوث داكوتا، وارتفعوا إلى مسافة 624 قدمًا فقط من تحقيق رقم قياسي جديد، عندما أدى تمزق مفاجئ في نسيج المنطاد إلى انفجار غاز الهيدروجين، وأرسل المركبة في سقوط سريع نحو الأرض. وتمكن الرجال الثلاثة من القفز بالمظلات والنجاة، لكن المقصورة دُمرت. ومع ذلك، لم يستسلم منظمو الرحلة، وبدأوا التخطيط لرحلة استكشافية ثانية في عام 1935.
في 11 نوفمبر 1935، انطلقت المقصورة الثالثة المصنوعة من المغنيسيوم، «إكسبلورر 2»، من رابيد سيتي. وهذه المرة مُلئ المنطاد بالهيليوم لتجنب حدوث انفجار آخر، لكن الهيليوم أقل قدرة على الرفع من الهيدروجين، ولذلك احتاجت المركبة إلى بالون أكبر حجمًا. واستخدمت شركة غوديير زيبلين مساحة قدرها ثلاثة أفدنة من نسيج القطن لصنع بالون قادر على استيعاب 3.7 مليون قدم مكعبة من الهيليوم.
كما زُودت المركبة الجديدة بمقصورة أعيد تصميمها، وكانت أكبر حجمًا وأخف وزنًا من سابقتها. ودُهن الجزء السفلي منها بالأسود لامتصاص الحرارة القادمة من الأرض، بينما دُهن الجزء العلوي بالأبيض لعكس أشعة الشمس القوية. وكان على متن المركبة أورفيل أندرسون وألبرت ستيفنز، وكلاهما نجا بصعوبة من الموت في حادث تحطم «إكسبلورر» عام 1934.
وبعد نحو أربع ساعات من الإقلاع، وصلت «إكسبلورر 2» إلى ارتفاع بلغ 72,395 قدمًا، أي 13.71 ميلًا، محققة رقمًا قياسيًا عالميًا ظل قائمًا لمدة 21 عامًا. وعلى ذلك الارتفاع، كانت نحو 96% من كتلة الغلاف الجوي تقع أسفل المنطاد، مما أتاح لأندرسون وستيفنز، إلى جانب 64 جهازًا علميًا مختلفًا على متن المركبة، إجراء دراسة غير مسبوقة. وجمع الطاقم معلومات جديدة حول طبيعة الأشعة الكونية، وتوزيع الأوزون في الغلاف الجوي العلوي، وسطوع الشمس، والتركيب الكيميائي للهواء فوق ارتفاع 70 ألف قدم. وقد أسرت الرحلة التي استغرقت ثماني ساعات ونصف الساعة خيال الناس في مختلف أنحاء العالم.
واستُخدمت المعلومات التي جُمعت خلال هذه الرحلات لاحقًا أثناء الحرب العالمية الثانية لمنح الطيارين الأمريكيين تفوقًا في سماء أوروبا والمحيط الهادئ. كما خرجت من هذه الرحلات تطورات في سبائك المغنيسيوم، وتقنيات الحفاظ على الضغط، والمعدات الشخصية مثل بدلات الطيران المدفأة وأجهزة الاتصال اللاسلكي ثنائية الاتجاه. وبحلول عام 1958، بدأت تلك المعلومات تؤتي ثمارًا جديدة ضمن برنامج الفضاء الأمريكي.
في الوقت الذي كان فيه المغنيسيوم المستخدم في المقصورات يُستخرج من المحاليل الملحية في ميشيغان، أصبح من الواضح بصورة متزايدة أن آبار ميدلاند لن تكون قادرة على تلبية الطلب المتنامي على المغنيسيوم والبروم والعديد من المواد الكيميائية الأخرى التي تنتجها داو.
وبما أن المحلول الملحي نفسه ليس سوى بقايا لمحيطات قديمة، افترض هربرت داو أنه إذا كان قادرًا على استخراج المغنيسيوم من المحلول الملحي، فلا بد أن يكون قادرًا أيضًا على استخراجه مباشرة من مياه البحر. لكن بعد وفاة هربرت داو عام 1930، تُركت هذه الفكرة التي بدت أشبه بالخيال لابنه ويلارد كي يتابع تنفيذها.
لم يتأثر داو الأصغر بالاضطرابات الاقتصادية الهائلة التي أحدثها الكساد الكبير، وانغمس بكل طاقته في المشروع، وأنشأ مصنعًا تجريبيًا لمعالجة مياه البحر في كوري بيتش بولاية نورث كارولاينا. وركز المصنع على إنتاج البروم، الذي كان يبيعه إلى شركة إيثيل كوربوريشن لاستخدامه في المادة المضافة إلى البنزين والمخصصة لمنع الطرق في المحركات.
وفي كوري، أتقنت داو عملية استخراج المواد الكيميائية مباشرة من المحيط. وعالج المصنع التجريبي أكثر من ستة أميال مكعبة من مياه المحيط لإنتاج ما يقرب من 2.4 مليار رطل من البروم. ومع اقتراب الحرب العالمية الثانية وازدياد الطلب على المغنيسيوم، أصبح إنشاء مصنع لاستخراج المغنيسيوم من مياه البحر أولوية قصوى. وسرعان ما بدأت داو إنشاء مصنع جديد لمياه البحر في فريبورت بولاية تكساس، وبحلول عام 1941 بدأت في استخراج المغنيسيوم من البحر بمستويات لم يسبق تصورها.
تتطلب عملية استخراج المعادن من البحر أصداف المحار، والغاز الطبيعي، والكهرباء، وكميات هائلة من المياه، إذ يلزم نحو 800 طن من المياه لإنتاج طن واحد من المغنيسيوم. ويؤدي تسخين أصداف المحار إلى إنتاج أكسيد الكالسيوم، الذي يُمزج بمياه البحر لترسيب هيدروكسيد المغنيسيوم. وبعد تركيز معلق هيدروكسيد المغنيسيوم، يُمزج مع حمض الهيدروكلوريك، ثم يُبخّر محلول كلوريد المغنيسيوم الناتج لتكوين كتلة صلبة. وتُجفف هذه الكتلة، ثم تُوضع في خلايا تحليل كهربائي، حيث تتحلل إلى غاز الكلور ومغنيسيوم معدني. ويعود غاز الكلور إلى العملية من خلال تفاعله مع الغاز الطبيعي لإعادة تكوين حمض الهيدروكلوريك. أما المغنيسيوم المنصهر فيطفو إلى سطح حمام من الأملاح، حيث يُحتجز ويُغرف ثم يُصب في قوالب حديدية لتشكيل سبائك.
واليوم تُعد مياه البحر مصدرًا مهمًا للعديد من المعادن، مثل الصوديوم والمغنيسيوم والكبريت والكالسيوم والبوتاسيوم، لكن في عام 1939 لا بد أن فكرة استخراج معدن من المحيط بدت لمعظم الناس ضربًا من الخيال، كما بدت لمنافسي ويلارد داو مغامرة متهورة. غير أن مغامرة داو أثبتت أنها كانت في محلها عندما دخلت الولايات المتحدة الحرب العالمية الثانية بعد أشهر قليلة فقط من بدء تشغيل مصنع تكساس.
في الأيام الأولى للحرب العالمية الثانية، كانت القوات الجوية الألمانية، المعروفة باسم لوفتفافه، تهيمن على سماء أوروبا. فقد كانت طائراتها تطير بسرعات أكبر ولمسافات أبعد، وتحمل حمولات تفوق ما توقع خبراء الجيش أن يكون ممكنًا. وكشفت دراسات القاذفات الألمانية التي تحطمت فوق الأراضي البريطانية أن الطائرات تحتوي على نسبة كبيرة من المغنيسيوم، مما خفض وزنها بصورة كبيرة وسمح لها بحمل حمولات أكبر. واتضح أيضًا أن القنابل نفسها كانت أسلحة حارقة مصنوعة من المغنيسيوم. وكانت ألمانيا قد بدأت بهدوء في زيادة إنتاج المغنيسيوم خلال ثلاثينيات القرن العشرين، وبحلول عام 1938 كانت تنتج من المغنيسيوم أكثر مما ينتجه بقية العالم مجتمعًا.
ومنذ الأيام الأولى لمعركة بريطانيا، أصبح واضحًا أن المغنيسيوم سيلعب دورًا حيويًا في المجهود الحربي ككل. فقد أصبحت القوة الجوية عاملًا مهمًا في الحروب، وكان المغنيسيوم أحد العناصر التي جعلت تصنيع تلك الطائرات ممكنًا. واستُخدم المغنيسيوم في المحركات، وهيكل الطائرة، ومختلف الملحقات. وكانت عجلات الهبوط تحتوي بصورة خاصة على كميات كبيرة من المغنيسيوم للاستفادة من ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن التي يتمتع بها المعدن، إلى جانب خصائصه الممتازة في امتصاص الصدمات.
وفي الولايات المتحدة، ارتفع الطلب على المغنيسيوم من ستة ملايين طن سنويًا إلى رقم هائل بلغ 800 مليون طن سنويًا خلال بضعة أشهر فقط. وبما أن داو كانت الشركة الأمريكية الوحيدة المنتجة للمغنيسيوم، وكانت الطاقة الإنتاجية لمصنعها المتطور في تكساس، الذي يعتمد على مياه البحر، محدودة بنحو 18 مليون طن سنويًا، أعلنت الحكومة الأمريكية أن المغنيسيوم معدن استراتيجي، وخصصت كامل إنتاجه للدفاع الوطني.
كما أطلقت الحكومة الأمريكية برنامجًا بقيمة 400 مليون دولار لتحفيز الإنتاج. وبحلول عام 1943، كان هناك 14 مصنعًا إضافيًا للمغنيسيوم يعمل بالفعل، أربعة منها أنشأتها داو وشغلتها.
عندما انهار الطلب العسكري على المغنيسيوم بعد الحرب، غيرت داو توجهها وسعت إلى إدخال المعدن في الطفرة الهائلة التي شهدتها المنتجات الاستهلاكية في فترة ما بعد الحرب. وأشاد مسوقو داو بقدرة المغنيسيوم على تقليل وزن أي منتج تقريبًا يمكن تخيله، من الأثاث وقوارب الزوارق إلى المكانس الكهربائية وعربات اليد وعصي الغولف وآلات جز العشب، على سبيل المثال لا الحصر.
وخلال العقود التالية، استُدعي المغنيسيوم مرة أخرى لدفع حدود وصول البشر إلى الغلاف الجوي للأرض. ففي يوليو 1962، أُرسل المغنيسيوم إلى المدار كجزء من القمر الصناعي للاتصالات «تيلستار 1» التابع لشركة إيه تي آند تي، والذي نقل أول مكالمات هاتفية وصور تلفزيونية عبر الفضاء. وقد جعلت قوة سبائك المغنيسيوم وخفة وزنها وقدرتها على توصيل الحرارة منها خيارًا مثاليًا للهيكل الخارجي للقمر الصناعي.
واصلت داو إنتاج المغنيسيوم في فريبورت حتى تسعينيات القرن العشرين. وبحلول ذلك الوقت، كان ما يقرب من نصف المغنيسيوم الذي تنتجه الشركة ينتهي به المطاف في علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم. إلا أنه أصبح واضحًا أن إنتاج المغنيسيوم بصورة مربحة يعتمد على الجهة التي تستطيع الوصول إلى أرخص مصدر للطاقة. ومع ارتفاع تكاليف الطاقة في مصنع فريبورت وتقادم منشآته بصورة متزايدة، أصبحت نهاية النشاط تلوح في الأفق. وفي عام 1998، بدأت داو عملية إغلاق منشآتها في فريبورت، وانسحبت بالكامل من تجارة المغنيسيوم.
واليوم يُنتج معظم المغنيسيوم في الصين. ولا يزال المغنيسيوم ثالث أكثر المعادن الإنشائية استخدامًا، ويتمثل استخدامه الرئيسي في صورة سبيكة للألومنيوم. وبفضل موصليته الكهربائية الممتازة وقدرته العالية على تبديد الحرارة، يُستخدم المغنيسيوم في العديد من الأجهزة الإلكترونية الحديثة إلى جانب العناصر الأرضية النادرة التي تحظى باهتمام أكبر، والتي تثير محدودية إمداداتها قلق مسؤولي الأمن القومي في الوقت الراهن. ومع ذلك، سيظل مصدر المغنيسيوم وفيرًا على الدوام، ما دامت هناك محيطات قادرة على توفيره.
