Chemische Industrie

Auslöser für die Entstehung der chemischen Industrie war die Mechanisierung der englischen Textilproduktion in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts. Der Output der neuen Spinn- und Webmaschinen stieg rasant und die Fabrikanten brauchten neue Chemikalien, um Unmengen von Leinen- und Baumwollstoffen zu reinigen und zu bleichen. Drei Stoffe gewannen große Bedeutung: Schwefelsäure, Soda und Chlor. Ihre eng miteinander verbundenen Herstellungsverfahren schädigten Natur und menschliche Gesundheit jedoch schwer.

Um Schwefelsäure zu erzeugen, laugte man traditionell Schwefel aus Schiefergestein aus und verbrannte ihn: Die entstehenden Säuredämpfe wurden in Gefäßen mit Wasser aufgefangen und destilliert. 1746 führte der englische Unternehmer John Roebuck Bleikammern ein, um die Dämpfe aufzufangen. Nun ließ sich die Produktion durch eine Vergrößerung der Kammern leicht erhöhen und Schwefelsäure wurde zur ersten Industriechemikalie. Die Fabriken lieferten vor allem Säure zum Beizen von Metallen, bis die Nachfrage für das Bleichen von Leinen und Baumwolle explodierte. Anfang des 19. Jahrhunderts entstand der erste kontinuierliche Herstellungsprozeß: eine Grundbedingung für die großindustrielle Chemie-Produktion.

Soda, chemisch „Natriumcarbonat“, diente ebenfalls zum Bleichen, war aber auch ein Grundstoff für die Herstellung von Glas und von Seife – die ebenfalls für die Textilverarbeitung benötigt wurde. Lange Zeit wurde es nach dem Prinzip erzeugt, das der französische Chemiker Nicolas Leblanc 1791 patentieren ließ: Man erhitzte Schwefelsäure und Salz auf einem Flammofen, röstete den so erzeugten „Salzkuchen“ zusammen mit Kalk und Kohle und wusch aus der „Schwarzen Asche“ dann das wasserlösliche Soda aus. Das Verfahren verbilligte Baumwollwaren und Glas erheblich, setzte jedoch zahlreiche hochgiftige Nebenprodukte frei.

Auch Chlor wurde dank seiner Bleichwirkung auf Textilien – einschließlich der Lumpen („Hadern“) für die Papierherstellung - früh zum Industrieprodukt. Ein erstes wirksames Bleichmittel erzeugte eine französische Fabrik 1789: Man leitete Chlor in eine Lauge aus Kaliumcarbonat ein und erhielt „Chlorwasser“. Wenige Jahre später erkannte der schottische Chemiker Charles Macintosh, dass Chlorgas von „gelöschtem“, also pulverförmigen Kalk absorbiert wird: Damit stand ein Bleichpulver zur Verfügung - praktisch für die industrielle Verwendung, jedoch extrem gesundheitsschädlich in der Produktion.

In der Eisenindustrie hatte sich Koks seit der Entdeckung 1709 wegen seines hohen Brennwerts etabliert – an der Wende zum 19. Jahrhundert begründete ein Nebenprodukt der Verkokung einen neuen Zweig der Chemie: das Leuchtgas. Ab 1807 verbreitete sich in England die Gas-Beleuchtung. Zuerst in Textilfabriken, die vor Ort Gas aus Kohle erzeugten, dann auch für die Straßenbeleuchtung: Die Städte errichteten in zentralen Gasanstalten gewaltige zylindrische Gasbehälter, von denen aus das „Stadtgas“ durch gusseiserne Rohrnetze verteilt wurde. Später kamen auch Fernleitungen aus kohlereichen Regionen in Benutzung.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, in der „Zweiten Industriellen Revolution“, entwickelte sich die Chemie zum führenden Wirtschaftszweig neben der Elektrotechnik. Ein Grund war, dass Forscher die Wirkstoffe immer genauer bestimmen konnten. Schon in den 1840er Jahren hatten John Bennet Lawes in England und Justus Liebig in Deutschland erkannt, von welchen Stoffen das Pflanzenwachstum abhängt: Nachdem Stickstoff, Kalisalz und Phosphor identifiziert worden waren, konnte man die landwirtschaftlichen Erträge mit künstlich erzeugten Wirksubstanzen steigern – und erstmals in der Geschichte eine sichere, vom Wetter unabhängige Nahrungsmittelproduktion aufbauen.

Zum Anderen hatten Theoretiker Einsichten in die Struktur chemischer Elemente gewonnen: Mit der von Friedrich August Kekulé entwickelten „Strukturformel“ – berühmtestes Beispiel ist der Benzolring – ließ sich die Zusammensetzung zahlloser chemischer Verbindungen darstellen und so die künstliche Herstellung, die „Synthese“, vereinfachen. Die Chemie bekam ein neues Gesicht. Von nun an spielte die Wissenschaft eine zentrale Rolle, denn die Analysen wurden meist in Hochschullabors durchgeführt, bevor die rasant expandierende Industrie die Wirkstoffe synthetisieren konnte.

Jetzt kam ein zweites Nebenprodukt der Steinkohle-Verkokung ins Spiel: Im Steinkohlenteer identifizierten Forscher Wirkstoffe, mit denen man Farben und bald auch Arzneimittel synthetisieren konnte. 1856 erzeugte der Brite William Henry Perkin Violett aus dem aus Teer gewonnenen Anilin. Bald darauf gelang ebenfalls auf Anilin-Basis die Herstellung von künstlichem Indigo-Blau, dann ersetzte man das Rot aus Krapp, der Wurzel der Färberröte, durch Alizarin. Diese beiden Farben entwickelte die Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), neben Hoechst und Bayer eine der drei in den 1860er Jahren gegründeten deutschen Chemiefirmen, die auf Basis der Teerfarbenproduktion die englischen Unternehmen als weltweit führenden Großkonzerne verdrängten.

Als sich zeigte, dass Farben auch therapeutische Wirkstoffe enthalten, entwickelten die Unternehmen die Herstellung von Arzneimitteln zu ihrem zweiten Standbein. Anfangs synthetisierte man keimtötende Substanzen für Antiseptika, dann folgten Fiebermittel. Nach neuen Erkenntnissen von Bakteriologen wie Louis Pasteur und Robert Koch entstanden bald auch Impfstoffe und am Ende des Jahrhunderts erreichten Hoechst und Bayer mit den Schmerzmitteln „Pyramidon“ und „Aspirin“ ungeahnte Verkaufszahlen.

Die bereits seit dem 18. Jahrhundert etablierten Grundstoffe wurden  in verbesserten Verfahren weiterhin hergestellt. Am folgenreichsten war die Umstellung der Soda-Herstellung durch den Belgier Ernest Solvay in den 1860er Jahren. In einem Produktionsprozess auf der Basis von Kochsalz, Kalk und Ammoniak nutzte er Lösungen statt Feststoffen und niedrigere Temperaturen als die etablierte Leblanc-Methode. Neben dem geringeren Energieverbrauch gelangen Solvay zwei für die Entwicklung der chemischen Industrie charakteristische Fortschritte: Der Prozess verlief kontinuierlich und konnte weitgehend im Kreislauf gefahren werden - insbesondere das teure und giftige Ammoniak wurde großenteils wiederverwendet. Der nach dem Erfinder benannte Konzern erzeugt noch immer einen Großteil des weltweit benötigten Soda nach dem selben Prinzip.

In den 1880er Jahren bewirkten die rasanten Fortschritte in der Elektrotechnik, dass elektrischer Strom preiswerter und damit als Energiequelle für die aufblühende Elektrochemie attraktiv wurde. Grundlegend waren zwei Methoden: Bei der Elektrolyse werden chemische Verbindungen mithilfe von Strom zerlegt - so erzeugten der US-amerikanische Chemiker Charles Hall und der Franzose Paul Héroult 1886 Aluminium aus Aluminiumoxid. Chlor ließ sich auf diesem Weg so effizient herstellen, dass das herkömmlich produzierte Bleichpulver unter massiven Preisdruck geriet. Bei der Elektrothermie wiederum nutzte man Wärme insbesondere für den Betrieb der neuen, extrem heißen Lichtbogenöfen, in denen Stahllegierungen und Carbid für Acetylenlampen hergestellt wurden.

Zum letzten großen Entwicklungsschritt, der in dieser Epoche abgeschlossen wurde, kam es in der Düngerproduktion. Seit man wusste, dass Pflanzen in einem bestimmten Verhältnis Stickstoff, Kalisalz und Phosphate benötigen, waren zahlreiche Düngemittelfabriken entstanden und in den reichen Regionen der Erde konnten die von Wetterschwankungen ausgelösten Hungersnöte beendet werden. In Deutschland kam es jedoch zu Engpässen bei stickstoff-haltigen Düngemitteln, bis es dem Chemiker Fritz Haber 1909 gelang, aus Wasserstoff und Luftstickstoff Ammoniak zu synthetisieren. Sein Kollege Carl Bosch entwickelte dann bei der BASF ein großtechnisches Verfahren, um damit Stickstoffdünger zu erzeugen. Die „Ammoniaksynthese“ war 1913 anwendungsreif und ist bis heute das wichtigste Verfahren zur Düngerproduktion. Zugleich liefert sie das prägnanteste Beispiel für die zwei Gesichter der Chemie: Sie half, den Hunger einzudämmen, wurde zuerst aber zur Herstellung von Sprengstoff verwendet – andernfalls hätte das Deutsche Reich im Ersten Weltkrieg wegen Munitionsmangels wohl frühzeitig kapitulieren müssen.