Färbe mir einen Fluss: Wie ein revolutionärer Textilfarbstoff eine Wasserstraße verunreinigte [Auszug] | Shijiazhuang Agile Peak Ventures Co., Ltd

Als Anilinfarbstoff aus Kohlenteer synthetisiert wurde, untersuchten nur wenige, was der Herstellungsprozess hinterließ

Die sehr große Idee, die Toms River verändern und die Weltwirtschaft neu gestalten würde, wurde 1856 im Dachbodenlabor eines frühreifen achtzehnjährigen Chemiestudenten namens William Henry Perkin geboren, der mit seiner Familie im Londoner East End lebte. Es waren Osterferien und Perkin nutzte die freie Zeit, um an einigen Kohlenteerexperimenten zu arbeiten, die sein Mentor am Royal College of Chemistry, August Wilhelm von Hofmann, vorgeschlagen hatte.

Niemand auf der Welt wusste mehr über die chemischen Eigenschaften von Kohlenteer als Hofmann, und Kohlenteer war eine sehr wichtige Verbindung, über die man Bescheid wissen musste. Es handelte sich wohl um den ersten großflächigen Industrieabfall. Mitte des 18. Jahrhunderts hatten Kohlengas und fester Koks in vielen europäischen und amerikanischen Städten Kerzen, tierische Öle und Holz als wichtigste Licht-, Wärme- und Kochbrennstoffquellen ersetzt. Sowohl Kohlengas als auch Koks wurden durch die Verbrennung von Kohle bei hohen Temperaturen unter Ausschluss von Sauerstoff gewonnen. Dabei blieb eine dicke, stinkende braune Flüssigkeit zurück, die Kohlenteer genannt wurde, weil sie dem Kiefernholzteer ähnelte, der zur Abdichtung von Holzschiffen verwendet wurde. Aber undestillierter Kohlenteer war kein sehr gutes Dichtungsmittel und außerdem schädlich und daher sehr schwer zu entfernen. Beim Verbrennen entstand gefährlicher schwarzer Rauch, und beim Vergraben wurde die umliegende Vegetation abgetötet. Die beiden gängigsten Entsorgungspraktiken für Kohlenteer, die Deponierung in Tagebaugruben oder in Wasserstraßen, waren offensichtlich unappetitlich. Aber Hofmann, ein hessischer Auswanderer und ein endlos geduldiger Experimentator, war überzeugt, dass Kohlenteer in etwas Nützliches umgewandelt werden könnte. Am Royal College of Chemistry, dessen Gründungsdirektor er war, hatte er bereits eine Erfolgsbilanz auf diesem Gebiet vorzuweisen. Hofmann wusste, dass die verschiedenen Bestandteile des Kohlenteers beim Erhitzen bei unterschiedlichen Temperaturen verdampften, und verbrachte Jahre damit, seine vielen Bestandteile zu trennen. In den 1840er Jahren hatte seine Arbeit dazu beigetragen, die Holzbeizindustrie ins Leben zu rufen, bei der Eisenbahnschwellen und Telegrafenmasten durch Eintauchen in Kreosot aus Kohlenteer vor dem Verfall geschützt wurden. Doch die Holzeinleger interessierten sich nicht für die leichteren und flüchtigsten Bestandteile des Kohlenteers, die immer noch nichts weiter als giftiger Abfall waren – tatsächlich giftiger als undestillierter Kohlenteer. Also experimentierten Hofmann und seine Schüler weiter.

Einer dieser Studenten war der junge William Perkin. Hofmann ließ ihn an einem Projekt arbeiten, bei dem es darum ging, einige Schlüsselbestandteile von Kohlenteer in ihre Stickstoffbasen, die Amine, aufzuspalten. Hofmann wusste, dass Chinin, das einzige wirksame Mittel zur Behandlung von Malaria und daher für das Britische Empire lebenswichtig, auch ein Amin war, dessen chemische Struktur der mehrerer Kohlenteerbestandteile, einschließlich Naphtha, sehr ähnlich war. Er wusste auch, dass die Rinde peruanischer Chinarindenbäume die einzige Chininquelle war, weshalb das Medikament teuer und sehr schwer zu bekommen war. Aber was wäre, wenn das Wundermittel aus Naphtha oder einem anderen unerwünschten Bestandteil von Kohlenteer synthetisiert werden könnte? Hofmann glaubte nicht daran, hielt es aber für ein passendes Projekt für seinen vielversprechenden jugendlichen Schützling.

Perkin nahm die Herausforderung eifrig an; Wie sein Mentor Hofmann war er ein obsessiver Experimentator. Perkin machte sich während seines Osterurlaubs an die Arbeit, während Hofmann in Deutschland war. Perkin arbeitete in einem kleinen, einfachen Labor im obersten Stockwerk des Hauses seiner Familie und beschloss, mit Toluol zu experimentieren, einem giftigen Bestandteil von Kohlenteer, der später in Toms River eine wichtige Rolle spielen sollte. Perkin isolierte ein Derivat namens Allyltoluidin und versuchte dann, es in Chinin umzuwandeln, indem er es in einer Mischung mit Kaliumdichromat und Schwefelsäure oxidierte. Als er fertig war, enthielt sein Reagenzglas ein rötlich-schwarzes Pulver, nicht das klare Medikament, das er erwartet hatte. Also versuchte Perkin es erneut und wählte dieses Mal ein einfacheres Amin namens Anilin, das von Benzol abgeleitet war, einem weiteren Kohlenteerbestandteil, der später berüchtigt werden sollte. Erneut vermischte er es mit Kaliumdichromat und Schwefelsäure, und erneut scheiterte das Experiment. Diesmal befand sich am Boden seines Reagenzglases eine schwarze, klebrige Substanz, und es war mit Sicherheit kein Chinin.

Als Perkin jedoch den schwarzen Schleim aus dem Reagenzglas wusch, sah er etwas, das ihn faszinierte: einen leuchtend violetten Rückstand auf dem Glas. Die Farbe war lebendig und haftete hartnäckig am Glas. Noch interessanter ist, dass sich die violette Farbe, als er die Masse mit Alkohol behandelte, einwandfrei auf ein Baumwolltuch übertrug, mit dem er seine Reagenzgläser reinigte. Perkin war auf die molekulare Magie von Anilin gestoßen. Benzol, Toluol und andere Bestandteile von Kohlenteer waren farblos, weil sie ultraviolettes Licht absorbierten, das für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar war. Wenn diese aromatischen Kohlenwasserstoffe jedoch mit einer Säure behandelt wurden, um Anilin oder ein anderes Amin zu erzeugen, absorbierten die neu synthetisierten Moleküle nach einigen zusätzlichen Schritten sehr effizient Lichtpartikel bestimmter Wellenlängen im sichtbaren Spektrum. Der junge Chemiker wusste nicht, warum die resultierende Farbe so lebendig war; Die Fähigkeit von Molekülen, Photonen bei bestimmten Wellenlängen zu absorbieren, basierend auf der Struktur ihrer gemeinsamen Elektronenbindungen, würde erst in weiteren fünfzig Jahren geklärt werden. Er wusste nicht einmal genau, was er geschaffen hatte; Die genaue Molekülstruktur seiner neuen Chemikalie konnte erst in den 1990er Jahren ermittelt werden. Aber Perkin brauchte nichts weiter als seine eigenen Augen, um zu wissen, dass sich das, was sich am Boden seines Reagenzglases befand, als sehr nützlich erweisen könnte, insbesondere nachdem seine Farbe so makellos auf das Baumwolltuch übertragen wurde. Einige Monate zuvor hatten Perkin und ein Kommilitone versucht, einen Textilfarbstoff zu synthetisieren, was jedoch scheiterte. Jetzt war es ihm irgendwie gelungen, ein Medikament gegen Malaria zu entwickeln. Wie Perkin wusste, könnte derjenige, der den ersten künstlichen Farbstoff erfand, der Seide, Baumwolle und andere Stoffe mit einer schönen Farbe färben konnte, sehr reich werden. Vielleicht, dachte der Teenager, sei sein gescheitertes Experiment doch kein Fehlschlag.

Farbstoffe waren ein sehr großes Geschäft und waren es schon immer. Der menschliche Impuls, unseren Körper in Farbe zu hüllen, ist ursprünglich; Alte Kulturen von Indien bis Amerika färbten ihre Kleidung und Haut mit Farbstoffen, die aus Holz, Tieren und Blütenpflanzen gewonnen wurden. Der mit Abstand berühmteste Farbton der Antike war Tyrian Purple. Es konnte nur aus den milchigen Schleimhautsekreten mehrerer Arten von Meeresschnecken oder Wellhornschnecken hergestellt werden, insbesondere einer im östlichen Mittelmeerraum bekannten Gattung der Stachelschnecken. Der rötlich-violette Farbstoff wurde geschätzt, weil er sowohl einen umwerfenden Farbton hatte als auch verschwindend selten war. Normalerweise produzierte jeder Murex nur ein paar Tropfen Farbstoff – und das auch nur, wenn er frisch gefangen wurde. Es handelte sich um eine Farbe legendären Ursprungs, die angeblich von Herakles (für die Römer Herkules) entdeckt wurde. Der griechischen Mythologie zufolge sah der große Held, dass das Maul seines Hundes violett gefärbt war, nachdem er am Ufer der Levante Muscheln gekaut hatte. Herakles hielt den Farbton für so großartig, dass er dem König von Phönizien ein violettes Gewand schenkte, der die Farbe umgehend zum Symbol des Königtums erklärte und Tyrus zum antiken Zentrum der Murex-Farbstoffproduktion machte. Und deshalb trug Julius Cäsar an den Iden des März im Jahr 44 v. Chr. sein zeremonielles Gewand aus tyrischem Purpur, als er von Brutus im Senatsgebäude von Rom getötet wurde. Aus diesem Grund wurden auch dreizehn Jahre später in der Schlacht von Actium die Segel von Kleopatras königlichem Lastkahn leuchtend lila gefärbt.

Mit dem Niedergang des Römischen Reiches verschwand das von den Römern eingeführte aufwändige System des Murex-Anbaus und der Farbstoffproduktion, ebenso wie der violette Farbton selbst. Es folgte ein Jahrtausend voller Grau-, Braun- und Schwarztöne. Im Spätmittelalter entstand schließlich eine neue Färbeindustrie, die es katholischen Kardinälen ermöglichte, sich in Scharlach zu kleiden, das aus den Schalen winziger Kermes-Insekten gewonnen wurde, und Wandteppichmachern, die mit leuchtenden Rottönen von in Indien und Brasilien beheimateten Färberholzbäumen webten. Es gab auch Purpurtöne, hauptsächlich von Flechten, aber sie waren blass und verblassten schnell. Das tiefe rötliche Purpur von Cäsar und Herakles, der Farbton der Macht und des Reichtums, der Herrscher der Farben, war nicht mehr in der Palette des Färbers. Es war verschwunden und wurde nur noch von der Legende aufrechterhalten.

Und dann, plötzlich, war es da und klammerte sich hartnäckig an die Glaswände der Reagenzgläser des achtzehnjährigen William Henry Perkin, ohne dass eine Meeresschnecke in Sicht war. Innerhalb von sechs Monaten hatte Perkin sein Verfahren zur Farbstoffherstellung patentieren lassen und sein Amt am Royal College of Chemistry niedergelegt (aufgrund der Einwände seines Mentors Hofmann, der ihn für rücksichtslos hielt), um sich der Herstellung des Farbstoffs zu widmen, den er zunächst Tyrian nannte lila. Später wechselte er zu einer Bezeichnung, die als erstes kommerzielles Produkt der synthetisch-chemischen Industrie in die Geschichte eingehen sollte: Perkins Mauve oder Mauveine. Zunächst stellten Perkin und sein Bruder Thomas ihre Farbstoffe in Williams Werkstatt im obersten Stockwerk her. Dann zogen sie in den Garten hinter dem Haus der Familie und schließlich in eine Fabrik am Stadtrand von London am Grand Junction Canal. Zum Glück für die Perkin-Brüder war Hellviolett in den Salons von Paris und London in den Jahren 1857 und 1858 besonders schick. Mauve, wie die Franzosen es nannten, war der Lieblingston sowohl der französischen Kaiserin Eugénie als auch ihrer engen Freundin Königin Victoria England. Perkins neuer Farbstoff war nicht nur leuchtender als die Lilafarben, die seine französischen Konkurrenten mühsam aus Flechten herstellten, er war auch viel billiger. Dank Perkin konnte es sich jede modebewusste Frau leisten, Eugénies Lieblingsfarbe zu tragen, und 1858 taten es fast alle. Die Färbereien Europas wurden darauf aufmerksam, schufen ihre eigenen Crash-Forschungsprogramme in der Anilinchemie und schickten Delegationen nach London, um über den Zugang zu Perkins Herstellungsgeheimnissen zu verhandeln.

Zwei konkurrierende Farbstoffhersteller aus Basel, Schweiz, gehörten zu den engsten Beobachtern von Perkins Erfolg. Johann Rudolf Geigy-Merian gehörte zur vierten Generation der Geigys im Färberholzgeschäft in Basel; sein Urgroßvater Johann Rudolf Geigy-Gemuseus hatte die Firma hundert Jahre zuvor, 1758, gegründet. Sein Konkurrent

Alexander Clavel war ein relativer Neuling in Basel und nicht einmal Schweizer. Clavel war ein Franzose, der sich nach Basel niederließ, weil diese strategisch günstig am Rhein zwischen Deutschland und Frankreich gelegene Stadt ein florierendes Zentrum des Textilhandels war. Geigy-Merian und Clavel waren von Perkins Durchbruch in der Anilinchemie und den dadurch hergestellten billigeren, helleren Farbstoffen fasziniert. Ihre Begeisterung steigerte sich mit der Entdeckung des zweiten großen Anilinfarbstoffs im Jahr 1858. Es handelte sich um ein leuchtendes Rot namens Fuchsin, das sogar noch günstiger hergestellt werden konnte als Perkins Mauveine.

Für Geigy und Clavel schien es keinen Grund zu geben, nicht zu versuchen, Perkin Perkin zu übertrumpfen, insbesondere weil der junge Engländer in keinem Land außer seinem eigenen Patente erhalten hatte. Selbst wenn er es getan hätte, hätte es keine Rolle gespielt, da die Schweiz keine Patente durchsetzte und für weitere fünfzig Jahre kein chemisches Verfahren als schützbares geistiges Eigentum anerkennen würde. (Die verärgerten Franzosen nannten die Schweiz le pays de contre-facteurs, das Land der Fälscher, während die noch wütenderen Deutschen sie den Räuber-Staat, die Nation der Piraten, nannten.) Geigy und Clavel machten sich nicht die Mühe, mit Perkin zu verhandeln; Er hatte seine Methoden mit so vielen Leuten besprochen, dass sie nun praktisch öffentlich zugänglich waren – zumindest in der patentfreien Schweiz. Bis Ende 1859 hatten Geigy und Clavel jeweils einen eigenen, florierenden Betrieb zur Herstellung von Anilinfarbstoffen in Basel gegründet, nur wenige Meilen voneinander entfernt an Kanälen in der Nähe des Rheins. Damit stellten sie ihre Firmen auf den Weg, zwei der größten Chemieproduzenten der Welt zu werden – und schließlich Partner eines weitläufigen Produktionsbetriebs in einer kleinen Stadt in New Jersey, die ihre eigene Geschichte der Piraterie hatte: Toms River.

In den folgenden zehn Jahren hektischer Betriebsamkeit entlang des Rheins, sowohl in Deutschland als auch in der Schweiz, verwandelte die Produktion von Anilinfarbstoffen – zuerst Purpur, Rot und Schwarz, dann alle Farben des Regenbogens – ein kleines Familienunternehmen nach dem anderen in internationale Kolosse . Bis 1870 hatten sich dank der neuen synthetischen Farbstoffe die meisten Unternehmen, die in den nächsten anderthalb Jahrhunderten die chemische Industrie dominieren würden, als Global Player etabliert. Die Liste umfasste Geigy, Bayer, Hoechst, Agfa (ein Akronym für Aktiengesellschaft für Anilinfabrikation oder die Corporation for Aniline Production) und die größte von allen, BASF, was für Badische Anilin- und Soda-Fabrik oder Baden Aniline and stand Sodafabrik. Auch das Unternehmen von Alexander Clavel florierte, insbesondere nachdem er es 1873 verkaufte. Elf Jahre später nahm das Unternehmen den Namen Gesellschaft für Chemische Industrie im Basel, kurz Ciba, an. Der dritte große Basler Farbstoffhersteller, Sandoz, stieg kurz darauf, im Jahr 1886, ins Spiel ein.

Der Erfolg der Unternehmen begann mit der Übernahme von Perkins großer Idee, endete damit aber nicht. Eine noch wichtigere Entscheidung bestand darin, dem Instinkt seines Mentors Hofmann zu folgen, indem er Kohlenteer zerlegte und für alle seine Bestandteile, nicht nur für Anilin, Verwendungsmöglichkeiten fand. Nach den aus Benzol gewonnenen Anilinfarbstoffen folgten Magenta aus Toluol, Rot aus Anthracen, Rosa aus Phenol und Indigo aus Naphthalin. Dies waren alles Kohlenwasserstoffe, die reichlich vorhandenen und kostengünstigen Bausteine der organischen Chemie. Kohlenwasserstoffe erwiesen sich in der neuen Welt der chemischen Fertigung als äußerst nützlich, und zwar aus demselben Grund, aus dem Wasserstoff und Kohlenstoff für die Chemie des Lebens von entscheidender Bedeutung sind. Wenn Wasserstoff- und Kohlenstoffatome Moleküle bilden, neigen sie dazu, sich zu dauerhaften Strukturen aus Ringen und langen Ketten anzuordnen, in denen die Atome über gemeinsame Elektronen fest miteinander verbunden sind. Vor etwa vier Milliarden Jahren ermöglichte die Stärke dieser Wasserstoff-Kohlenstoff-Bindungen die Bildung immer komplexerer Moleküle – Aminosäuren, DNA und Proteine – aus der Ursuppe, die Leben ermöglichten. Nun begannen Chemiker auf der stabilen Plattform der Kohlenwasserstoffpolymere im Kohlenteer, eine Galaxie neuer Materialien aufzubauen, die stärker, attraktiver und billiger waren als das, was die Natur bereitstellte.

Zuerst kamen Farbstoffe, bald folgten Farben, Lösungsmittel, Aspirin, Süßstoffe, Abführmittel, Reinigungsmittel, Tinten, Anästhetika, Kosmetika, Klebstoffe, fotografische Materialien, Bedachungen, Harze und die ersten primitiven Kunststoffe – alle synthetisch und alle aus Kohlenteer gewonnen Ursprung der kommerziellen Chemie. (Auch Kohlenteershampoos und -seifen kamen dazu – und sind immer noch in sehr verdünnter Form als zugelassene Behandlung gegen Psoriasis und Kopfläuse erhältlich.) Das deutsche Ruhrgebiet mit seinen riesigen Vorkommen an Steinkohle wurde zum industriellen Zentrum Europas und damit der Welt. Das britische Satiremagazin Punch, das bereits 1859 die „malvenfarbenen Masern“ als eine Modeepidemie verspottete, die mit einer „Dosis Lächerlichkeit“ behandelt werden sollte, lobte 1888 die Anilinchemie mit nur einem Anflug von Sarkasmus:

Schöner Teer, das Ergebnis hell Von der schwarzen Kohle und dem gelben Gaslicht, Von den modernen Produkten weitaus wundervoll, Teer der Gaswerke, schöner Teer! . . .

Öl und Salbe und Wachs und Wein und die schönen Farben namens Anilin; aus schwarzem Kohlenteer kann man alles machen, von einer Salbe bis zu einem Stern, wenn man nur weiß, wie man das macht.

Als die Chemiehersteller am Ende des 19. Jahrhunderts schließlich über die Kohlenteerchemie hinaus expandierten, passten sie ihre Herstellungsprotokolle an Erdöl und andere Rohstoffe an und produzierten so eine noch größere Palette äußerst erfolgreicher Produkte, von Aceton bis X- Strahlenplatten. Als neuen Rohstoff erwarb Ciba sogar eigene Schieferölvorkommen in den Alpen. Als die drei großen Basler Chemiehersteller (Ciba, Geigy und Sandoz) eine Allianz zur Herstellung von Farbstoffen und anderen Produkten in den Vereinigten Staaten geschlossen hatten – zunächst 1920 in Cincinnati, Ohio, und dann 1952 in Toms River – Die Industrie hatte bewiesen, dass sie in der Lage war, nahezu jedes natürliche Material zu synthetisieren.

Es war ein phänomenal profitables Geschäft – solange niemand allzu viel darauf achtete, was der Herstellungsprozess hinterließ.

Devin Farmiloe

Thomas Krumenacker

Louise Gentle und The Conversation US

Timmy Broderick

Meghan Bartels und Ripley Cleghorn

Lesley Clark und E&E News