Kupfersulfat, Strontium & Co: Diese Chemikalien machen ein Feuerwerk farbenfroh

Das Feuerwerk ist eine typische Silvester-Tradition und begeistert viele Menschen. Doch warum explodieren Raketen und Co. so bunt? Welche ökologischen Auswirkungen hat ein Feuerwerk? Und welche kreativen Alternativen gibt es für die Silvesterfeier?

Wie funktioniert Feuerwerk im Allgemeinen?

Der Aufbau einer Feuerwerksrakete erfolgt in mehreren übereinanderliegenden Kammern, die von einem Mantel umgeben sind. Als Antrieb einer Feuerwerksrakete wird zumeist das Treibstoffgemisch Schwarzpulver verwendet. Mit diesem ist die unterste Kammer gefüllt. Schwarzpulver besteht aus Kaliumnitrat, auch Salpeter genannt, Holzkohle und Schwefel.

Wird das Pulver durch die Zündschnur angezündet, kommt es bei der Verbrennung zu einer starken Gasbildung (Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid). Da das Gas nur in eine Richtung entweichen kann, drückt es die Rakete nach oben. Die Zündlunte reicht durch die erste Kammer in die zweite, die mit weiterem Schwarzpulver und weiteren Zutaten für Effekte gefüllt ist.

Diese Effekt-Chemikalien sind meistens Metallsalze, wie Chlorate oder Nitrate, die bei ihrer Verbrennung unterschiedliche Farben erzeugen. Sie reagieren während der Verbrennung unter großer Hitze (bis über 1000 Grad Celsius) und schneller Gasentwicklung und erzeugen dadurch einen lauten Knall. Diese Schockwelle breitet sich mit Überschallgeschwindigkeit aus. Während der Explosion kommt es zu noch einem faszinierenden chemischen Ereignis: Die Elektronen der Metalle in der Zündladung werden auf ein höheres Energieniveau gehoben. Während sie wieder auf ihr übliches Energieniveau zurückfallen, wird Energie frei, die sich als helles Leuchten zeigt.

Diese Chemikalien sind für das bunte Leuchten verantwortlich

Gemeinsam haben die verwendeten chemischen Substanzen, dass sie alle der Alkalimetall- oder der Erdalkalimetallgruppe im Periodensystem der Elemente angehören. Wenn du ein Periodensystem betrachtest, findest du sie in den ersten beiden Spalten.

Es ist kein Zufall, dass diese Elemente für Feuerwerke genutzt werden. Sie alle kommen in der Natur nur in gebundener From vor, da sie aufgrund ihres Atomaufbaus sehr reaktionsfreudig sind. Daher haben sie die Eigenschaft, sehr gut Enerige aufzunehmen und anschließend (in Form von farbigem Licht) wieder abzugeben. Beispielsweise kann sich reines Natrium oder Kalium an der Luft selbst entzünden. Deshalb nutzt man diese Elemente hauptsächlich in der gebundenen From von Salzen.

Häufig verwendete Stoffe, die für die farbigen Leuchteffekte bei Feuerwerken sorgen:

• Strontium: Die Salze des Metalls Strontium erzeugen beim Feuerwerk eine leuchtend-rote Farbe. Sie sind nicht giftig, aber leicht entzündlich.
• Lithium und seine Salzverbindungen färbt die Flammen rot. Es wird bisher weniger bei Feuerwerkskörpern verwendet. Bei Forschungen an umweltfreundlicheren Pyrotechnika soll Strontium durch Lithium ersetzt werden.
• Natrium: Das wohl bekannteste Natriumsalz ist Natriumchlorid (NaCl), besser bekannt als Kochsalz. Ein anderes Natriumsalz ist Natriumcarbonat (eine Form davon ist Waschsoda). Diese und alle anderen Natriumsalze machen leuchtend gelbe Flammen.
• Kalium: Als Kaliumnitrat ist das Element bereits im Schwarzpulver vorhanden. Die Farbgebung bei der Verbrennung von Kaliumnitrat und anderen Kaliumsalzen ist violett.
• Magnesium wird in Feuerwerkskörpern für silbrige Lichteffekte eingesetzt.
• Barium und seine wasserlöslichen Verbindungen sind zwar nicht hochgiftig, aber gesundheitsschädlich. Grüne Farben beim Feuerwerk stammen von Barium und seinen Salzen. Österreichische Forscher:innen haben im Schnee am Neujahrstag 2008 in Tirol eine 600-fach höhere Bariumsalzkonzentration als üblich nachgewiesen. Sie können Atembeschwerden wie Asthma auslösen.
• Kein Leichtmetall, aber trotzdem verwendbar für Feuerwerkskörper: Kupfer, meist in Form von Kupfersulfat (Kupfersalz der Schwefelsäure), sorgt für einen blau-grünen Farbton beim Verbrennen und könnte als Ersatz für Barium verwendet werden. Allerdings bringt Kupfersulfat andere Probleme mit sich: für Wasserorganismen ist es sehr giftig. Daher wird es als wassergefährdend eingestuft.

Ersatz für konventionelle Feuerwerkskörper

Gibt es Öko-Feuerwerk und nachhaltige Pyrotechnik?

Seit einigen Jahren wird an Alternativen zu den üblich verwendeten Chemikalien geforscht. In Deutschland finden Untersuchungen zu Pyrotechnik hauptsächlich an der LMU in München und beim ICT in Karlsruhe statt. Die Chemikerin Magdalena Rusan beschreibt in einem Interview mit dem Spiegel Ende des Jahres 2019, wie kompliziert es ist, bessere Lösungen auf den Markt zu bringen. Da die Forschung noch relativ jung ist, stecken die meisten Produkte noch in den Testphasen und man findet ökologische Alternativen bisher selten auf dem Markt. Es gibt einige wenige Hersteller, die „Öko-Feuerwerk“ anbieten. Darunter beispielsweise der Hersteller „Gaoo Spectrum„.

Was unterscheidet ein Öko-Feuerwerk von konventionellen Produkten?

Im Interview erklärt Magdalena Rusan, dass kohlenstoffreiche Verbindungen durch stickstoffhaltige ersetzt werden sollen. So würde statt den Verbrennungsprodukten CO2 und Feinstaub bloß Stickstoff entstehen, der sowieso in der Luft vorhanden ist. Außerdem sollen die farbgebenden giftigen Stoffe durch solche ersetzt werden, die weniger belastend für die Umwelt und die Gesundheit der Menschen sind. Die Preise für solche Alternativen sind auch höher: Mit bis zu 20 Prozent höheren Verkaufspreisen ist laut Gaoo zu rechnen. Feuerwerk ohne Chemikalien ist nicht möglich. Wird beispielsweise Kupfersulfat statt Bariumsalzen verwendet, senkt sich die Gesundheitsgefahr für Menschen, es erhöht sich aber gleichzeitg das Risiko, Gewässer zu belasten. Die entwickelten Alternativen sind ein wenig besser, aber dennoch nicht völlig frei von schädlichen Auswirkungen.

Feuerwerk als Tradition

Bereits im ersten Jahrhundert soll in China eine einfache Form des Schwarzpulvers erfunden worden sein. Man habe damit Bambusrohre gefüllt – die ersten Böller. In Europa soll es das erste Feuerwerk erst 1379 in Italien geben haben. Das erste Feuerwerk in Deutschland wurde um 1500 von Kaiser Maximilian I. anlässlich des Reichstags veranstaltet. Herrschende setzen sich damit in Szene. Die mittelalterliche Tradition in der Nacht zum Jahreswechsel mit lauten Geräuschen böse Geister zu verteiben, wurde im Laufe der Zeit mit der Pyrotechnik verbunden.

Bei einer Umfrage der Süddeutschen Zeitung Ende des Jahres 2019 gaben 57 Prozent der Befragten an, dass sie Feuerwerk und Knaller eng mit Silvester verbinden. Feuerwerk sei schön anzusehen, das meinten 84 Prozent. Doch auf der anderen Seite stören sich viele an dem Krach, halten es für Umweltverschmutzung und auch für gefährlich. Laut der Umfrage zünden nur knapp ein Drittel der Umfrage-Teilnehmer selbst in der Silvesternacht Raketen, Böller und Co.

Doch in den letzten zwei Jahren hat sich bezüglich Feuerwerk zu Silvester viel verändert. 2021 sowie 2020 war in Deutschland der Verkauf und das Zünden von Feuerwerkskörpern zum Jahreswechsel größtenteils verboten.

Es haben zwar nicht umwelttechnische Beweggründe dazu geführt, dass das Feuerwerk rückläufig ist – aber das Verbot von Feuerwerk zeigt sich durch positive Nebeneffekte. Die Umwelt- und Lärmbelastung in der Silvesternacht im letzten Jahr war deutlich weniger als in vorherigen Jahren. Diese Entwicklung lässt auf ein langfristiges Umdenken hoffen. So schön ein Feuerwerk anzusehen ist, es gibt viele Argumente, die dagegen sprechen. Und: Es ist nicht unersetzlich. Andere Silvesterbräuche und neue Ideen können Silvester und andere Events, bei denen bisher Feuwerk nicht wegzudenken war, genauso bereichern.

Alternative Ideen zu Licht und Farben an Silvester

Auch, wenn viele Menschen mit dieser langjährigen Tradition Aufregung, Staunen und Begeisterung verbinden, ist es aus ökologischer und gesundheitlicher Sicht ein großes Problem. Dabei kommt die Frage auf: Welche Alternativen für bunte Farbspiele gibt es?

1. Lichtershows oder auch Lasershows: Dafür hat sicherlich nicht jede:r die Ausstattung zu Hause. Aber gerade für viele Menschen ist eine Lichtershow eine nachhaltigere Alternative zum klassischen Feuerwerk. Es gibt Unternehmen, wie zum Beispiel „Klanglichter„, die buchbare Veranstaltungen anbieten. Etwas weniger beeindruckend, aber dennoch möglich: sich eine solche Show im Fernsehen oder mit einem Beamer auf Leinwand anschauen.
2. Buntes Feuer selbst machen: Ein einfaches Lagerfeuer sieht schon schön genug aus. Wer experimentieren möchte, kann versuchen bunte Flammen zu erzeugen. Dafür kannst du theoretisch die oben aufgelisteten chemischen Stoffe verwenden – am besten nur die ungefährlichen. Am leichtesten erhältlich ist natürlich Kochsalz für orangene Flammen und Waschsoda (Natriumkarbonat) für leuchtend gelbe Flammen. Kaliumchlorid erzeugt lila Flammen und wird unter anderem als Arzneimittel bei Kaliummangel angewendet. Erhältlich ist es auch als Reinstoff in speziellen Läden oder Online-Shops. Du kannst die Salze direkt ins Feuer geben. Trage vorsichtshalber eine Schutzbrille und halte dann Abstand zum Feuer.
3. Fackeln selbst machen: Eine schöne Idee, um Reste zu verwerten und an Silvester den Garten zu beleuchten oder einen Nacht-Spaziergang zu machen. Dafür braucht es gar nicht viel: Stoffreste (am besten Leinen, zum Beispiel von alten Jutesäcken), Wachsreste, Rundhölzer oder Astabschnitte, Zeitungspapier und Bastelutensilien, wie Schere und Paketband (solches aus Papier). Recherchiere, je nachdem, was du zuhause hast, für die genaue Bastel-Anleitung im Internet.
4. Bunte Laternen selbst machen: Mit buntem durchscheinenden Papier beklebte Laternen lassen sich auf verschiedenste Weisen herstellen. Du kannst Einmachgläser mit transparentem Papier bekleben. Dafür eignet sich zum Beispiel das Blumenseide-Papier von „folia“, erhältlich unter anderem auf memo.de**. Bei diesem Utopia-Artikel findest du noch weitere Anregungen zum Basteln von Laternen: Laternen basteln – 3 einfache Upcycling-Ideen
5. Leuchtpois sind in Aktion ein absoluter Hingucker. Das sind leuchtende Bälle mit LED-Licht, die in jeweils einer Hand an einer Schnur geschwungen werden. Manche Menschen betreiben diese Art der Jonglage-Kunst als Hobby. Vielleicht kennst du jemanden, von dem:der du welche ausleihen kannst. Oder du findest Pois gebraucht und günstig im Internet. Als nicht-leuchtende Variante lassen sich zum Üben die Pois ganz leicht selbst machen: beispielsweise mit Stoffresten und Sand oder Mehl. Falls dich das interessiert, recherchiere selbst zu geeigneten Bastel-Anleitungen.
6. Kennst du eine:n Feuerkünstler:in? Eine private Show am Silvesterabend ist allemal sehenswert.

Achtung: Wenn Feuer im Spiel ist, sei vorsichtig. Stelle genug Wasser bereit, um gerüstet zu sein, wenn etwas ungewollt anfängt zu brennen.

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