Kupfer – jeder kennt es: als Metall in Kabeln oder in den 1-Cent-Münzen. Doch Kupfer ist auch eines der ältesten von Menschen genutzten Metalle – gleich nach Gold. Aber wie wurde das erste Kupfer überhaupt gewonnen?
Dem sind wir im Rahmen des Europäischen Steinzeittreffens im Juli mit einem Experiment auf den Grund gegangen. Unter der Anleitung von Mitgliedern der AG Steinzeit der Zeiteninsel haben wir mit einfachsten Mitteln – und einer Menge Lungenkraft – Kupfer hergestellt.
Kupfer kann in der Natur in reiner Form vorkommen; das nennt man „gediegen“. Häufiger tritt es jedoch als Verbindung mit anderen Elementen auf – den sogenannten Erzen. Das wichtigste Kupfererz für unsere Vorfahren in der Kupfer- und Bronzezeit war Malachit. Malachit (Cu₂CO₃(OH)₂) ist eine Verbindung aus Kupfer und Carbonat – einer Kohlenstoffverbindung, die auch im Kalkstein vorkommt.
Um Kupfer aus Malachit zu gewinnen, wird der Stein zunächst erhitzt, um das Wasser (in der Formel die OH-Gruppe) auszutreiben. Dadurch wird der Stein brüchiger und lässt sich im nächsten Schritt leichter fein zermahlen. Dafür hatte Martin Hofer (AG Steinzeit) am Vortag einen Mörser aus Sandstein gebaut.
Anschließend wurde Holzkohle klein gerieben und im Verhältnis 1:8 mit dem zerkleinerten Malachit in eine Kugel aus Ton gefüllt. Die Kugel wurde verschlossen und ins Feuer gelegt. Nun hieß es für etwa eine Stunde kräftig pusten – eine Aufgabe, bei der auch die Besucher:innen des Aktionstages tatkräftig mithalfen. Um die Luft gezielter ins Feuer zu leiten, nutzten wir Blasrohre aus Holunderholz, an deren Enden Tonaufsätze angebracht wurden, damit sie im Feuer nicht wegbrennen.
Doch was passiert in der Kugel – und warum überhaupt in einer Kugel?
Beim starken Erhitzen von Malachit (ca. 750 °C) zerfällt er zu Kupferoxid (CuO), da das Karbonat (CO₃) Kohlendioxid (CO₂) freisetzt. Der restliche Sauerstoff bleibt im Kupferoxid gebunden:
2 Cu2(OH)2CO3 + hitze = 2 Cu2O + 2H2O + 2 CO2
Unser Ziel ist jedoch reines Kupfer. Hier kommen die Holzkohle und die geschlossene Kugel ins Spiel. Wird Holzkohle (reiner Kohlenstoff, C) mit wenig Sauerstoff (O₂) erhitzt, entsteht Kohlenstoffmonoxid (CO) – ein sehr reaktives Gas, das dem Kupferoxid den Sauerstoff „entzieht“ und dabei CO₂ bildet: 2 Cu2O + C = 4 Cu +CO2
Damit dieser Prozess funktioniert und das Kupfer sogar zusammenschmilzt, mussten wir Temperaturen von mindestens 1.085 °C erreichen – entsprechend wurde mit aller Kraft Luft ins Feuer geblasen.
Nach einer Stunde glühte alles hellrot – sogar die Tonaufsätze an den Blasrohren. Zwei Tonkugeln waren zusammengeschmolzen. Wir waren also heiß genug, um den Sand im Ton zu Glas zu schmelzen – deutlich über
1.000 °C.
Als die Kugeln abgekühlt waren, haben wir sie aufgebrochen – und die Freude war groß: Wir hatten Kupfer gewonnen! Allerdings nicht als kompakten Klumpen, sondern als viele kleine Kügelchen. Der Grund: Wir hatten zu viel Kohlenstaub in der Kugel, der nicht vollständig verbrannt war. Das Kupfer konnte sich daher nicht an einer Stelle sammeln. Wieder etwas gelernt fürs nächste Mal!
Doch wurde das erste Kupfer tatsächlich so gewonnen?
Die Antwort lautet: Vielleicht. Nach 5.000 Jahren würde von solchen Tonkugeln kaum etwas im Boden übrig bleiben. Unsere Methode basiert auf der Arbeit von Sayuri de Zilva und Wulf Hein. Für Blasrohre gibt es sogar archäologische Nachweise – allerdings aus Ägypten (Mereruka in Sakkara, ca. 2.450–2.350 v. Chr.). Für unsere Region ist dieses Verfahren eher unwahrscheinlich, da Malachit hier nur in sehr geringen Mengen vorkommt.
Text: Jan Scheide
Fotos: Stephan Dinges, Meike Schuler-Haas
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