“En toen was er licht!”

Zo beginnen veel creatie-mythes, en het ontstaan van de thermochemie is zeker niet anders. Thermodynamica is de tak van scheikunde die zich bezig houdt met faseovergangen (denk; water naar stoom), energieveranderingen (Denk; hout voor en na verbranding), en evenwichtsreacties die ontstaan bij chemische reacties. De eerste keer dat mensen de thermochemie naar hun hand zette, kunnen we vaststellen aan de hand van de ontdekking en de vervolgens lange cultivatie van vuur. In deze serie van vier artikelen nemen we je mee in de wereld van de thermochemie en hoe deze ons leven in het verleden heeft beïnvloed en onze toekomst zal blijven bepalen.  

De warmtebatterij-technologie van Cellcius maakt gebruik van thermochemische concepten. De opslag en transformatie van energie is een van de grootste uitdagingen van vandaag en morgen.  

Hoe ver gaat de thermochemie terug?

De brandstof die men in de prehistorie gebruikte was gedroogd hout. Dit hout brandde op een fijne temperatuur voor de doeleinden die men in de volgende circa miljoen jaar uit zou vinden. Want niet alleen werd de dag langer dankzij deze eerste kunstmatige lichtbron, ook werd het vervaardigen van werktuigen mogelijk. Het vuur hielp daarbij met de jacht. Met het afbranden van stukken bos ontstonden er open vruchtbare plekken waar wild naartoe trok voor voedsel. Ook bood het bescherming tegen diezelfde wilde dieren en gaf het de prettige warmte waar de mens zo naar snakte.

De bladeren en stukken hout die gebruikt werden zouden we vandaag de dag  “biomassa” noemen.  Deze brandstof was ideaal, omdat het controleerbaar én verdeelbaar was. Je kon immers simpelweg meer óf minder hout op het vuur gooien. Indien het snel uit moest was een kruik water ook direct bij de hand. Als het hout goed gedroogd werd kwam er daarnaast ook slechts een minimale hoeveelheid rook vrij. Voor de Jager-verzamelaars was rookontwikkeling nog geen enorm probleem, maar voor de op hen volgende boeren was het inperken hiervan zeker van groot belang toen de vuren van buiten naar binnen verhuisden.

Archeologische sporen

Sporen uit de ijstijd laten zien dat vuur een gekoesterd en veel gebruikt redmiddel was. Maar hoe weten we nu dat duizenden jaren geleden een kampvuur heeft gebrand? Vaak vinden we natuurlijk helemaal niks terug; het as is verwaaid, de aarde is bewerkt of er is een bosbrand geweest waardoor er geen onderscheid meer is tussen de bosbrand en een door mensen aangestoken vuur.

Toch kunnen we achterhalen of er op dezelfde plek herhaaldelijk een kampvuur is aangestoken. Uit onderzoek blijkt dat er twee soorten sporen gevonden kunnen worden die aanwijzing geven van een door mensen aangestoken en onderhouden vuur. De eerste is een oxidatielaag van ongeveer 15 cm diep in de bodem. Een spontaan vuur laat slechts een oxidatielaag van 1-2 cm achter. Het tweede spoor is de verandering van de magnetische eigenschappen van de bodem. Deze verandering is niet aanwezig bij resten van spontane bosbranden.

De combinatie van oxidatie en magnetisatiesporen zorgden voor een karakteristieke “komvormige” plek die achterbleef op een vuurplaats. Zo is uiteindelijk de oudst bekende vuurplaats ontdekt. Deze plek ligt bij Koobi Fora in Kenia en is 1.6 miljoen jaar oud. Een deel van deze zwaar geoxideerde bodem bestaat uit resten van een vuur dat minstens vier tot vijf dagen brandend is gehouden. Daarnaast zijn duizenden stenen artefacten en botten gevonden welke geen sporen van verbranding bevatten. De theorie is dan ook dat de vuurplaats niet gebruikt is voor het roosteren van vlees, maar dienst deed als een bron van warmte en licht en bescherming bood tegen roofdieren. De homo ergaster is hoogstwaarschijnlijk de vroeg-menselijke soort die dit vuur heeft laten branden.

Grondslag van beschaving

Vuur was een bekend fenomeen; bossen branden en onweer slaat in, echter wat zo bijzonder was aan de “ontdekking” van vuur was de ontdekking van het gebruik en het controleren van brandstoffen. Het kunnen “opslaan” van energie voor later door nu hout te verzamelen en wanneer nodig aan te steken is wat de mens haar ‘kickstart’ gaf. Dit “temmen” van vuur heeft gezorgd voor een enorme sprong in de levenskwaliteit van de mens. Dankzij vuren kon men brood bakken, vlees braden, klei bakken, huizen bouwen, en ga zo maar door. Deze eerste stap van de thermochemie heeft de grondslag gelegd voor elke beschaving die zich zou ontwikkelen in de eeuwen die komen gingen.

De tweede stap van de thermochemie gaat over turf, kolen en cokes. In de tweede editie van deze serie over thermochemie die binnenkort verschijnt vertellen we je er graag meer over.

Door: Denise Veldhuis – Marketing & Communicatie bij Cellcius  en student Chemical Engineering & Chemistry

Bronnen:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgrg.20019

https://www2.nau.edu/~gaud/bio300w/frsl.htm

https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/692729#_i13

https://www.persee.fr/doc/paleo_0153-9345_2000_num_26_2_4715

https://ontarioarchaeology.wildapricot.org/Resources/Publications/oa62-5-hinshelwood.pdf