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Historische Kalkbrennerei

Geschichtliches

Schema eines antiken Kalkofens (aus T.Seilnacht)

Bereits im Altertum war die Kunst des Kalkbrennens weit verbreitet. Die ältesten Zeugnisse der Kalkherstellung stammen aus dem Bergtempel von Göbelki Tepe in Anatolien und sind 11‘000 Jahre alt. In der Bibel werden die Begriffe „Kalkmörtel“ und „Kalktünche“ verwendet. Der griechische Philosoph Theophrast berichtete über das Brennen von Kalk zu Brannt­kalk und über die Herstellung von Kalkmörtel. Die Römer führten den Kalk als Baustoff in Germanien ein und entwickelten die Kalkbrenntechnik zu einem hohen industriellen Standard.

Verwendung

Branntkalk (ungelöschter Kalk) wurde früher in erster Linie für Wandtünche – das „Weissen“ – sowie vor allem zur Mörtelherstellung eingesetzt.

Zu Zeiten der grossen Pestepidemien des Mittelalters und der Neuzeit wurden die Toten mit gebranntem, ungelöschtem Kalk bestreut, um die Seuchengefahr zu mindern.

Mit gelöschtem Kalk in konzentrierter Form konnten saure Ackerböden gedüngt und verbessert werden. Er diente auch als Frostschutzmittel für Obstbäume. Man setzte ihn in Gerbereien, Seifensiedereien und Zuckerraffinerien ein, und man brauchte ihn als Zuschlag in der Glasindustrie und bei der Eisenverhüttung.

Kalkmilch, eine wässerige Lösung von gelöschtem Kalk in Wasser diente zur Bekämpfung von Schädlingen an Obstbäumen. Ausserdem wurde das Innere der Ställe zwecks Desinfek­tion häufig mit Kalk getüncht.

Die Verwendung von Kalkmörtel kennt man in der Surselva im Sakral- und im Wohnbau sowie im Burgenbau. Die Mauern der prachtvollen Kirchen und Kapellen, aber auch einiger Wohn- und Herrschaftshäuser wurden schon im Mittelalter und vor allem in der Neuzeit mit Kalkmörtel abgedichtet und verputzt. Auch heute noch ist Malern, Anstreichern und Maurern die gute Qualität des „eingesumpften“ Kalkes in Erinnerung.

Im europäischen Burgenbau wird Kalkmörtel als Bindemittel für Bruchstein- und Quadermauerwerk seit dem 12.Jh. verwendet. Erst mit dem Einsatz des Baustoffes „Kalkmörtel“ waren im Alpenraum derart kühne Burganlagen möglich wie etwa Burgen, die Adlerhosten gleich sich auf schmalen Felsköpfen erheben.

Kalkbrennen als Baukultur

Das Kalkbrennen ist eine alte, gemeinnützige Baukultur. Es war ein spezielles Bauhandwerk und erforderte gewisse Kenntnisse, die von den einzelnen Familien überliefert und umgesetzt wurden.

Die Organisation und der Unterhalt oblagen dem Gemeinwesen (Dorfgemeinschaft, politische Gemeinde), und in Notlagen diente die Kalkbrennerei auch zur Speisung der Gemeindekasse.

Meistens wurde bei Kirchen-, Schulhaus und Gemeindebauten sowie bei Fassadenrenovationen Kalk gebrannt. Jede Haushaltung musste unter Strafandrohung Fronarbeit leisten, so zur Bereitstellung des Holzes und zur Beschaffung der Kalksteine. Das Einfüllen und Brennen wurde als Akkordarbeit vergeben.

Der Kalkofen

Kalk-Hochofen bei Plaun da Lej (am Silsersee)
Kalkbrennofen Unterer Huot Obersaxen

Zur Herstellung von gebranntem Kalk wurde als bauliche, meist ortsfeste Einrichtung ein Kalkofen benötigt.

In Graubünden begegnet man zwei Typen von Kalköfen:

  • dem Hochofen, wie er auch für die Erzgewinnung verwendet wurde
  • dem einfachen Feldofen für den periodischen Brand.

In der Surselva sind einfache Feldöfen da und dort, meistens jedoch als Ruinen, anzutreffen.

Caltgera bei Favugn, Val Cuschina (Brigels)
Caltgera bei Favugn, Val Cuschina (Brigels)

Der typische Feld-Kalkofen hat einen runden oder leicht ovalen Grundriss. Die Kalk- und Feuerkammer hat einen Innendurchmesser von 2-4 m und eine Höhe von 2-4 m. Das ergibt ein Brennkammervolumen von 6-25 m3, was 9-37.5 t rohem Kalkstein entspricht. Das Mantelmauerwerk besteht wenn möglich aus kristallinem Gestein und hat eine durchschnittliche Mächtigkeit von 1 m. Dieses Mauerwerk ist in der Regel trocken aufgeschichtet, damit sich die Steine durch Hitzeeinwirkung bewegen können. Fugen und Hohlräume werden mit Sand gefüllt.

Der Ofen ist oft zwecks besserer Isolation in einen Abhang hinein gebaut, so dass nur die Ofenbrust mit der Schnauze (Feuer- und Schürloch) freiliegt. Die Scharte oder Schnauze ist durch eine waagrechte, beidseitig in die Mauer eingelassene Steinplatte in zwei Teile getrennt. Die untere Hälfte bildet das Zugloch und die obere Öffnung das Auffüll- und Anfeuerungsloch.

Einrichten und Brennen

Schema einer Füllung im Querschnitt
Schema einer Füllung im Querschnitt

Wenn Kalkstein und Brennholz in genügenden Mengen herbeigeschafft sind, kann der Kalk­brenner mit dem Einrichten des Ofens beginnen. Über dem Feuerraum wird der Himmel aufgebaut, jenes Gewölbe aus Kalksteinen, das verhindern soll, dass die nachher einzufüllenden Kalksteine das Feuer erdrücken. Es braucht viel Geschick und Erfahrung, dieses Gewölbe herzustellen. Zum einen muss es stark genug sein, um die darüber liegende Füllung zu tragen, zum anderen muss es durchlässig sein, damit die heisse Luft die Kalksteinbrocken in der Kalkkammer gleichmässig erhitzen kann. Der Feuerungsbogen kann auch mit einem Leergerüst eingebaut werden.

Um einen gleichmässigen Zug im Ofen zu erhalten, werden bei grösseren Öfen Holzstangen von etwa 15-20 cm Durchmesser zwischen die einzufüllenden Steine gesteckt. Diese verbrennen nach dem Anzünden des Ofens und hinterlassen einen Hohlraum, durch den die Luft kaminartig abziehen kann.

restaurierter Kalkofen bei Valchava

Am Schluss wird über dem fertig eingerichteten Kalkofen ein leichtes Dach errichtet, welches das Brenngut vor Regen schützen soll.

Ist das Feuer angefacht, muss zuerst der Ofen angewärmt werden, was etwa einen Tag dauert. Wenn die Brenntemperatur von etwa 1000° C. erreicht ist, muss diese während den nächsten 3-4 Tagen gehalten werden, damit der Kalkstein gleichmässig ausglüht.

Sobald die oberste Steinlage in der Kalkkammer zu glühen beginnt, ist der Zeitpunkt gekommen, das Feuer ausgehen zu lassen. Um ein allzu resches Abkühlen des Ofens zu vermeiden, und um die Kalksteine noch ein wenig „schmoren“ zu lassen, wird das Feuerloch verschlossen und die obere Öffnung mit Steinplatten zugedeckt und mit Tonerde (Lehm) abgedichtet.

Nach etwa zwei Tagen ist der Ofen soweit abgekühlt, dass er geöffnet und ausgeräumt werden kann. Da in der Kalkkammer selten das gesamte Brenngut gleichmässig erhitzt wird, müssen die gebrannten Steine sorgfältig nach gutem und schlechtem Brand sortiert werden. Gut gebrannter Kalkstein ist vollständig weiss und lässt sich leicht zu Pulver zerschlagen. Der schlecht gebrannte Kalkstein hingegen enthält noch einen harten, grauen Kern.

Nach dem Sortieren wird der gute Branntkalk (Stückkalk) in Fässer, Kessel oder Säcke abgefüllt und zum Löschen abtransportiert. Die schlecht gebrannten Steine werden beim nächsten Brand nochmals in den Ofen gebracht.

Kalkreislauf

Der Kalkkreislauf beschreibt die Umwandlung des Naturstoffes Kalkstein in drei Schritten:

  1. Brennen: Zuerst wird Calciumcarbonat, der Hauptbestandteil des Kalksteins, stark erhitzt (gebrannt). Dabei entweicht Kohlendioxid, und es entsteht Calciumoxid (Branntkalk).
  2. Löschen: Versetzt man Branntkalk mit Wasser, bildet sich Calciumhydroxid (gelöschter Kalk, Löschkalk).
  3. Abbinden: Löschkalk reagiert durch Wasserabgabe und Kohlendioxidaufnahme wieder zurück zu Calciumcarbonat (Kalkstein).

Im Kalkofen findet der erste Umwandlungsschritt - das  Kalkbrennen – statt. Ab einer Temperatur von etwa 1000 °C. wird kalkiges Gestein (CaCO3) entsäuert, das heisst Kohlendioxid (CO2) wird ausgetrieben. Es entsteht Branntkalk (Calciumoxid, CaO).

Bei der Verwendung relativ reiner Kalkgesteine entsteht der Weisskalk (Fettkalk) mit 90-95 % CaO. Andernfalls spricht man von Magerkalken. Magnesiumhaltige Kalke mit höheren Anteilen von Magnesium (MgO) ergeben Magnesiumkalk. Eine Ausnahme bildet Dolomit. Daraus gebrannter Kalk ist zwar magnesiumhaltig, aber aufgrund der Kristallstruktur dem hochreinen Weisskalk vergleichbar, mit entsprechend hoher Qualität.

Der zweite Schritt wurde früher erst auf der Baustelle vollzogen. Heute erfolgt dieser meist im Kalkwerk. Wird gebrannter Kalk mit Wasser versetzt, entsteht unter Volumenvergrösserung und starker Wärmeentwicklung gelöschter Kalk (Calciumhydroxid, [Ca(OH)2]).

Je nach Menge der Wasserbeigabe spricht man von Sumpfkalk, Kalkfarbe oder Kalkmilch. Alle diese Formen werden als weisse Farbe zum Kalken von Wänden und als Bindemittel für Kalkmörtel oder hydraulischen Mörtel verwendet.

Früher wurde  der Branntkalk in einen Holzbehälter (Löschpfanne) geschüttet und mit Wasser übergossen. Nach dem Löschen liess man die so entstandene Kalkmilch in die Kalkgrube fliessen, wo der gelöschte Kalk bis zu seiner Weiterverarbeitung eingelagert wurde (Grubenkalk). Dieser Prozess des Einsumpfens ist in jedem Fall nötig, damit sich auch schwerlösliche Bestandteile des Branntkalkes  auflösen können und so die spätere Haftfähigkeit des Mörtels erhöht. Nach frühestens zwei Tagen darf der eingesumpfte Kalk weiterverarbeitet werden. Er kann aber auch während Jahren in der Sumpfgrube gelagert bleiben.

Der dritte Schritt: An der Luft bindet gelöschter Kalk mit Hilfe von Kohlendioxid (CO2) wieder zu Calciumcarbonat (Kalk, CaCO3) ab, womit sich der Kreislauf schliesst. Der Vorgang des Abbindens kann durch den geringen CO2-Gehalt, die Materialfeuchte sowie die entstehende Sinterschicht jahrelang dauern.

Fügt man dem gelöschten Kalk noch Sand (Gesteinskörnung) bei, erhält man Kalkmörtel, einen der ältesten Baustoffe überhaupt. Der Löschkalk bindet dabei zwischen den Sandkörnern ab und festigt die Masse, der billige Sand sorgt für die nötige Druckfestigkeit und hält den Verbrauch an Kalk niedrig. Optimalerweise ist der Sand auch kalkreich. Dann ist die Verbindung nicht nur mechanisch, sondern der Kalk kristallisiert direkt an der Zuschlagoberfläche aus.

Rohmaterial

Der Kalkbrennofen befand sich in den allermeisten Fällen nicht unmittelbar auf der Baustelle. Dies hatte zwei wesentliche Gründe:

Energieeffizienz

Soll der Kalkofen nicht unnötig viel Brennholz verschlingen, ist es notwendig, ihn in einen Abhang hinein zu bauen. Mit dem umgebenden Erdmaterial wird der Ofenmantel besser isoliert und damit das Abstrahlen von Wärme reduziert. Auf dem Bauplatz hätte der Ofen meist freistehend errichtet werden müssen.

Transportproblem

Der Kalkofen wurde dort aufgestellt, wo sich das Rohmaterial befand, d.h. unmittelbar bei der Abbaustelle. Der Branntkalk ist (bei gleichem Volumen) etwa 45 % leichter als der ursprüngliche Kalk. Dadurch war er wesentlich einfacher zu transportieren. Ausserdem befand sich auch meist genügend Brennholz näher bei der Abbaustelle als beim zu erstellenden Bauwerk.

Dolomit als Rohmaterial

Der Brennvorgang ist um einiges komplizierter als mit reinem Kalk, da während des Brennvorganges das im Dolomit vorhandene Magnesium zum grössten Teil entfernt werden musste.

Der Prozess des Dolomitbrennens könnte etwa folgendermassen vor sich gegangen sein:
Ausgangsmaterial Dolomit = CaMg(CO3)2

CaMg(CO3)2 + 2H2O → CaCO3 + Mg(OH)2 + CO2

CaCO3 + Mg(OH)2 + CO2 → CaO + Mg(HCO3)2

In einem ersten Schritt entsteht beim Brennen aus dem (zuckerkörnigen) wasserhaltigen Dolomit (= Rauhwacke) ein hartes, blau gefärbtes “Gestein” als Zwischenprodukt, das aus dem Mineralien Calcit (CaCO3) und Brucit [Mg(OH)2] besteht.

ehemalige Abbaustelle für Rauhwacke bei Huot (Obersaxen)

Bei Fortsetzung des Brennvorganges gibt der Calcit CO2 ab, der Brucit nimmt wieder CO2 auf und geht in das wasserlösliche Bikarbonat [Mg(HCO3)2] über, womit das Magnesium grösstenteils ausgewaschen werden kann. Endprodukt ist (Mg-haltiger) “Branntkalk” (CaO), der - mit Wasser gemischt - den gelöschten Kalk für die Herstellung des Mörtels liefert.

Die Rauhwacke (häufig auch zuckerkörniger Dolomit genannt) eignet sich dazu besser als der reine harte Dolomit. Der erste Brennvorgang, die Herstellung der Zwischenprodukte Calcit [CaCO3] und Brucit [Mg(OH)2] ist mit diesem wasserhaltigen „Dolomit“ einfacher möglich. Rauhwacke sieht übrigens dem Tuffstein sehr ähnlich, entsteht aber auf ganz andere Weise als der Quelltuff.

Brennholzbedarf

Aufgrund neuerer Versuche im Val Müstair kann davon ausgegangen werden, dass es pro m3 Kalkstein etwa 3 Ster Brennholz braucht. Für eine einzige Füllung von 8-10 m3 bedarf es also 24-30 Ster Holz.

Oder anders gerechnet: Für den Aufbau einer mittelgrossen Burg benötigte man etwa 200 m3 gebrannten Kalk als Mörtelbindemittel, was 300 t rohem Kalkstein entspricht. Dazu bedurfte es 600 Ster Brennholz, eine recht beträchtliche Menge!

Bei periodischem Brand mittels eines einfachen Feldofens, war diese Menge durchaus verkraftbar, da in der Zwischenzeit in der Umgebung laufend neues Holz nachwuchs. Zu bedenken gilt es, dass in dieser Zeit auch viel Brennholz für die Raumheizung und das Kochen benötigt wurde.

Etwas schwieriger war die Belieferung grosser Anlagen mit permanentem (ganzjährig durchgehendem) Betrieb, etwa in der Form eines Hochofens. So wurde beispielsweise der grosse Kalkofen bei Surava im Albulatal im Jahre 1927 vergrössert und für die Beheizung mit Kohle umgebaut. In der Folge konnten dort bis 800 t Branntkalk pro Jahr produziert werden. Der neue Betrieb war aber von kurzer Dauer. Einerseits entstanden bei der Verbrennung von Kohle dunkle Rauchwolken mit schädlichen Abgasen. Andererseits war dieser Branntkalk von geringerer Qualität, weil er Kohlerückstände enthielt und deshalb eine dunklere Farbe aufwies.

Untergang der einfachen Kalkbrennerei im Feldofen

Mitte des 20. Jahrhunderts stiegen die Taglöhne, und das Brennholz konnte zu immer besseren Preisen abgesetzt werden. Gleichzeitig wurden Fabrikzemente verschiedener Qualitäten zu billigeren Preisen als der Weisskalk angeboten. Aus Konkurrenzgründen musste deshalb die einfache Kalkbrennerei in Feldöfen an den meisten Orten eingestellt werden.

Quellen:

  • Ackeret, C.: 1989. Der Kalkofen von Surava. Bündnerwald 2/1989, S.45-57
  • Bass, J.:1956. Kalkbrennen, eine verschwundene Industrie unserer Gebirgsgegenden. Bündnerwald 7/1955-56, S.200-203
  • Bitterli, Th.:1991. Zur Mörtelherstellung beim Burgenbau. Nachrichten des Schweiz. Burgenvereins Bd. 17, Heft 2. S.10-15
  • Bitterli, Th.:1995. Der Kalkofen. Bulletin IVS 95/2
  • Casutt, G.; Ackeret, C.: 2005. Das Kalkwerk / Kalkwerk: Von fachmännischer Seite. In: Surava. Zeitdokumente. Frauenfeld: Verlag R.Liebig, 2.Auflage, S.48-54. ISBN 3-9522853-4-X
  • Dreier,F.:o.J. Kalk- (Dolomit-) Brennofen. aus Internet
  • Eiden, M.:o.J. Chemie (und Physik) rund um das Kalkbrennen (-löschen und Verarbeiten), Vortrag. aus Internet
  • Hendry, T.:1993. Da caltgeras e caltschina (Von Kalksteinöfen und Kalkstein). Tuatschina
  • Hendry, T.:-. Kalkbrennen im Tujetsch. Am Beispiel eines Kalkofens in Val Caltgera, Tujetsch, 9 S.
  • Jenny, G.:1986. Das Geheimnis des Kalkbrennens. Grabungstechnik Nr. 15
  • Seilnacht, T.:o.J. Die Geschichte der Kalknutzung. aus Internet
  • Thinschmidt, A.:o.J. Kalkbrennen im Waldviertel – ein (fast) ausgestorbenes Gewerbe. aus Internet
  • -:o.J. La Chalchera a Valchava – der Kalkofen / Das Kalkbrennen und dessen Kultur. Informationstafeln
  • Wikipedia:o.J. Kalkmörtel
  • Wikipedia:o.J. Kalkofen
  • Wikipedia:o.J. Technischer Kalkkreislauf

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