Internasjonalt behov for nitrogen, norsk entreprenørskap, utanlandsk teknologi og kapital, saman med norske vasskraftressursar gjorde landet til ei leiande nasjon innan gjødselproduksjon og nitrogenhaldige produkt. Norge kom inn i pionerfasen for utnyttinga av Frank-Caro-patentet. Frank-Caro-metoden blei brukt ved Odda Smelteverk, og bedrifta representerte fram til nedlegginga i 2003 ei kontinuerleg industrihistorie – produkt og prosess var det same i 2002 som i 1908.
På slutten av 1800-talet var dei naturlege kjeldene til nitrogengjødsel i ferd med å tømmast ut og det var naudsynt å finna måtar å utvinna nitrogenforbindingar frå lufta på. Utviklinga av kunstgjødselindustrien blei sett i gang.
Nitrogenindustrien blei grunnlagd på byrjinga av 1900-talet for å framstilla kunstgjødsel, og som råstoff for sprengstoff, fargestoff og plastindustri.
Fleire norske fabrikkar gjekk inn i nitrogengjødselindustrien. Det blei produsert cyanamid etter Frank-Caro-metoden ved The North Western Cyanamide Company sitt anlegg i Odda frå byrjinga i 1908. Dette var eit alternativ til Norsk Hydro sitt produkt Norgessalpeter. Lysbogeprosessen blei tatt i bruk ved Norsk Hydro sitt anlegg i 1905, etter ei prøvedrift frå 1903. Frå siste halvdel av 1920-åra brukte Norsk Hydro Haber-Bosch-metoden. Produksjonen i Odda representerte kontinuitet då Frank-Caro-prosessen blei brukt til framstilling av cyanamid frå starten i 1908 fram til nedlegginga i 2002.
Tre metodar for nitrogenfiksering blei viktige for norsk industri:
Lysbogemetoden - Birkeland-Eyde-prosessen, Cyanamidprosessen - Frank-Caro-metoden, og Haber-Bosch-metoden.
I tillegg til desse kom Oddaprosessen.
Erfaringane med gjødselproduksjon ved Odda Smelteverk resulterte i Odda-prosessen, ein revolusjonerande måte å produsera fullgjødsel på. Prosessen blei ikkje tatt i bruk ved Odda Smelteverk, men fekk stor betydning for Norsk Hydro og internasjonal fullgjødselproduksjon generelt.
Oddaprosessen from Kraftmuseet on Vimeo.
Fabrikken i Odda var den største i verdssamanheng som produserte etter Frank-Caro-metoden i 1909. Anlegget høyrde til første-fase-anlegga for cyanamid etablert i åra 1905-1908. Produksjonslina som blei tatt i bruk i Odda i 1908 med kraft frå Tyssedal kraftanlegg (1906-1918) til karbid- og cyanamidproduksjon i Odda, varte fram til Odda Smelteverk sin konkurs i 2003.
Kraftproduksjon og kraftkrevjande industri er eit viktig kjenneteikn ved norsk industrialisering og har spela ei stor rolle i norsk og internasjonal økonomi.
Framstilling av kalsium cyanamid er ein reaksjon mellom kalsiumkarbid og nitrogen. Teknikken blei funnen opp av dei to tyske kjemikarane Adolph Frank (1834-1916) og Nikodem Caro (1871-1935) i 1890-åra. Dei første resultata med det nye gjødselet blei gjort kjende i 1903. I 1905 var dei to første fabrikkane i drift i Piano d `Orta i Italia og Westeregeln i Tyskland.
Kalsiumkarbid er eit eige produkt som blir framstilt med brent kalk og kol ved svært høg temperatur. I 1908 var det sju kalsiumkarbidfabrikkar i Norge: Notodden, Hafslund, Borregaard, Meraker, Ihlen, Odda og Kragerø. Men situasjonen for karbidproduksjon var ikkje god. Det var rett og slett ein overproduksjon av karbid i verda.
Kalsiumkarbid blei mellom anna brukt til framstilling av acetylen for belysning. Karbidlampar blei brukt til belysning på tog og som lys til arbeidet i gruver, i dag blir det framleis brukt av grotte-klatrarar.
Karbidproduksjonen i Odda frå 1908 var først og fremst basert på vidare anvending til kalsiumcyanamid. Slik blei det i åra 1906-1908 bygd to fabrikkar parallelt – ein for karbid og ein for cyanamid. Kalkstein blei henta frå lokale klasteinbrot på Bømlo og Osterøy. Nitrogen blei fremstilt i eit såkalla Lindeanlegg - eit stort kjøleanlegg som først laga flytande luft og så skilde oksygen og nitrogen frå kvarandre med fraksjonert destillasjon.
Cyanamid blir nytta som råstoff i kjemisk industri og som gjødningsmiddel og ugrasmiddel i landbruket. Kalsiumcyanamid har vore utgangsmateriale for framstilling av ei rekke kjemiske stoffer. Cyanamid behandla med vanndamp under trykk blir ammoniakk. Ammoniakk kan brukast til framstilling av ammoniumsulfat og ammoniumnitrat. Begge stoffa blir brukt som kunstgjødsel i tillegg til at ammoniumnitrat blei nytta i produksjonen av sprengstoff. Dicyandiamid er ei anna utvikling av cyanamid, som er viktig i plastindustrien og blei produsert ved Odda Smelteverk frå slutten av 1940-tallet. Dermed blei produksjonslinja med kalsiumkarbid og kalsiumcynanamid utvida til også å omfatta dicyandiamid.
Det er viktig at cyanamiden inneheld så liten grad av uendra karbid som mogleg fordi acetylenutvikling kan gje farlege eksplosjonar. Noko som hende den 7. mai 1912, då den norske damparen «Snorre» eksploderte. Han var lasta med kalsiumcyanamid som skulle skipast frå Odda til Lübeck over Kattegat.
Trollmjøl er navnet på støvfint cyanamid frå Odda Smelteverk som var å finna på den norske marknaden i 1920-åra og utover. I ei brosjyre om trollmjøl frå ca. 1930 heiter det: Trollmjøl mot ugraset! Og vore kornavlinger kan økes med minst ¼.
Nitrogengjødselindustrien 1900-1930
Kjemikarar hadde lenge beskjeftiga seg med spørsmålet om korleis plantene kunne nyttiggjera seg kvelstoffet (nitrogenet) i lufta som plantenæring. Den aukande befolkninga i verda trong mat. I tillegg var nitrogen ein viktig faktor i sprengstoffindustrien. Fram til byrjinga av 1900-talet blei nitrogenkjelder som mellom anna naturlege nitrater (Chile-salpeter), steinkol (svovelsur ammoniakk) og Guano (gjødsel frå fugl avleira gjennom lange tider) frå Peru, nytta.
Industriguano, som mellom anna blei produsert i Norge, er eit guanoliknande produkt framstilt av avfallsstoffer. Fiskeguano blei tilverka i Norge og andre land som hadde store torskefiskerier. Ved Chr. Johnsen i Kristiansund blei råmaterialet gjennomdampa, vatn pressa ut og den tørre massen blei finmalt til eit pulver med ein lys, grågul farge. Produktet inneheldt 8-12 prosent kvelstoff og 12-14 prosent fosforsyra. I 1913 blei det eksportert 14 000 tonn fiskeguano frå Norge. Fiskeguano kunne også framstillast av sild.
Chile-salpeter, eller natriumnitrat, forekom naturleg på Søramerika sin vestkyst. Formannen i British Association for the Advancement and Science, Sir William Crooke, var redd for at desse ville tømmast. Dei første salpeterkokeriene i Chile blei etablert i 1810-1812. I 1916 gjekk fabrikasjonen føre seg i 130 store kokerier, der over halvparten var engelske. I Europa var den viktigaste importhamna Hamburg, som forsynte både Tyskland, Østerrike, Russland og dei nordiske landa. (Kjelde: Sebelien, John, Læren om Gjødsel, bind 1, Grøndahl & Søns Forlag, Kristiania 1916, s. 51).
Samtidsberekningar antyder at 1/5 blei brukt i industrien og resten i landbruket. Innføring av Chile-salpeter til Norge byrja troleg kring 1878.
Eit postkort med reklame for kalkkvelstoff frå Odda. Foto: Kraftmuseet arkiv
Først på byrjinga av 1900-talet klarte ein å utnytta nitrogenet i atmosfæren. Blokade av Chile-salpeter under første verdskrig og andre nitrogenhaldige produkt viste kor viktig det var for dei enkelte land å produsera nitrogen innanfor eigne grenser. Nitrogen var lika viktig for jordbruket som for militæret. Behovet for nitrogengjødsel auka også i krig, fordi ein måtte basera seg på større grad av sjølvforsyningsøkonomi.
Cyanamidproduksjonen i Norge gjekk føre seg i Odda, ved North Western Cyanamide Company. I 1913 fantes det 14 cyanamidfabrikkar i verda.
I 1928 var det berre fem fabrikkar som produserte etter lysbogemetoden. Sammenlikna med cyanamidprosessen og Haber-Bosch-metoden var lysbogeprosessen svært kraftkrevjande. Det var berre i Norge produksjon etter den prosessen fekk vesentleg betydning. Mengden nitrogen som blei produsert var omvendt proposjonal med energiforbruket.
Lindehuset i Odda produserte nitrogen til cyanamidproduksjonen. Foto: Anne Gravdal Kraftmuseet
Anlegget i Odda høyrer til førstefase-anlegga frå perioden 1905-1909 og var også det anlegget med størst produksjonskapasitet. Kapasiteten var meir en dobbelt så stor som ved anlegga i Tyskland. Anlegg under bygging i 1909 hadde ein kapasitet som overgjekk Odda. Det vi veit er at produksjonskapasiteten i Odda raskt blei utvida. For 1914 finn vi opplysningar om at kapasiteten var 85 000 tonn. Anlegget var det største internasjonalt i alle fall fram til slutten av første verdskrig.
Stor produksjonskapasitet innan cyanamid ville også seie at produksjonsutstyret og andre sider ved produksjonen var stor i internasjonal samanhang. Som døme kan ein nemna at Linde-anlegget i Odda var verdas største.
Frank-Caro omnane på cyanamidefabrikken ved Odda Smelteverk. Foto: Harald Hognerud Kraftmuseet
Karbidproduksjonen måtte stå i forhold til cyanamidproduksjonen.
Frå 1913 til 1929/1930 auka produksjonen av cyanamid i verda frå 223 600 tonn til 1 452 000 tonn, med andre ord meir enn ei seksdobling - auka behov for cyanamid til gjødsel, vidareforedling til andre typar gjødsel og til krigsindustrien. Produksjonskapasiteten til Odda Smelteverk låg fast frå byrjinga av første verdskrig og framover. Vekst kom altså i dei første åra bedriften eksisterte.
Odda-prosessen: resultat av forsking og utvikling ved Odda Smelteverk
Erling Johnson ved Odda Smelteverk utvikla Odda-prosessen. I samtida forsøkte krefter nasjonalt og internasjonalt å nedvurdera betydninga av oppfinninga, men relativt raskt blei prosessen si store betydning anerkjend. Oppfinnaren sjølv, Erling B Johnson, kjend truleg, trass i æresbevisingar, at prosessen ikkje fekk den plass og merksemd den hadde fortent. Norsk Hydro bygde produksjon opp rundt Odda-prosessen og prosessen er i bruk rundt om i verda den dag i dag.
Cyanamid, Norgessalpeter og Kalksalpeter representerte dei såkalla einsidige sortane av kunstgjødsel, dvs. dei inneheldt berre eitt av dei verdistoffa som jorda trong, nemleg kvelstoff. Andre verdistoff er fosforsyre og kali.
Det blei drevet forskings- og utviklingsarbeid ved Odda-fabrikken i heile perioden. Erling B. Johnson kom frå stillinga som assistent for professor John Sebelien ved Landbrukshøyskolen på Ås til Odda. Her dreiv han omfattande forsking knytt til dicyandiamidets verknad på plantevekst. Han var på plass att i Odda på midten av 1920-talet og arbeidet leia fram til Odda-prosessen. Andre delar av utviklings- og forsøksarbeidet som blei gjennomført var å betra kvaliteten på cyanamiden. Eit resultat blei det granulerte produktet.
I 1927 starta I.G.Farbenindustrie i Tyskland første produksjon av fleirsidig gjødsel. Den blei kalla Nitrophoska som står for komponentene nitrogen, fosfor og kalium. I 1930 fekk Erling Johnson innvilga patent på sin gjødselprosess der råfosfat løysest opp i salpetersyre. Patentet hadde prioritet frå 1928. I motsetnad til I.G. Farbenindustrie blei det ikkje produsert avfallsstoffer. Korleis grunngjev sjefskjemikaren og patenthavaren Erling B Johnson arbeidet som førde fram til patentet?
”Foranledningen til at jeg tok til undersøkelse problemet salpetersyrebehandling av råfosfat i forbindelse med fremstilling av fullgjødsel berodde på en kombinasjon av de foreliggende forhold. Fra 1913 som ung kjemiker arbeidet jeg med gjødslingsspørsmål, første 3 år ved Landbrukshøyskolen, som første assistent under prof. Sebelien, dernest endel år, 1915-1920 som forsøkskjemiker ved North Western Cyanamide Company, Odda, med spesiell vekt på gjødslingsspørsmål (fra denne tid en avhandling: Dicyandiamidets indflytelse på Planteveksten 1918), en avhandling som ble prisbelønnet av 1905 Fondet for Landbruksforskning i Norge».
Norsk Hydros reaksjon på prosessen var negativ og også frå NTH kom det kritikk. Norsk Hydro sette i gong arbeid for å omgå Johnson sitt patent og i 1932 søkte selskapet patent på ein eigen variant av prosessen, den såkalla Hydroprosessen. Erling Johnson og Odda Smelteverk var ikkje einige i at Hydroprosessen var uavhengig av deira patenter og saksøkte Norsk Hydro for patentinngrep. I 1947 kom ein til forlik som ga Norsk Hydro rett til å nytta den originale Odda-prosessen. Korleis Johnson sjølv vurderte desse ”angrepa” kjem frem i eit brev han skreiv til sivilingeniør Leiv Torvund ved Norsk Hydro i 1967. Følgjande sitat er henta frå dette brevet:
”Innen fristutløp forelå kraftige innsigelser fra I.G. Farben, Norsk Hydro, Kalichemie o.a. Samtlige innsigelser blev baseret på D.R.P. 337.154 fra 1921. Avvisning av innsigelser viste sig å være en enkel sak. Motpatentet benytter sig av konsentreret (80 til 180 %) salpetersyre i stort overskudd for gjennemførelse av en ”utsalting” av kalsiumnitrat i mer eller mindre avvannet form, mens Oddaprosessen jo vedrører anvendelse av salpetersyre av midlere konsentrasjon med de fordeler dette medfører, bl.a. at det kun blir nødvendig å anvende et lite overskudd av syren m.v.”
”Noen særlig interesse for patenterne forelå ikke, ennskjønt jeg forsøkte stimulere denne ved diverse foredrag, det første ved Landsmøtet for ingeniører M.N.I.F. i Bergen aug. 1930. En skuffelse var det også å høre en velkjent professor i kjemi i Trondheim nærmest advare mot å høre på tilsvarende seksjonsforedrag ved et nordisk kjemikermøte i begynnelsen av tredveårene.”
”I og med krisen i 1929 og utover faldt selvsagt alle slike planer sammen. Rent faglig fikk selve ”Oddaprosessen” en merkverdig og nedvurderende behandling.”
”Fra Norsk Hydro side forelå en helt negativ vurdering efter besøk i Odda ved prof. Dr. Halvorsen, Norsk Hydros forskningssjef, sammen med et par andre eksperter. Jeg har aldri hat anledning til selv å se uttalelsen. Det blev ikke nærmere ut av saken og heller ikke noe ut av alle drøfterlser om at Norsk Hydro skulde overta Odda Smelteverk.”
”Også i Norge og på annet hold hadde man øyensynlig den oppfatning at det hele var så enkelt at prosessen var ”no good” av denne grunn.”
Sitata viser noko om miljøet i norsk forsking på 1920- og 1930-talet.
Sjefskjemikar Erling B. Johnson. Foto: Kraftmuseet arkiv
I løpet av bedriftshistoria til Odda Smelteverk skjedde det effekts- og prosessforbetringar. Erfaring og kunnskap om industriell framstilling av gjødsel gjorde at Norge også blei eit foregangsland i neste fase når det gjaldt produksjon av fleirsidige gjødelslag.
Utdrag frå eit foredrag av Elisabeth Bjørsvik
I denne artikkelen er det i hovudsak brukt to kjeldetyper. Den første er litteratur om nitrogengjødselindustrien publisert i åra 1907 til 1930. Den andre kjelda er dokument og rapportar i bedriftsarkivet etter Odda Smelteverk som finns ved Kraftmuseet.
