Afbeelding 1: De waterkrachtcentrale Vemork leverde de elektriciteit voor de productie van waterstofgas waarmee kunstmest gemaakt kon worden. Zwaar water was een bijproduct dat tijdens de oorlog voor een Duits atoomprogramma ingezet dreigde te worden. Tegenwoordig is er het Noors Museum voor de Industriearbeiders in gevestigd.

Een chemisch proces waarmee stikstof uit de lucht kon worden omgezet in een meststof was begin vorige eeuw de heilige graal waar academici en industriëlen naar op zoek waren. Uiteindelijk was het Fritz Haber die er in slaagde om stikstof met waterstof tot ammoniak te laten reageren en Carl Bosch die een installatie ontwierp waarmee de benodigde hoge temperatuur en druk bereikt kon worden. Sindsdien vormt dit Haber-Bosch-proces wereldwijd de standaard voor de productie van de stikstofhoudende meststoffen ammoniumnitraat en ureum, hoewel de Duitsers het aanvankelijk tijdens de Eerste Wereldoorlog vooral gebruikten voor explosieven op basis van nitroglycerine. Andere processen die destijds ‘in de race’ waren zijn daarmee in de vergetelheid geraakt, waarvan dat van Kristian Birkeland en Sam Eyde zelfs al op industriële schaal werd toegepast. Beide Noren lieten stikstof en zuurstof uit de lucht in een elektrische boogontlading reageren tot stikstofoxide en richtten de onderneming Norsk Hydro op om hier nitraatmeststoffen van te maken. Het hiervoor benodigde hoge elektrische vermogen werd geleverd door waterkracht in de regio Telemark, waar het stadje Rjukan ontstond om de werknemers van de centrales en fabrieken te huisvesten. De hoge opbrengst van het Haber-Bosch-proces werd nooit gehaald en daarom schakelde ook Norsk Hydro hier later op over. De centrales gingen toen elektriciteit leveren om doormiddel van elektrolyse het daarvoor benodigde waterstofgas te produceren. Zwaar water was hierbij een nevenproduct, dat tijdens de Tweede Wereldoorlog in handen van de Duitsers viel toen zij Noorwegen bezetten. Nog voor het een rol kon spelen in het atoomprogramma van de Nazi’s wisten de geallieerden dit met behulp van Noorse verzetsstrijders te verijdelen. Deze spectaculaire sabotageoperatie raakte bij het grote publiek bekend dankzij de speelfilm ‘The Heroes of Telemark’. Die bracht echter wel het misverstand in de wereld dat een nucleaire installatie zou zijn uitgeschakeld door deze helden, terwijl het in wekelijkheid een chemisch industriecomplex betrof. Een aantal fabrieken en centrales zijn echter behouden gebleven en hebben sinds 2015 de status van Unesco Werelderfgoed. Bezoekers die er de lange reis naar dit geïsoleerde gebied voor over hebben kunnen dan wel het volledige verhaal van ‘Telemark’ tot zich nemen.

Afbeelding 2: Uiteindelijk werden er vijf waterkrachtcentrales gebouwd om de chemische industrie in Rjukan van elektriciteit te voorzien: Svelgfoss, Lienfoss, Vemork, Såheim en Frøistul. Hier de turbinezaal van Vemork.

De beroemde Engelse chemicus Henry Cavendish had al in 1785 laten zien dat de vonken uit een elektriseermachine zuurstof en stikstof uit de lucht met elkaar laten reageren, zoals dat in de atmosfeer door een bliksemflits gebeurt. Het gevormde stikstofoxide leidde hij vervolgens door water om salpeterzuur te laten ontstaan. De ontwikkelingen in de chemische wetenschap voltrokken zich in hoog tempo en een nieuwe generatie chemici probeerde dit experiment op te schalen voor de verwerking van salpeterzuur tot buskruit en kunstmest. In 1860 bereikten zij een doorbraak toen het lukte om met een elektrische boogontlading tussen twee elektroden, in combinatie met een sterk magnetisch veld loodrecht daar op, tot een cirkelvormige plasmawolk te komen met een temperatuur van drieduizend graden Celsius. Wanneer men hier lucht doorheen blies werd ongeveer vijf procent van het zuurstof en stikstof omgezet in stikstofoxide. Een rekensom leerde dat een voor die tijd ontzagwekkende hoeveelheid elektrische energie van vijftien megawattuur nodig zou zijn voor een ton salpeterzuur. Overigens vereiste ook de omzetting van stikstofoxide in geconcentreerd salpeterzuur nog de nodige inventiviteit. Een cascade van absorptietorens bleek nodig om tot een gehalte van vijftig procent te komen en dan nog moest een restant aan stikstofoxiden met een alkalische oplossing geneutraliseerd worden. Dat het juist twee Noren waren die er een industrieel proces voor ontwierpen heeft direct te maken met de ligging en gesteldheid van hun land, dat op het punt stond om in 1905 onafhankelijk te worden van Zweden. Agrarisch deskundigen verwachtten dat door toepassing van kunstmest de onvruchtbare bodem geschikt kon worden gemaakt om in de eigen, nationale voedselbehoefte te voorzien. De daarvoor benodigde hoeveelheid was echter zo groot dat ze nog nergens beschikbaar was en dus ook in eigen land geproduceerd moest gaan worden. Birkeland en Eyde waren er van overtuigd dat dit mogelijk was door de inzet van plasmareactoren, waarvoor de hoge elektrische vermogens konden worden opgewekt met waterkracht. Een energiebron die in Noorwegen rijkelijk voor handen is, vooral in de provincie Telemarken waar de Rjukanfossen een verval heeft van ruim honderd meter. Deze waterval, die toen al tientallen jaren een toeristische bestemming was vanwege zijn feeërieke nevels, ontleent zijn naam aan het Noorse werkwoord rjúka dat ‘roken’ of ‘stomen’ betekent. Het water stort er in de Måna, een rivier die over een lengte van dertig kilometer door het Westfjorddal van het Møstvatn- naar het Tinnsjå-meer stroomt en daarbij een totaal verval heeft van ruim zevenhonderd meter.

Afbeelding 3: Eén van de reactoren waarmee in Rjukan lucht volgens het Birkeland-Eyde-proces werd omgezet in stikstofoxide voor de productie van kunstmest. Er was 3 MW vermogen nodig om met een elektrische boogontlading en een magnetisch veld een plasma van 3000^oC te vormen.

Voor hun eerste fabriek kozen beide heren echter Notodden als vestigingslocatie, gelegen aan de monding van de Tinnelva in het Heddalsvatnet-meer, een dertigkilometer lange rivier die haar water ontvangt uit het Tinnsjå-meer. Daar bevond zich al een waterkrachtcentrale die ze voorlopig van het elektriciteitsbedrijf Tinfos konden huren. Ondernemer Sam Eyde wist bij de Zweedse bankiersfamilie Wallenberg een groot deel van het investeringskapitaal los te krijgen. Op 2 mei 1905 slaagde Birkeland er in om hier kaliumnitraat uit lucht te produceren en had daarmee een wereldprimeur. Nog voor het einde van het jaar richtte het tweetal de onderneming Norsk Hydro op om een grotere fabriek met een eigen waterkrachtcentrale te kunnen bouwen. Deze benutte vanaf 1907 de waterkracht van de Svelgfos, een waterval van zeventig meter in de Tinnelva. Met een vermogen van 92 MW was het destijds de grootste waterkrachtcentrale van Europa en wereldwijd had alleen die van Niagara Falls in de VS een groter vermogen. Met de oplevering van de waterkrachtcentrale Vemork in 1911 werd laatstgenoemde echter wél overtroffen. Haar twee Francis-turbines, die werden aangedreven door het water van de Rjukanfossen, leverden een gezamenlijk vermogen van 200 MW. In 1916 werd een tweede exemplaar operationeel in het Westfjorddal, de Såheim-waterkrachtcentrale met een vermogen van 185 MW. Tussen beide centrales bouwde Norsk Hydro niet alleen een fabriekscomplex van zesduizend vierkante meter met honderdtwintig reactoren, maar ook een stadje voor haar vijfentwintighonderd werknemers en hun gezinsleden: Rjukan. Voor de productie van kaliumnitraat, die in 1915 al tweehonderdvijftigduizend ton bedroeg, had Norsk Hydro een 50/50 joint venture gesloten met BASF uit Duitsland, de Badische Anilin- und Soda Fabrik. Voor transport naar de haven van Skien liet men spoorlijnen aanleggen door het Westfjorddal en langs de Tinnelva. Daartussen werden de wagons met salpeterzuur of kaliumnitraat op een veerboot gezet om het Tinnsjå-meer over te steken. Eenmaal in Notodden aangekomen ging het transport per schip verder over het Heddalsvatnet-meer en het Telemarkkanaal, dat al in de negentiende eeuw was aangelegd en met zijn vele ingenieuze sluizen als een technisch wonder werd beschouwd. Aangezien elektriciteit overvloedig voor handen was liet met hier ook de treinen op rijden.

Afbeelding 4: Waterkrachtcentrale Såheim die in 1916 in dienst kwam met een vermogen van 185 MW. Vooraan bevindt zich de hal waarin vijfendertig reactoren van het Birkeland-Eyde-type stonden opgesteld.

Toen na de Eerste Wereldoorlog de ammoniak uit de Haber-Bosch-installaties ingezet ging worden voor de productie van kunstmest betekende dat een concurrentie die voor Norsk Hydro met haar inefficiënte Birkeland-Eyde-proces uiteindelijk niet vol te houden was. Het bedrijf kocht in 1925 van het Duitse IG-Farben een licentie op de het patent van Haber en Bosch en opende er in 1927 een eigen fabriek voor in Rjukan. Als vestigingslocatie voor de kunstmestfabriek koos Norsk Hydro echter voor Herøya, nabij de havenplaats Porsgrunn, vanwege de beschikbaarheid van kalksteen. Het vloeibare ammoniak werd er in ketelwagens per trein en veerboot heengebracht om er tot calciumnitraat verwerkt te worden en dat gebeurt vandaag de dag nog steeds, maar dan onder de naam Yara. Het benodigde waterstofgas voor de ammoniakproductie werd in Rjukan doormiddel van elektrolyse uit gezuiverd water gevormd. Daarvoor bouwde men een fabriek direct naast waterkrachtcentrale Vemork, omdat transport van gelijkstroom naar Rjukan te hoge verliezen zou opleveren, wat niet gold voor het waterstofgas dat er via een buisleiding heen werd gevoerd. In 1934 ontdekten onderzoekers dat in het elektrolyseproces zogenaamd ‘zwaar water’ ontstond dat bestaat uit moleculen met deuterium- in plaats van waterstofatomen: D₂O in plaats van H₂O. De vier kilogram die hiervan dagelijks te isoleren was leverde bij verkoop een interessante prijs op vanwege de zeldzaamheid van deze isotoopverbinding. Extra inkomsten waren uiterst welkom omdat door de economische depressie de vraag naar kunstmest sterk was teruggelopen. Daarom ging Norsk Hydro er ook toe over om waterstof-, stikstofstof- en edelgas direct aan haar klanten te verkopen.

Afbeelding 5: Ammoniak werd in ketelwagons per trein en veerboot van Rjukan naar Herøya getransporteerd om daar tot calciumnitraat verwerkt te worden. Dat gebeurt er nu nog altijd, maar dan onder de naam Yara.

Door de bezetting van Noorwegen door de Duitsers in april 1940 kwamen de productiefaciliteiten voor zwaar water inclusief een grote voorraad in handen van de Nazi’s. In de tussenliggende jaren waren kernfysici er achter gekomen dat zwaar water als moderator kon dienen om nucleaire reacties te beheersen, een rol die later vervuld ging worden door grafiet. De geallieerden vreesden dat hierdoor de weg openlag voor Nazi-Duitsland om een atoombom te ontwikkelen. Daarom werd in samenwerking met het Noorse verzet een sabotageactie opgezet om de installaties bij de Vemork-centrale uit te schakelen. Hiertoe werden naar Engeland uitgeweken Noren opgeleid tot commando’s en in oktober 1942 boven Telemark geparachuteerd (operatie Grouse), een maand later gevolgd door een team per glider (operatie Freshman). Geen van hen wist Vemork te bereiken, maar de Duitsers waren wel gealarmeerd en versterkten de bewaking. Dat maakt het des te bewonderenswaardiger dat in februari 1943 zes Noorse commando’s (operatie Gunnerside) wél slaagden en de installaties samen met een voorraad van vijfhonderd kilogram zwaar water wisten op te blazen.  Tegen de verwachting was de fabriek enkele maanden later echter al weer operationeel, zo bleek uit berichten van het Noorse verzet. Nogmaals een sabotageactie uitvoeren zou kansloos zijn en daarom schakelde men het luchtwapen in. In november 1943 wierpen honderdveertig bommenwerpers van de Amerikaanse luchtmacht ruim zevenhonderd bommen af, waarvan een meerderheid overigens hun doel misten. Niettemin was de schade zo groot dat de Duitsers de Vermork-centrale verlieten. Toen bij Noorse verzetslieden het vermoeden rees dat ze nog een laatste voorraad zwaar water per trein naar Duitsland wilden afvoeren, bracht één van de achtergebleven commando’s de veerboot waarmee de wagons werden overgezet op 20 februari 1944 met explosieven tot zinken.  Deze gebeurtenissen werden in 1965 verfilmd onder de titel ‘The Heroes of Telemark’ met de Amerikaanse steracteur Kirk Douglas in de hoofdrol als het fictieve personage Dr. Rolf Pedersen.

Afbeelding 6: Recente luchtopname van Rjukan met links de waterkrachtcentrale Såheim. Samen met Notodden werd Rjukan in 2015 op de Werelderfgoedlijst van de Unesco geplaatst vanwege het industriële verleden dat hier op een bijzondere manier met het natuurlijke landschap verbonden is.

Na de oorlog maakte Norsk Hydro een ongekende bloei door dankzij de mechanisatie van de landbouw in Europa, waardoor het areaal sterk toenam en daarmee de behoefte aan kunstmest. Tussen 1945 en 1955 verachtvoudigde de productie. In 1957 verlieten dagelijks negen treinen Rjukan met in totaal honderd wagons waarmee achthonderd ton kaliumnitraat en vierhonderd ton ammoniak werden afgevoerd naar respectievelijk Skien en Herøya. Toen in de loop van de jaren zestig aardolie een goedkope grondstof werd voor de chemische industrie besloot Norsk Hydro hiermee ammoniak te gaan maken in een nieuwe fabriek in Herøya, zodat de ingewikkelde aanvoer uit Rjukan niet langer nodig was. In plaats daarvan kwam er een hoogspanningslijn om wel van de goedkope elektriciteit van de waterkrachtcentrales te kunnen profiteren. Het betekende op termijn de doodsteek voor de fabrieken in Rjukan, hoewel het nog tot 1991 duurde voordat de laatste gesloten was. De centrale Vemork had al drie jaar eerder een nieuwe bestemming gekregen als ‘Noors Museum van de Industriearbeiders’. De spoorlijnen bleven behouden om er museumtreinen over te laten rijden en ook de veerboten kregen een publieksfunctie. Na de eeuwwisseling werd het belang van dit industrieel erfgoed naar een veel hoger plan getild. In 2015 kregen Rjukan en Notodden samen de status van Unesco-werelderfgoed, waardoor bijna honderd industriële objecten als monument beschermd worden. Het gaat dan niet alleen om de waterkrachtcentrales en fabrieken, maar ook de spoorlijnen, hoogspanningsmasten en de arbeidersnederzettingen met al hun faciliteiten.