Pyrotechniek - Basiskennis Vuurwerk

De geheimen van het vuurwerk zijn waarschijnlijk eerder per boot via de zeeroute vanaf China en India naar het Midden-Oosten (Egypte) gereisd, waarna Italië, Frankrijk en Duitsland tot in het hogere noorden werd bereikt. Aan het hof van de rijke adel, de koningshuizen van Frankrijk (Versailles) en Engeland (Tudor, Windsor), werden grote vuurwerkspektakels vertoond. Alchemisten kenden de geheimen van het kunstvuurwerk.

De ons bekende  Cornelis Drebbel (Alkmaar 1572 - Londen 1633), was een Nederlandse alchemist, ontdekker en uitvinder op tal van terreinen.
In Engeland verzorgde hij voor de Prins van Wales de Koninklijke vuurwerken en werd hij tevens bekend door het gebruik van het zogenaamde ´fulminerend goud', zowel voor 'lust ende vermaeck' als voor militaire marinetoepassingen zoals in expeditie tegen La Rochelle in 1628. Hij kan tot de eerste beroemde pyrotechnici worden gerekend.

Kleurlicht gevende elementen waren al ontdekt. In de tweede helft van de 19e eeuw speelde een ware chemische revolutie: cordiet in plaats van buskruit (klik hier). Het eeuwenlang gebruikte buskruit werd voor militaire doeleinden, de wegen- en mijnbouw vervangen door de veel efficienter werkende organische nitraten als cellulosenitraat (nitrocellulose) en glyceroltrinitraat (nitroglycerine). Alhoewel Alfred Nobel niet de eerste was die nitroglycerine synthetiseerde (dat was Sobrero), was hij wel de eerste die de uitvinding van het goed bruikbare dynamiet ontwikkelde en er een fortuin mee maakte. 
Cellulosenitraat wordt met microsterren gebruikt als kruit in ijsfonteintjes of verkocht als flitswatten (schertsartikelen) en flashpaper voor goochelaars.

Voor kleurenrook was de ontwikkeling en productie van anilinekleurstoffen in het vooroorlogse Duitsland van belang. In Duitsland werd ook het chemische stikstofbindingsproces (Haber-Bosch) ontwikkeld voor de synthese van salpeterzuur door oxidatie van ammoniakgas, van belang voor zowel de productie van explosieven als die van kunstmest. Salpeterzuur en nitraten konden vanaf nu synthetisch op grote schaal worden bereid. 

Nog veel later werd het publiek via drogisten en apothekers bekend met vuurwerk, o.a. Loeff in Den Haag zo rond de vorige eeuwwisseling, en die gewend waren te mengen en te roeren met chemicaliën. De eerste kunstvuurwerkfabrieken waren van Ruijsch in Utrecht, Kat in Leiden en Schuurmans in Leeuwarden, die Italiaanse fabricagemethoden introduceerden. Via Kat kwam Van der Nat in Steenwijk. Alleen Schuurmans is daar nog van overgebleven.

Na de 2e W.O. werd het voor publiek een gewoonte rotjes, fonteinen en vuurpijlen af te steken, die toen nog op buskruit waren gebaseerd. Rond de jaren '60 kwam de import vanuit China op gang. Het door de Chinezen gebruikte buskruit was duidelijk sterk inferieur. Later werd steeds vaker het nitraat (deels) vervangen door chloraat en perchloraat en nieuwe brandstoffen geïntroduceerd zoals aluminium, magnesium en titaan, dat goedkoop beschikbaar kwam door de ontwikkelingen in de lucht- en ruimtevaart. Ook katalysatoren spelen een belangrijke rol, die chemische reactie's bij een lagere temperatuur laten verlopen.

Duitsland is tradioneel sterk in de chemisch technologische sector, naast Frankrijk. Vuurwerk uit Duitsland, Frankrijk, Spanje en vooral ook Italië staat als van hoge kwaliteit bekend.
Uit Duitsland en Frankrijk komen nog altijd kwalitatief de beste grondstoffen, waaronder Duits fijn pyro aluminium voor de productie van flash kruit (ook wel wit, flits of aluminium-kruit genaamd), dat buskruit vaak vervangt als explosief in rotjes, met kaliumperchloraat als oxidator in de verhouding 30:70.

Van dit aluminiumkruit is veel minder nodig voor een hardere knal, maar het is verhoudingsgewijs wel duurder dan buskruit. Ook vraagt het een minder sterke opsluiting in de huls en dus veel minder papier. Het verschil in de kruitsoorten zit met name in de hoge temperatuur en verbrandingssnelheid, waarbij het aluminiumkruit in tegenstelling tot buskruit, de mogelijkeid heeft een (lage) detonatiesnelheid te bereiken.

In Nederland is voor consumentenvuurwerk het gebruik van aluminiumhoudend kruit als knalsas wettelijk verboden en mag alleen buskruit worden gebruikt. Buskruit is echter als drijf- of breeklading aanzienlijk sterker te maken door een kleine toevoeging van microfijn pyro aluminium.
 
In feite is de regel typisch Nederlandse hypocrisie: in tal van (deel-)vuurwerkproducten is aluminium-kruit niet meer weg te denken en in de kleine babyvuurpijltjes is het als knalsas ook aanwezig. Met buskruit alleen zou het niet goed functioneren.

Hardnekkige bakerpraatjes en andere loze nitraatklappers.

Er zijn mensen die te makkelijk anderen napraten zonder zelf na te denken en zo komt een hoop onzin in de wereld die moeilijk is uit te roeien. Goede boeken worden vaak niet meer gelezen of niet begrepen en alles wordt van het internet gehaald. De Nederlandse Wikipedia bijvoorbeeld levert ronduit slechte informatie vergeleken met de Engelstalige versie, die vele malen beter is. Dat heeft met het kleine taalgebied te maken maar vooral ook met de eigenwijze nitwits die de regie voeren en wetenschappelijke kennis niet toelaten of te moeilijk vinden.

Dat het begrip 'nitraat' op een type hard knallend rotje zou zijn gebaseerd, moet naar het rijk der fabelen worden verwezen. Nitraat (NO3) verwijst naar het anorganische salpeter zout zoals kaliumnitraat, bariumnitraat of strontiumnitraat.  Als organische verbinding duidt het vaak op genitreerde brandbaar explosieve stoffen die behalve het cellulosenitraat meestal niet in de civiele pyrotechniek worden toegepast (nitraat niet te verwarren met de nitro-groep NO2)..

Ook mensen die in de vuurwerkhandel zitten, hebben vaak geen enkel idee wat voor spullen ze verkopen. Het is raar maar waar. De importeur van de desbetreffende Chinese 'nitraatklapper' is een leek op chemisch pyrotechnisch gebied en heeft bij het horen van de voor hem onbekende term 'nitraat' deze aanduiding gebruikt voor een nieuw importproduct. Nitraat-houdend kruit heeft meestal betrekking op het tamme buskruit of een afgeleide en is geen tovermiddel.

Zo zijn tal van termen en vage naamsaanduidingen vaak gewoon fantasienamen van dezelfde bron, gebaseerd op een volstrekt gebrek aan kennis. Er zijn ook veel sterkere oxidatoren dan nitraat. Katalysatoren zijn verder van groot belang, de mate van opsluiting, maar vooral ook het type brandstof, de deeltjesgrootte daarvan voor de reactiesnelheid en uiteindelijk dus de totale hoeveelheid af te geven energie per tijdseenheid.

Een ander begrip die veel onkunde verraadt, is de zogenaamde "lawinepijl'. Er bestaat geen lawinepijl, net als dat er geen koud vuur bij sterretjes bestaat. Een vuurpijl dus die niet gebruikt wordt voor het opwekken van lawines. Daarvoor is de druklading en de reikwijdte veel te gering. Zowel de zogenaamde 'nitraat-rotjes' als de 'lawinepijlen' bevatten als knallading wel aluminiumkruit maar daar is dan ook verder alles mee gezegd.

Chinezen variëren aanmerkelijk met de samenstelling en mindere kwaliteit van deze kruitsoorten. In plaats van de redelijk stabiele combinatie (pyro)aluminium en perchloraat te gebruiken, verwerkt men een goedkope en slechte kwaliteit aluminium, of de aluminium-magnesiumlegering magnalium. Het duurdere perchloraat laat men helemaal achterwege.
Pyro-aluminium is bijna zwart van kleur, de goedkopere soorten hebben een duidelijke korrel of vlokvorm en zijn lichtgrijs tot zilverkleurig, evenals het magnalium. Dit wordt vervolgens gecombineerd met chloraat en zwavel of een mengsel van zwavel, chloraat en bariumnitraat. Beide mengsels zijn, zonder verdere toevoegingen, chemisch instabiel, hetgeen kan leiden tot ongecontroleerde vroegtijdige (spontane) ontbranding.

Vanwege de mindere betrouwbaarheid en de risico's zijn deze samenstellingen in Engeland al bijna een eeuw officieel verboden bij de pyrotechnische industrie (alleen voor lucifers is een uitzondering gemaakt). Veel ongelukken zijn terug te voeren op het gebruik. De import uit China is bepaald niet vrijgewaard en wordt daarop weinig gecontroleerd.