Rjukan–Notodden industriarv

Birkeland-Eyde-prosessen

Tidlig på 1900-tallet opplevde Norge en rask industriutvikling basert på utnyttelse av tilgjengelig billig vannkraft basert på fallhøyde for vannmengder. Industriutviklingen begynte i Øst-Telemark-regionen, som tidligere var underutviklet og lavt befolkede jordbruksområder. For å produsere kunstgjødsel var det nødvendig å bygge fabrikker, vannkraftverk, infrastruktur for arbeidere i tillegg til transportsystemer for å bringe produktet ut til verden. Kunstgjødselen, kunstig salpeter, skulle etterhvert passere chilensk naturlig salpeter, hentet opp av miner, noe som inntil da var den mest vanlige brukte gjødsel.
Bakgrunnen for industrietableringen på Notodden og Rjukan var utviklingen av Birkeland-Eyde-prosessen, en prosess hvor man ønsket å benytte en elektrisk lysbue for å fremstille nitrogenbasert kalksalpeter som bl.a. ble brukt til gjødsel. Prosessen er oppkalt etter fysikeren Kristian Birkeland (1867–1917) og gründeren Sam Eyde (1866–1940). I Birkelands patentutkast fra 20. februar 1903 ble metoden beskrevet som å «fremstille elektriske lysbuer av størst mulig overflate, særlig til bruk ved kjemisk binding eller spalting av gassblandinger eller gassarter». 
Tidlige forsøk ble utført i kjelleren ved det Kongelige Frederiks Universitet i Kristiania. Behovet for mer kraft gjorde at man i mai 1903 flyttet forsøkene til en lagerbygning ved Frognerkilen Fabrik. Her fikk man lysbueflammen opp i en diameter på 55 cm og en belastning på 45 Kw. For å få tilgang til mer kraft ble deretter det bygget en ny forsøksstasjon på Ankerløkken, like ved Christiania Elektricitetsværks sekundærsatsjon, slik at man kunne få høyspent strøm til ovnsforsøkene, direkte fra Hammeren kraftverk i Maridalen.

Forsøksstasjonen på Vassmoen

På Vassmoen ved Evenstad kraftverk, like ved Arendal, ble metoden videreutviklet fra 1904. På Vassmoen ble det i vintermånedene 1906 også gjort eksperimenter med BASFs konkurrerende lysbueovn, Otto Schönherrs vertikale rørovn. De første Birkeland-Eydeovnene beregnet for full industriell skala, «skjoldovnen», ble utviklet på forsøksfabrikken på Vassmoen.

Norsk Hydro-Elektrisk Kvælstofaktieselskab

På bakgrunn av Birkeland-Eyde-prosessen ble Norsk Hydro grunnlagt 2. desember 1905 av Sam Eyde og Kristian Birkeland under navnet Norsk Hydro-Elektrisk Kvælstofaktieselskab. Den svenske Wallenberg-familien var med på å finansiere det nye selskapet sammen med franske banker. Sommeren 1905 hadde avtalen med Banque de Paris et des Payes-Bas blitt underskrevet i bankens hovedkontor i Hôtel de Mondragon i Paris.  18. november 1905 ble prosessen presentert av professor Otto Witt på den tekniske høyskolen i Berlin. 5. desember 1905 ble prosessen offentliggjort i Norge i to foredrag; Birkeland holdt foredrag ved Vitenskapsakademiet og Eyde ved Polyteknisk forening.

Forsøksfabrikken på Notodden

Den 2. mai 1905 startet produksjon ved A/S Notodden Salpeterfabrikker med tre elektromagnetiske ovner, hver på 520 Kw. Strømmen ble levert fra Tinfos I kraftverk, som ble bygget i 1900 i tilknytning til Tinfos Papirfabrik og Notodden Calsium og Carbidfabrik. Ovnene på forsøksfabrikken hadde blitt prøvd med større energimengder enn hva de opprinnelig var konstruert for. Man mistenkte at større belastning ikke ga høyre utbytte. I mars 1906 ble derfor ovnen på Vassmoen flyttet til Notodden for å gjennomføre sammenlignende tester. Vassmoovnen ble utsatt for 300 Kw belastning, mens Notoddenovnene ble prøvd med 500 og 750 kW. Utbyttemålingene viste at det effektive utbytte var praktisk talt det samme ved alle belastningene. Det ble derfor avgjort at den største ovnstypen skulle brukes i den nye fabrikken. Vassmoovnen er den eneste lysbueovnen som er bevart intakt, i dag plassert på utsiden av Ovnshus A i Hydroparken på Notodden. Forsøksfabrikken hadde et absorpsjonsanlegg bestående av 8 syretårn av granitt og klarte årlig å produsere rundt 500 kilo salpeter pr. kilowatt. Fabrikken ble drevet av Det Norske Aktieselskab for Elektrokemisk Industri (Elkem), som Sam Eyde hadde vært med å grunnlegge i 1904. Når forsøksfabrikken var i full drift ble det daglig produsert omkring 3 tonn Norgessalpeter. Forsøksfabrikkens ovnshus brant ned til grunnen den 7. januar 1908. I løpet av perioden forsøksfabrikken var i drift ble det produsert rundt 2200 tonn kalksalpeter.

Kommersiell produksjon

Til større kommersiell produksjonen trengte man mer elektrisk energi. Denne skaffet man ved å bygge ut Svelgfossen ved Notodden. Ved Svelgfoss ble det installert fire turbiner fra Voith, hver på 10 000 hk, og fire generatorer fra ASEA som leverte 10000 volts spenning. Samlet leverte kraftverket rundt 28000 kW. 2. oktober 1907 ble Svælgfos I kraftverk satt i drift.
Svelgfoss kraftverk var i 1907 Europas største og i verdensmålestokk kun overgått av Ontario Power Companys kraftverk ved Niagarafallene.
Parallelt med kraftutbyggingen ble det på Notodden mellom i 1906-07 oppført en større fabrikk med ovnshus, tårnhus (absorpsjonsanlegg), kokhus og lager. Ved fabrikken som startet opp 2. oktober 1907 var det installert 32 lysbueovner, hver på 1000 hk (750 kW). Absorbsjonsanlegget besto av tre parallelle rekker á tre 20 meter høye syretårn i granitt. Restgassabsorbasjonsanlegget besto av tre parallelle rekker á to runde tårn i treverk. Etter en del innkjøringsproblemer var fabrikken i full drift fra 1908.

«Rjukan I»

I desember 1906 hadde Norsk Hydro inngått en samarbeidsavtale med Badische Anilin und Sodafabrik (BASF) om å bygge en større salpeterfabrikken på Rjukan. Etableringen var basert på utbyggingen av Rjukanfossen. Vemork kraftverk ble tegnet av arkitekt Olaf Nordhagen. Vemork ble satt i drift 11. mai  1911, installert med ti aggregat, hver med 14500 hk, og en ytelse på 108 MW. Vemork var i sin tid verdens største kraftverk med produksjon av likestrøm.
Badische og den tyske ingeniøren Otto Schönherr hadde i 1905 utviklet en egen lysbueovn der buen var spent ut inne i et vertikalt rør. Denne var mer effektiv enn Birkeland-Eyde-ovnene som hadde vært driftet ved salpeterfabrikken på Notodden. Hydro utviklet også en ny lysbueovn som tålte 3000 kilowatt, mer enn tre ganger mer enn de gamle ovnene. Som et kompromiss på striden om teknologivalg ble det i ovnshus I på den nye kalksalpeterfabrikken på Rjukan installert 96 Schönherr-ovner og åtte Birkeland-Eyde-ovner. 
Ovnshus I (1910) på 6000 kvm er attribuert Christian Morgenstierne og besto av fem sammensatte haller hvor de ytterste har saltak og de tre i midten har buede tak. Ved siden av ovnshuset lå kjelehuset hvor gassen ble kjølt ned i store dampkjeler og rør som ble overrislet med vann. Fabrikken ble prøvekjørt fra 4. november 1911 og satt i regulær drift i 1912.
Deler av produksjonsanlegget ble revet etter 1983 og erstattet av en ny salpetersyrefabrikk som var i drift til juli 1991. Sammen med en original AEG vannpumpe i pumpehuset, som leverte vann til produksjonen, er et syretårn det eneste av fast produksjonsutstyr som er bevart in situ på Rjukan. Syretårnet var opprinnelig ett av 32 slike granittårn og 14 jerntårn som var plassert i et 7 mål stort tårnhus. Mellom 1913 og 1916 ble produksjonen utvidet («Rjukan II») og anlegget fikk nå totalt 50 absorbsjonstårn.
En hydrogenfabrikk foran Vemork, «Vannstoffen», bygget på 1920-tallet produserte biproduktet tungtvann og ble verdensberømt som mål for sabotasjeaksjonene i 1943 under den andre verdenskrig.
Vemork kraftstasjon står fortsatt, og det produseres fortsatt vannkraft bak bygget, men kraftverket huser idag Norsk Industriarbeidermuseum, mens Vannstoffen ble revet i 1977.

Transportsystem

I forbindelse med utbyggingen av «Rjukan I» var det behov for å få transportert råstoffer inn, og produkter ut til kysten. I 1907 startet byggingen av Rjukanbanen, eller Vestfjorddalsbanen som den opprinnelig het. En 16 km lang jernbanestrekningen ble etablert mellom Rjukan stasjon og Mæl ferjekai (opprinnelig kalt Rollag) ved Tinnsjøen. Fra Rjukan stasjon ble det bygget et 5,22 km langt sidespor med en gjennomsnittlig stigning på 5,56 ‰ til Vemork. Fra Mæl gikk det jernbaneferge 30 km over Tinnsjøen til Tinnoset ferjekai. Fra Tinnoset gikk Tinnosbanen 34 km  til Notodden brygge, hvor godset ble laster over på lektere og ført 54 km ned Norsjø–Skienkanalen til Skien. Jernbaneforbindelsen ble offisielt åpnet av Kong Haakon VII den 9. august 1909. Rjukanbanen og Tinnosbanen ble elektrifisert i 1911 som Norges første normalsporede, elektriske jernbane. I 1917 ble Bratsbergbanen åpnet mellom Notodden og Borgestad, og erstattet lektertrafikken mellom Notodden og Skien. Notodden nye stasjon, som ble bygget i 1917, ble ikke tatt i bruk før den nye jernbanestrekningen ble åpnet. Godstrafikken på strekningen ble nedlagt 5. juli 1991, etter at produksjonen på Rjukan stanset.

«Rjukan II»

Arbeidet med utvidelsen av produksjonen på Rjukan begynte med sprengningen av en 5660 meter lang tunnel fra Vemork til Såheim i januar 1912. Kraftverket skulle levere kraft til et nytt ovnshus som ble lagt i kraftstasjonen for å unngå problemer med konsesjonen. Da produksjonen ble kom i gang våren 1916 hadde kraftstasjonen 11 aggregater med en kapasitet på 167000 hk. Såheim var da verdens største kraftverk. De 11 aggregatene er nå skiftet ut med nye, mindre plasskrevende turbiner. De tre nye aggregatene ble satt i drift henholdsvis i 1959, 1961 og 1973. Opprinnelig hadde rørgaten tre tunneler med 9 smisveiste rør. Disse er erstattet av én trykktunnel.
I ovnshus II ble det installert 35 Birkeland-Eyde-ovner. Nitrogenoksidgassen fra kraftstasjonen ble ført i aluminiumsrør rundt 1 kilometer opp til tårnhuset på fabrikken. I 1926 ble produksjonen økt og ovnshus I fikk to nye lysbueovner og ovnshus II fikk fire nye lysbueovner. Alle ovnene er i dag fjernet fra ovnshusene og rommer i dag bl.a. en gymnastikksal, Saaheimhallen. Av demontert produksjonsutstyr finnes skjoldet til en Birkeland-Eyde-ovn («Rjukan II») oppstilt utenfor Folkets hus på Rjukan. I forbindelse med omleggingen til Haber-Bosch-prosessen i 1928-1929, ble kraftlinje 16 og 17 bygget mellom Såheim og Ovnshus I på Rjukan. Linjene har et luftstrekk på 1418 meter med seks tråder, porselensisolatorer, ni «grantremaster» og en jordingskabel.

Industribyen

I 1925 var 80% av alle hus og leiligheter på Rjukan (1230 totalt) helt kontrollert av Norsk Hydro. Alt var arkitekttegnet fra grunnen, med signatur fra byens grunnlegger, Samuel Eyde.

Det internasjonale nitrogenkappløpet

Den første kommersielle produksjon av nitrogengjødsel basert på lysbuer startet i 1902 ved en salpeterfabrikk ved Niagara Falls, USA. Prosessen som var utviklet av Charles S. Bradly og D. Ross Lovejoy ble ulønnsom og produksjonen lagt ned etter to års drift. Birkelands lysbuemetode ble også utviklet i konkurranse med den mindre energikrevende Frank-Caro-prosessen (kalsiumcyanamid), kommersiell produksjonsmetode patentert 1903, og Haber-Bosch-prosessen, patentert 1910. Lysbueprosessen fikk aldri noen kommersiell suksess utenfor Norge, selv om noen lisensrettigheter også ble solgt utenlands etter at ovnsteknologien var ferdigutviklet ved utbyggingen av «Rjukan II» i 1912. Under den 1. verdenskrig ble en fabrikk med Birkeland-Eyde-ovner bygget i Soulom, Frankrike. Når fabrikken ble nedlagt i 1926 ble fire av ovnene flyttet til Rjukan. Birkeland–Eyde-prosessen var svært energikrevende og betinget tilgang til billig elektrisk kraft. I 1926 krevde lysbueprosessen i snitt 61000 kWh for å produsere 1 tonn fiksert nitrogen, Frank-Caro-prosessen krevde rundt 12-14000 kWh, mens Haber-Bosch-prosessen kun krevde 4000 kWh. I 1913, året etter at Birkeland-Eyde-ovnen var ferdig utviklet, åpnet den langt mer effektive ammoniakkfabrikken ved Oppau i Ludwigshafen, (Tyskland), som produserte etter Haber-Bosch-metoden. I 1926 ble bare 6% av produksjonen av fiksert nitrogen produsert etter lysbueprosessen. Den resterende produksjonen fordelte seg med 24% etter Frank-Caro-prosessen og 70% etter Haber-Bosch-prosessen. På 1920-tallet var Norsk Hydros andel av verdens samlede gjødselsproduksjon mellom én og to prosent.

Prosessomlegging

Hydro hadde gjennom sitt samarbeid med BASF opsjon på Haber-Bosch-metoden. I 1913 besluttet styret å ikke akseptere tilbudet om overdragelse av ammoniakkmetoden fra BASF. Som en del av oppgjøret etter 1. verdenskrig hadde den franske stat sikret seg Haber-Bosch-prosessen og de ønsket et samarbeid med Norsk Hydro. I 1920 takket Hydro igjen nei til Haber-prosessen, da de selv sammen med svenskene Helge Bäckström og Ivar Cederberg forsøkte å utvikle en ny ammoniakkprosess med lavere trykk. Dette mislyktes og forsøksprosjektet ble lagt ned i 1924. I 1927 måtte Norsk Hydro også gå over til Haber-Bosch-prosessen og inngå et samarbeid med kjemigiganten IG Farben. Produksjonen på fabrikkene på Rjukan og Notodden ble lagt om og flytende ammoniakk ble transportert til Eidanger Salpeterfabriker, Hydros nye anlegg på Herøya, hvor produksjonen av Norgessalpeter startet opp 1. juni 1929. I løpet av 1930-tallet startet også produksjonen av Fullgjødsel (NKP) etter Oddaprosessen.

Fullgjødsel

Oddaprosessen var utviklet av sjefskjemiker Erling Johnson ved Odda Smelteverk årene 1927-28 og la grunnlag for industriell produksjon av fullgjødsel, tresidig kunstgjødsel med delkomponentene nitrogen, fosfor og kalium. I 1930 fikk Hydro anledning til å studere Oddaprosessen, inkludert Johnsons forsøksprotokoller. Det ble innledet forhandlinger om å lisensiere prosessen, men Hydro krevde å få overdratt lisensrettigheten overfor utlandet, noe ledelsen i Odda ikke kunne godta. Samtidig som forhandlinger pågikk ble det satt igang forsøk på Hydros laboratorium på Rjukan, hvor en systematisk arbeidet for å omgå Johnsons patenter. I november 1931 søkte Olaf Jensen og Hydro om å få patent på en lignende NPK-prosess som innbefattet tilsetting av ammoniumnitrat som dannet et dobbeltsalt. Oddapatentene hadde også anbefalt tilsetting av ammoniumnitrat i prosessen, men ikke beskrevet selve dannelsen av dobbeltsaltet. I 1934 ble Hydros patentsøknad først innvilget, men etter klage fra Odda Smelteverk ble vedtaket opphevet i 1935, og Hydro nektet patent. På tross av dette startet Hydro produksjonen av Fullgjødsel uten lisens ved forsøksfabrikken på Herøya i 1936 og i 1937 ved fullgjødselfabrikken som hadde en kapasitet på 36000 tonn/år. Høsten 1945 ble Hydro stevnet for retten for patentinngrep av Odda Smelteverk og Erling Johnson. Saken ble forlikt i 1947 ved at Hydro betalte Odda Smelteverk 175 000 kr, samt inngikk en 10-årig samarbeidsavtale der en åpnet for å kunne benytte hverandres patenter og erfaringer med fullgjødsel. I 1951 gikk også Hydros fullgjødselfabrikk over til å bruke den umodifiserte Oddaprosessen. I 1955 fikk Erling Johnson Norsk Hydros ærespris for arbeidet med Oddaprosessen.
I 1955 hadde Norsk Hydro 18% av det globale eksportmarkedet for gjødselsprodukter. I 1987 åpner Norsk Hydro Fullgjødselfabrikk nr. 4 på Herøya, verdens største NPK-fabrikk med en kapasitet 1 mill. tonn pr. år. Ammoniakkproduksjonen på Notodden ble lagt ned i 1968 og på Rjukan i 1989.