Glas Herstellung: Ablauf, Rohstoffe und Glasarten

Ein gewöhnliches Fensterglas besteht zu etwa 70 Prozent aus Siliciumdioxid, SiO2, dem Hauptbestandteil von Quarzsand. Dazu kommen Natriumoxid aus Soda und Calciumoxid aus Kalk. Reiner Quarz schmilzt erst bei etwa 1700 Grad Celsius, das ist technisch teuer. Die Zugabe von Soda senkt die Schmelztemperatur auf rund 1500 Grad. Kalk macht das Glas anschließend widerstandsfähig gegen Wasser, ohne ihn würde sich Glas in Wasser langsam auflösen.

Der Grund für die besondere Struktur liegt im Aufbau. In Kristallen wie Quarz sind die Bausteine in einem regelmäßigen Gitter angeordnet. Beim Abkühlen einer Glasschmelze bleibt dagegen keine Zeit zur Ordnung: Die Teilchen erstarren in einem unregelmäßigen Netz. Man nennt Glas deshalb einen amorphen Stoff, manchmal auch eine eingefrorene Flüssigkeit, obwohl es bei Raumtemperatur fest und starr ist.

Weil Glas keine regelmäßige Kristallstruktur hat, besitzt es auch keinen festen Schmelzpunkt. Beim Erhitzen wird es erst weich, dann zähflüssig und schließlich flüssig. Genau diese Eigenschaft nutzen Glasbläser: Im zähen Zustand lässt sich Glas blasen, ziehen und pressen.

In der Glashütte werden zuerst die Rohstoffe gemischt: Quarzsand, Soda, Kalk und oft ein großer Anteil Altglasscherben. Das Gemenge wandert in einen Wannenofen, der mit Gas oder Strom beheizt wird. Dort schmilzt es bei etwa 1500 Grad Celsius. Dabei zersetzen sich Soda und Kalk, und Kohlenstoffdioxid entweicht als Gas, das in der Schmelze Blasen bildet.

Im nächsten Schritt, dem Läutern, steigen diese Blasen langsam auf und platzen, damit das Glas klar wird. Danach wird die Schmelze auf etwa 1000 bis 1200 Grad abgekühlt, damit sie zäh genug zum Formen ist. Flaschen und Gläser werden geblasen oder gepresst, Fensterglas wird als Band auf einem flüssigen Zinnbad ausgewalzt. Dieses Float-Verfahren liefert völlig ebene Scheiben.

Zuletzt kommt das Kühlen. Wird heißes Glas zu schnell abgekühlt, ziehen sich Außen- und Innenseite unterschiedlich zusammen, es entstehen Spannungen, und das Glas kann schon bei leichtem Stoß zerspringen. In einem Kühlofen sinkt die Temperatur deshalb über Stunden langsam ab. Sicherheitsglas nutzt Spannungen dagegen gezielt: Es wird absichtlich schnell abgekühlt und zerfällt bei Bruch in stumpfe Krümel.

Durch andere Zusätze verändert sich das Glas. Das Standardglas für Fenster und Flaschen ist Kalk-Natron-Glas. Es ist billig, aber nicht besonders hitzebeständig: Erhitzt man es ungleichmäßig, dehnt es sich ungleich aus und springt. Borosilikatglas enthält Boroxid, B2O3. Es dehnt sich beim Erwärmen viel weniger aus und hält Temperaturunterschiede aus. Deshalb bestehen Laborgeräte, Backformen und Teekannen daraus.

Bleikristall enthält Bleioxid, nach EU-Regeln mindestens 24 Prozent. Das Blei erhöht die Lichtbrechung, deshalb glitzert Bleikristall besonders und klingt beim Anschlagen hell. Quarzglas besteht fast nur aus SiO2 und hält höchste Temperaturen aus, es wird aber nur für Spezialzwecke wie Labortechnik und Lichtleiter verwendet, weil seine Herstellung teuer ist.

Auch die Farbe stammt von Zusätzen. Metalloxide färben die Schmelze, indem ihre Ionen bestimmte Lichtfarben aufnehmen. Cobaltoxid macht Glas tiefblau, Eisenverbindungen grünlich, Mangan violett und kolloidales Gold rubinrot. Altglas wird deshalb nach Farbe getrennt gesammelt, denn schon wenig Fremdfarbe verfärbt eine ganze Schmelze.

Ein verbreiteter Fehler ist die Aussage, Glas sei eine zähe Flüssigkeit, die im Laufe von Jahrhunderten nach unten fließt. Alte Kirchenfenster sind unten dicker, weil die Scheiben früher nicht gleichmäßig gezogen werden konnten und man das dickere Ende meist nach unten einbaute. Bei Raumtemperatur fließt Glas nicht messbar. Richtig ist: Glas ist ein amorpher Feststoff.

Auch die Rohstoffe werden oft verwechselt. Glas besteht nicht aus Salz, sondern aus Sand. Soda ist Natriumcarbonat, nicht Kochsalz, und Kalk ist Calciumcarbonat, nicht der Kalk von Wänden, der gelöscht wurde. Wer die Formeln Na2CO3 und CaCO3 kennt, verwechselt sie weniger.

Ein dritter Irrtum betrifft den Schmelzpunkt. Man liest manchmal, Glas schmelze bei genau 1500 Grad. Da Glas amorph ist, gibt es keinen festen Wert, sondern einen Erweichungsbereich. Die 1500 Grad sind die Temperatur im Ofen, bei der das Gemenge reagiert und eine gut fließende Schmelze entsteht.

Glas ist überall: in Fenstern, Flaschen, Brillen, Smartphone-Displays und Glasfaserkabeln. Es ist durchsichtig, hart, geschmacksneutral und lässt sich beliebig oft einschmelzen. Weil es fast keine Stoffe an Lebensmittel abgibt, eignet es sich für Getränke und Konserven besonders gut. Moderne Smartphone-Gläser werden zusätzlich chemisch gehärtet, damit sie kratzfest sind.

Besonders sinnvoll ist das Recycling. Altglas wird gesammelt, nach Weiß-, Braun- und Grünglas getrennt und zerkleinert. Die Scherben ersetzen Rohstoffe und schmelzen früher als Sand. Pro 10 Prozent Scherben im Gemenge sinkt der Energiebedarf um etwa 2,5 Prozent. Aus einer Tonne Altglas wird wieder eine Tonne Glas, und es werden etwa 1,2 Tonnen Rohstoffe gespart.

Damit das gelingt, gehört nur Verpackungsglas in den Container. Trinkgläser, Backformen und Fensterglas haben eine andere Zusammensetzung und stören die Schmelze. Auch Keramik und Porzellan schmelzen nicht mit und verderben ganze Chargen. Deckel entfernst du, Etiketten dürfen dranbleiben.