Die Kardinäle des Vatikans tagen seit 7. Mai im Konklave, um einen Nachfolger für den verstorbenen Papst Franziskus zu wählen. Die Augen der Welt richten sich damit auf einen an der Sixtinischen Kapelle angebrachten Schornstein. Steigen daraus schwarze Rauchwolken in den Himmel, ging eine Abstimmungsrunde ohne Entscheidung zu Ende. Mit einer weißen Rauchfahne geben die Kardinäle hingegen bekannt, dass sie sich geeinigt haben – ein dramatischer Auftakt zur Enthüllung des neuen Oberhaupts der römisch-katholischen Kirche.

Das Ritual mag wie aus einer längst vergangenen Zeit anmuten, doch die deutlichen Rauchsignale des päpstlichen Konklaves wurden erst im Jahr 1903 eingeführt. Für eine Prozedur, die schon seit fast tausend Jahren existiert, ist die Entwicklung also relativ neu. In der Vergangenheit waren die Signale manchmal uneindeutig, aber bei den letzten Wahlen hat sich der Vatikan wissenschaftliche Expertise beschafft, um sicherzustellen, dass aus dem Schornstein der Sixtinischen Kapelle ein klares Urteil abzulesen ist. Ungefähr zur Zeit des letzten Konklaves 2013, bei dem Papst Franziskus gewählt wurde, veröffentlichte der Vatikan die Inhaltsstoffe der einzelnen Rauchmischungen. Ob in diesem Jahr die gleichen Rezepturen verwendet werden, beantwortete das Presseamt des Heiligen Stuhls nicht.

Wo Rauch ist, ist auch Feuer

Die Chemie hinter den Rauchzeichen des Konklaves beginnt mit der Verbrennung. Bei Verbrennungsreaktionen reagiert ein Brennstoff mit einer sauerstoffreichen Substanz, dem Oxidationsmittel. Dabei entstehen Abfallprodukte, darunter Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Der Vatikan konzentriert sich auf den Rauch und nicht auf die Verbrennung, die ihn erzeugt. Rauch besteht aus kleinen Partikeln, die in der Luft schweben, erklärt der Pyrotechnik-Experte John Steinberg. Die Farbe des Rauchs hängt damit von der Farbe der Partikel ab. Weißen oder schwarzen Rauch sieht man, wenn das Brennmaterial unvollständig verbrennt – dann entstehen andere Abfallprodukte als das farblose Kohlenstoffdioxid. »Man will keine vollständige Verbrennung, denn wenn wir Kohlenstoff vollständig verbrennen, erhalten wir Kohlendioxid«, sagt Steinberg.

Die Lösung besteht darin, die Reaktion vorher zu stoppen. Das erreicht man, indem man eine Reaktion mit mehr Brennstoff als Oxidationsmittel entwickelt und die Temperatur, bei der sie stattfindet, senkt. Diese Prinzipien liegen den beiden vom vatikanischen Konklave erzeugten Rauchgasen zu Grunde.

Führt ein Wahlgang zu keinem Ergebnis, steigt schwarzer Rauch durch den Schornstein auf. Die Pyrotechnik, die dahintersteckt, ist einfach, denn schwarze Partikel sind leicht zu erhalten: Sie entstehen aus den meisten Arten von organischen Brennstoffen. »Schwarzer Rauch ist am einfachsten zu erzeugen«, bilanziert auch Steinberg.

Das Rezept für schwarzen Rauch aus dem Jahr 2013 beinhaltet eine Mischung aus Kaliumperchlorat, Anthracen und Schwefel. Bei dieser Reaktion funktioniert Kaliumperchlorat als sauerstoffreiches Oxidationsmittel – eine Rolle, die es häufig in Feuerwerkskörpern spielt, weil es relativ sicher ist und seinen Sauerstoff leicht abgibt. Anthracen ist ein Brennstoff, der beim Verbrennen stark raucht. Da die Substanz aber relativ schwer brennt, wird etwas Schwefel hinzugefügt. Dieser schmilzt schon bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von zirka 115 Grad Celsius, was dafür sorgt, dass sich Kaliumperchlorat und Anthracen besser vermengen. Außerdem ist Schwefel leicht brennbar und fördert dadurch die Verbrennung der gesamten Mischung.

In chemischer Hinsicht sei es schwieriger, weißen Rauch hervorzurufen, sagt Steinberg. Einige Quellen für weiße Partikel, etwa Zinkchlorid oder Ammoniumchlorid, können die Atemwege stark reizen – das wollte der Vatikan offenbar vermeiden. Stattdessen listet das Rezept von 2013 Kaliumchlorat, Milchzucker (Laktose) und ein bestimmtes Kiefernharz auf, das auch als griechisches Pech bekannt ist.

Die ersten beiden Zutaten findet man Steinberg zufolge gemeinsam in solchen Mischungen: »Jeder Pyrotechniker weiß, dass man von Kaliumchlorat und Zucker ausgeht, wenn man Rauch erzeugen will.« Kaliumchlorat enthält ein Sauerstoffatom weniger pro Molekül als das Kaliumperchlorat, das in schwarzem Rauch verwendet wird. Es ist ein noch stärkeres Oxidationsmittel – so stark, dass es gefährlich ist, es zusammen mit brennbarem Schwefel zu verwenden. Das starke Oxidationsmittel ist in diesem Fall jedoch nötig, weil weder Zucker noch Kiefernharz besonders gut brennen.

Das Kiefernharz verleiht dem vatikanischen Rauch seine weiße Farbe. Es ist relativ wasserreich und besitzt langkettige Karbonsäuren – das sind sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe. Aus dem Zusammenspiel von Wasser und Karbonsäuren entsteht bei der Verbrennung eine Wasserdampfwolke, die den neuen Papst ankündigt. »Das ist im Grunde genommen dieser Rauch« – ein dichter Nebel aus Wassertröpfchen«, sagt Steinberg.