Ob Medizintechnik, Automobilindustrie oder Elektronik: Verflüssigte Gase kommen in den verschiedensten Branchen zum Einsatz. Doch wie erreicht man diese niedrigen Temperaturen und welche Gefahren gehen von den Flüssiggasen aus? Das zeigt der folgende Beitrag.

Was ist Kryotechnik?

Die Tieftemperaturtechnologie oder Kryotechnik befasst sich mit den Auswirkungen von sehr niedrigen Temperaturen. „Kryos“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet übersetzt „Kälte“. Dies ist der Bereich, in dem Materialien bei eiskalten Temperaturen transportiert, hergestellt, verwendet und gelagert werden. Extreme Kälte löst wichtige chemische Reaktionen aus. Beispielsweise ändern sich der Zustand bestimmter Substanzen nach dem Abkühlen. Wasser ist eine bekannte Flüssigkeit, die beim Abkühlen ihren Zustand von flüssig zu fest wechselt. Kryogenik spielt eine Rolle, wenn Temperaturen von -160 Grad Celsius oder weniger erreicht werden. Unter diesen Temperaturen werden beispielsweise Gase flüssig. Kryotechnik kommt in den verschiedensten Branchen zum Einsatz. Anbieter wie Demaco sind Experten für kryogene Infrastrukturen.

Wie werden diese Extremtemperaturen erreicht?

Um niedrige Temperaturen zu erreichen, sind komplexe Techniken erforderlich. Dabei kommen vier verschiedene Methoden zum Einsatz. Wärmeleitfähigkeit ist die bekannteste Methode, bei dem zwei Materialien zusammengefügt werden. Die Wärme wird vom heißesten Ausgangspunkt zum kältesten übertragen. Das gleiche Prinzip gilt für niedrige Temperaturen. Wenn Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe mit kryogenen Stoffen in Kontakt kommen, erreichen sie dadurch die erforderliche niedrige Temperatur. Bei der Verdunstungskühlung wird durch Auslösen eines Verdampfungsprozesses die Flüssigkeit auf eisige Temperaturen gebracht. Die dritte Methode ist die Verwendung des Joule-Thomson-Effekts. Das Gas wird durch eine plötzliche Volumenexpansion und einen schnellen Druckabfall gekühlt. Dieser Vorgang wird häufig für Wasserstoff und Helium eingesetzt. Die vierte Methode wird hauptsächlich zum Kühlen von flüssigem Helium verwendet und arbeitet mit paramagnetischen Salzen, die Wärme absorbieren.

Die Geschichte der kryogenen Wirkstoffe

Ende des 19. Jahrhunderts konnten mehr und mehr Gase verflüssigt werden und die Kryotechnik wurde allmählich allgemein bekannt. 1877 konnten die Wissenschaftler Cailletet und Pictet als Erste Sauerstoff verflüssigen. Die Versuchsphase war in vollem Gange und andere Gase traten bald in flüssiger Form auf. 1884 war Wasserstoff das erste Gas, das umgewandelt werden konnte. 1892 wurde ein vakuumisolierter Behälter zur Lagerung kryogener Flüssigkeiten entwickelt, der die Arbeit mit Flüssiggasen erleichterte. 1908 kam die flüssige Form von Helium zum Einsatz.

Die praktische Anwendung der Kryotechnik

Industriegase werden hauptsächlich für praktische Anwendungen der Kryotechnik eingesetzt. Die wichtigsten Industriegase sind unter anderem Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Helium. Einige dieser Gase sind im Handel erhältlich. In der Regel verwenden jedoch Industrieunternehmen kryogene Gase. Flüssiger Stickstoff wird in der Lebensmittelindustrie und in der medizinischen Kühlung verwendet. Flüssiger Sauerstoff wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig verwendet. Flüssiges Argon wird am häufigsten als Füllgas in Glühbirnen verwendet. Edelgase werden häufig bei Niedertemperaturanwendungen eingesetzt, bei denen Reaktionen wie beispielsweise Oxidationen unerwünscht sind.

Fazit: Wissenschaftlicher Meilenstein trotz Risiken bei der Verwendung kryogener Gase

Die Verwendung von kryogenen Gasen ist nicht ohne Risiken. Der unachtsame Umgang mit diesen Gasen birgt große Risiken wie Brand- und Explosionsgefahr. Das Gas läuft auch Gefahr, seine verflüssigte Form zu verlieren und damit verschwendet zu werden. Die finanziellen Konsequenzen sind erheblich. Der kalte Dampf und das eiskalte Gas, die freigesetzt werden, können die Haut schädigen. Längerer Kontakt mit Niedertemperatursubstanzen friert die Haut vollständig ein und hinterlässt eine empfindliche Hautreizung, ähnlich wie bei schweren Verbrennungen. Viele Gase sind brennbar und explodieren im Feuer. Zu den brennbaren Gasen gehören Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Es entzündet sich nicht nur, sondern der Druck kann auch dazu führen, dass das flüssige Gas explodiert. Wenn die Belüftungs- oder Überdruckentlastungsvorrichtung am kryogenen Vorratsbehälter nicht richtig genutzt werden, kann sich im Gas ein enormer Druck aufbauen und zu einer Explosion führen. Ein weiteres Risiko, das bei der Verwendung von kryogenem Gas berücksichtigt werden muss, ist sein Verlust. Um das Gas verflüssigt zu halten, muss es kontinuierlich auf der benötigten Temperatur gehalten werden. Wenn es versehentlich erwärmt wird oder sich die Infrastruktur verschlechtert, kann es sich in einem gasförmigen Zustand verflüchtigen. Eine gute Infrastruktur für ein so hochspezialisiertes Gebiet wie die kryogene Technologie erfordert dementsprechend ein Höchstmaß an Wissen und Fähigkeiten.

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