Die meisten Gase sind buchstäblich aus der Luft gegriffen, und doch von hohem Wert – nicht nur für den Hersteller, sondern vor allem für die Anwendenden. Die Wertschöpfungskette braucht allerdings auch handfeste Technik.

Gase werden in zahllosen Prozessen für ganz unterschiedliche Zwecke gebraucht. Wer unser Magazin Gases for Life, regelmäßig liest, kennt bereits viele davon. Manche Gase, zum Beispiel Stickstoff, dienen dem Kühlen und Inertisieren; Sauerstoff macht unter anderem die Verbrennung effizienter; Edelgase verwendet man beim Schweißen und in Laboren. Wo immer Gase eingesetzt werden, sind sie ein unverzichtbarer Teil des jeweiligen Prozesses.

Der Siedepunkt-Trick

Was die meisten Gase gemeinsam haben, ist ihre Herkunft: die Atmosphäre. Die Luft, die wir atmen, ist ein Gasgemisch. Um diese Gase nutzen zu können, muss man die Luft zunächst von störenden Bestandteilen, wie etwa Wasserdampf, befreien und die Bestandteile dann in Luftzerlegungsanlagen (LZA) mittels Tieftemperatur-Rektifikation voneinander trennen. Bei dieser Methode nutzt man die unterschiedlichen Siedepunkte der beteiligten Elemente. Die Luft wird durch einen Wechsel aus Verdichtung und Entspannung auf sehr tiefe Temperaturen abgekühlt. Ein Gas nach dem anderen geht dabei in die flüssige Form über, sobald der jeweilige Siedepunkt unterschritten ist.

Die Flüssigkeit lässt sich ableiten, während die verbleibenden Gase noch tiefer abgekühlt werden. Auf diese Weise werden die Hauptbestandteile der Luft in großen Mengen gewonnen: Stickstoff und Sauerstoff. In deutlich kleineren Mengen fallen dabei auch die Edelgase Argon, Neon, Xenon und Krypton an.

Druckwechsel und Erdgasquelle

Gasförmig lassen sich Stickstoff und Sauerstoff auch mit deutlich weniger Aufwand an Technik und Energie gewinnen. In Druckwechseladsorptionsanlagen (VPSA) werden diese beiden Gase mittels Membranen voneinander getrennt. Der Reinheitsgrad ist allerdings geringer als in den Luftzerlegungsanlagen.

Doch nicht alle Gase stammen aus der Luft. Für die industrielle Verwendung wird Helium aus heliumhaltigen Erdgasquellen gewonnen. Manche Quellen dieses fossilen Rohstoffs enthalten bis zu 16 Volumenprozent des leichtesten Edelgases. Kohlendioxid wird aus gleich mehreren Bezugsquellen wie der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, der Fermentation, aus natürlichen Quellen im Erdreich sowie als Nebenprodukt von chemischen Prozessen, wie der Ethylenoxidproduktion, der Ammoniakherstellung und der Bioethanolproduktion gewonnen. Wasserstoff und Acetylen werden in chemischen Anlagen produziert.

Aufwendige Verpackung

Da Gase notwendigerweise flüchtig sind, ist die „Verpackung“ der Produkte alles andere als banal. Will man verwertbare Mengen überhaupt in sinnvollen Gebindegrößen unterbringen, muss man sie vorher verdichten. Frischgefüllte „Gasflaschen“ – genauer gesagt sind es Zylinder aus Stahl – stehen unter einem Druck von 200 bis 300 bar oder mehr. Für mittlere Verbräuche haben sich Gasflaschenbündel etabliert, größere Mengen werden flüssig in speziellen Tankwagen befördert.

Beim Transport der Gase in solchen Gebinden haben die Entfernungen häufig einen beträchtlichen Einfluss auf die Kosten. Deshalb sind Gasemärkte immer regional. Vor allem bei Stickstoff und Sauerstoff ist der Umkreis, in dem eine wirtschaftliche Belieferung möglich ist, aufgrund der Mengen deutlich begrenzt. Sein Radius misst in der Regel nur einige hundert Kilometer. Eine Lieferung durch Leitungsrohre kommt nur im Nahbereich in Frage. Die Pipelines versorgen Betriebe in demselben Industriegebiet, in dem auch die LZA ihren Platz hat. Bei Großverbrauchern kann man den Spieß aber auch umdrehen: Messer installiert die Luftzerlegungs- oder Druckwechseladsorptionsanlagen auf dem Betriebsgelände des Abnehmers und versorgt andere Kunden in der Region mit den überschüssigen Gasen.

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