Stickstoff, Sauerstoff und mehr. Gases for Life

Gases for Life
Stickstoff, Sauerstoff und mehr.
Industriegase sind so wichtig wie Wasser und Strom.
Auch für das tägliche Leben.
Was sind Industriegase?
Was ist Luft?
Industriebetriebe benötigen Sauerstoff, Stickstoff,
Argon, Xenon, Neon und Krypton sowie Kohlendioxid, Acetylen, Wasserstoff und Helium und
viele verschiedene Gasgemische. Wir bei Messer
nennen die Gase Gases for Life. Diese werden
im großindustriellen Maßstab erzeugt und sind in
vielen Herstellprozessen alltäglicher Produkte so
wichtig wie Wasser und Strom.
Was wir ganz allgemein als Luft
Ar
(0,9 %)
bezeichnen, ist ein Gemisch aus
verschiedenen Gasen, das die Atmosphäre unseres Planeten bildet.
Luft besteht zu größten Teilen aus
Stickstoff und Sauerstoff, aus einem
kleinen Anteil Argon und weiteren
Gasen in kleinsten Mengen.
Woher kommen sie?
Wie werden Gase aus der Luft gewonnen?
Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Xenon, Neon und Krypton
werden aus der Luft hergestellt. Kohlendioxid wird
vornehmlich aus Abluft von Industriebetrieben aufgefangen und gereinigt. Teilweise wird es aus n
­ atürlichen
Bodenquellen gewonnen. Wasserstoff und Acetylen
werden chemisch hergestellt. Helium wird aus Bodenquellen gefördert.
Um diese Gase zu gewinnen nutzen wir Luftzerlegungsanlagen, die über 60 Meter hoch sein können. In ihnen
findet ein physikalischer Prozess statt, bei dem die Luft
in ihre Bestandteile zerlegt wird. Dieser Prozess, der
auch Tieftemperatur-Rektifikation genannt wird, läuft
vereinfacht so ab:
Atemluft aus der Umgebung wird
•gefiltert
(Staub entfernt) und
auf ca. 6 bar verdichtet
Luftzerlegung
•mit
Chemische
Herstellung
Kühlwasser vorgekühlt
•in
einer Molsiebanlage
getrocknet und von CO2
befreit
•im
Kr Ar
O2
C2H2
H2
Ne
Hauptwärme­aus‑­
tauscher auf mehr als
-175 °C abgekühlt und
verflüssigt
Xe
N2
Industriegase
•in
einer Trennkolonne in
flüssigen oder gasförmigen
Sauerstoff und Stickstoff
zerlegt
•auch
in flüssiges Argon
zerlegt
He
Die Gase werden flüssig in Tanks gespeichert.
CO2
Industrieabluft
Bodenquellen
CO2, Ne, He, CH4, Kr, H2, N2O,
CO, Xe (zusammen 0,1 %)
O2
(21 %)
N2
(78 %)
Wie kommen Gases for Life zum Kunden?
In kleineren Mengen werden Gase in Druckgasflaschen
gespeichert. Wenn Industriegase in großen Mengen benötigt werden, installieren wir in den Betrieben unserer
Kunden Tanks, in denen Gase wie Sauerstoff, Stickstoff,
Argon oder CO2 flüssig gespeichert werden. Das Gas
wird in Tankfahrzeugen von den Herstellwerken zum
Kunden geliefert.
Je mehr Gase bei einem Verbraucher benötigt werden,
umso geringer sollte die Entfernung zu dem Ort sein, an
dem die Gase produziert werden. In der Regel werden
Gase dort hergestellt, wo sie benötigt werden: in der
Nähe von dicht besiedelten industriellen Gebieten.
Große Industrien, wie Stahlwerke oder Chemieunternehmen, benötigen so viel Gas, dass auf ihrem Gelände oft
eine Luftzerlegungsanlage betrieben wird. Manchmal
werden ein oder mehrere Großbetriebe auch über Pipelines mit Gasen versorgt, etwa in Industriegebieten.
Wer benötigt Gases for Life?
Wer ist die Messer Gruppe?
Industriegase werden in verschiedenen Reinheitsstufen und zu unterschiedlichen Zwecken
verwendet. Auch als Lebensmittelgase oder Medizinische Gase. Industriegase können Produktionsprozesse sicherer und wirtschaftlicher machen
und die Produktqualität verbessern. Häufig tragen
sie zum Umweltschutz bei. Einige Verfahren und
Anwendungen wären ohne die chemischen Eigenschaften von Gasen sogar undenkbar. Typische
Anwender-Branchen sind Automobil, Stahlindustrie, Umwelttechnik, Lebensmittel und Getränke,
Bau, Metallurgie, Glas und Keramik, Medizin und
Pharmazie, Chemische Industrie sowie Forschung
und Entwicklung.
Industriegase
Messer ist der weltweit größte privat geführte Industriegasespezialist. Adolf Messer gründete die Firma
1898, sein Enkel, Stefan Messer (Foto), leitet das
Unternehmen heute. Er und die über 5.000 Mitarbeiter
in Europa und Asien richten ihre Arbeit an festgeschriebenen Werten aus. Dazu gehören Kunden- und
Mitarbeiterorientierung, verantwortliches Handeln,
unternehmerische Verantwortung, Exzellenz sowie
Vertrauen und Respekt. Das Familienunternehmen hat
seinen Hauptsitz in Bad Soden bei Frankfurt.
Sauerstoff
Hang zur Verbindung
O
Elementsymbol: O
Vorkommen:
20,9 Prozent der Luft; 50,5 Prozent
der Atmosphäre, Hydrosphäre,
Biosphäre und Litosphäre kombiniert
Sauerstoff unterstützt
z. B. das leichtere
Formen und Veredeln
von Glas.
Siedepunkt: - 183 °C
Flüssiger Sauerstoff benötigt bei
Atmosphä­ren­druck nur den 854sten
Teil seines gasförmigen Volumens.
Gefrierpunkt: - 219 °C
Chemische Eigenschaften:
Extrem reaktionsfreudig, geht mit fast
allen anderen Elementen Verbindungen
ein, ist an den meisten Ver­­brennungsund Korro­sions­vorgängen beteiligt.
Gewinnung: Luftzerlegung
Anwendungen
Beschleunigung von Oxidationsreaktionen in unterschiedlichen
Branchen und Prozessen; Erhöhung
der Prozesstemperaturen in der
Metall-, Keramik- und Glasindustrie;
Beschleunigung biologischer und
biochemischer Abläufe zum Beispiel
in der Wasseraufbereitung; Hilfsund Arzneimittel in der Medizin –
und viele andere mehr.
Mehr als die Hälfte – genau gesagt 50,5 Prozent – der für Menschen
zugänglichen Teile unseres Planeten besteht aus Sauerstoff. So hoch ist
der Anteil dieses Elements an Atmosphäre, Hydrosphäre (Gewässer) und
der Erdkruste bis 16 Kilometer Tiefe. Allein durch seine Masse bildet
Sauerstoff damit die wichtigste Grundlage unserer Welt.
Seinen Namen verdankt der Sauerstoff einem Irrtum der frühen Natur­
wissenschaft. Die Pioniere der Chemie im 18. Jahrhundert dachten, das
farb- und geruchlose Gas sei für die Bildung der Säuren verantwortlich.
So nannten sie es Oxygenium (Säurebildner), abgeleitet vom griechischen
Wort für sauer – oxys.
Im Weltall ist Sauerstoff übrigens nach Wasserstoff und Helium das
dritthäufigste Element, allerdings mit einem deutlich geringeren Massenanteil als auf der Erde. Im Sonnensystem beträgt er etwa 0,8 Prozent. Die
reaktiven Eigenschaften des Sauerstoffs machen sich Industriebetriebe
zunutze, um effizient und kostenoptimiert zu produzieren: Sauerstoff ist
an den meisten industriellen Verfahren beteiligt, in denen Verbrennungsprozesse oder chemische Reaktionen eine Rolle spielen – vom Stahl­
kochen bis zur Wasseraufbereitung.
Als Atemgas spielt
medizinischer
Sauerstoff eine
wichtige Rolle.
Die Kälte von flüssigem
Stickstoff stabilisiert das
Erdreich bei Tiefbaustellen.
N
Stickstoff
Basis des Lebens
Elementsymbol: N
Vorkommen:
Mit rund 78 Prozent der größte
Bestandteil der Luft, sein Massenanteil
an der Erdhülle beträgt 0,03 Prozent
Siedepunkt: -196 °C
Als wesentlicher Bestandteil der Aminosäuren ist Stickstoff ein Grundbaustein jeglichen Lebens. Ohne das Element mit dem Symbol N gäbe
es keinen Stoffwechsel, kein Eiweiß und keine DNA, weder bei Pflanzen
noch bei Tieren und Menschen. Stickstoff macht knapp zwei Kilogramm
des Gewichts eines 70 Kilogramm schweren Erwachsenen aus.
Seine deutsche Bezeichnung verdankt der Stickstoff der Eigenschaft,
Flammen ebenso wie Lebewesen ersticken zu können. Der wissenschaftliche Name Nitrogenium ist aus dem griechischen „nitros“ für Salpeter
abgeleitet, aus dem er vor Erfindung der Luftzerlegung gewonnen wurde.
99 Prozent des Stickstoffvorkommens der Erde befinden sich in der Luft.
Die meisten Pflanzen benötigen feste Stickstoffverbindungen, die im
Ackerboden enthalten sind und von ihnen verbraucht werden. Mehr als
80 Prozent der weltweiten Stickstoffproduktion – rund 40 Millionen Tonnen pro Jahr – wird deshalb alleine für die Herstellung von Kunstdünger
gebraucht.
Reiner Stickstoff wird unter anderem als Füllgas für Flugzeugreifen
verwendet, damit die Räder durch die Hitzeentwicklung bei Start und Landung nicht in Brand geraten. Das Gas fungiert auch als Treibgas,
etwa zum Aufschlagen von Sahne, oder als Schutzgas beim Verpacken
von Lebensmitteln.
Flüssigstickstoff wird in der Kryotechnik als Kältemedium eingesetzt,
beispielsweise zur Lagerung von Lebensmitteln oder zum Schockgefrieren. Weitere Einsatzgebiete für flüssigen Stickstoff sind Betonkühlung
und Erdreichgefrieren im Bau sowie die Kryochirurgie. Das bekannteste
Beispiel für Letzteres ist das „Vereisen“ von Warzen.
Gefrierpunkt: - 210 °C
Chemische Eigenschaften:
Der geruchs- und geschmacks­neutrale
molekulare Stickstoff kondensiert
zu einer farblosen Flüssigkeit. Er ist
extrem reaktionsträge, in Wasser
kaum löslich und nicht brennbar.
Gewinnung: Luftzerlegung
Anwendungen
Schutzgas zum Formieren und zum
Transport feuergefährlicher Stoffe;
Treibgas; Füllgas für Flugzeugreifen;
Kühlschrankrecycling; Hilfsstoff für
die Wirkstoffproduktion; Kaltmahlen
von Kunststoffen; Herstellung von
Kunstdünger; Erdreichgefrieren
bei Tiefbaustellen; Kühlen von
Fertigbeton; Kryochirurgie, zum
Beispiel "Vereisen" von Warzen;
Schutzgas für die Produktion von
Mikroelektronik
Bei der Herstellung von
Elektronikbauteilen, z. B. für
MP3-Player, wird Stickstoff
als Schutzgas eingesetzt.
Edelgase
Vornehm zurückhaltend
Argon (Ar), Krypton (Kr), Neon
(Ne) und Xenon (Xe) gehören zur
Gruppe der Edelgase, die aus der
Luft gewonnen werden. Allen
gemeinsam ist, dass sie nur in
sehr kleinen Mengen vorkommen
und kaum Reaktionen mit
anderen Stoffen eingehen.
Anwendungen
Argon: Schutzgas zum Schweißen
von Aluminiumlegierungen oder
speziellen Stählen; Füllgas in Lampen; Leuchtgas für Gasentladungslampen; Oxidationsschutz in der
Lebensmittelindustrie, gasförmiges
Löschmittel
Helium: Kühlmittel in Kernspintomographen; Füllgas für Wetterballone
Xenon: Leuchtgas für Gasentladungslampen; Komponente in
Füllgasen von Plasmabildschirmen;
Antriebsmittel für Ionentriebwerke
Krypton: Füllgas in Isolierglasfenstern, Einsatz in Halogenlampen
Bei vielen
Schweißanwendungen
dient Argon als
Schutzgas.
Zur Gruppe der Edelgase zählen Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon
sowie das radioaktive Radon und das nur künstlich erzeugte Ununoctium.
Als „edel“ werden diese Gase bezeichnet, weil sie – genau wie die
Edelmetalle Gold, Silber, Platin etc. – unter Normalbedingungen kaum
chemische Bindungen eingehen. Edelmetalle bleiben deshalb lange blank
und bewahren ihr „edles Erscheinungsbild“. Edelgase sind verglichen
damit noch „reaktionsträger“ und verdienen daher ihren Namen.
Das häufigste auf der Erde vorkommende Edelgas ist Argon (Ar). Unsere
Umgebungsluft besteht zu knapp einem Prozent aus Argon. Es wird
besonders für das Schweißen von Aluminiumlegierungen oder speziellen
Stählen genutzt. Hier kommt es, oft als Gemisch mit anderen Gasen, als
Schutzgas zum Einsatz: Argon schirmt den Schweißbereich vor Sauerstoff
ab, was die Qualität und Haltbarkeit der Schweißnähte erhöht.
Die bekannteste Anwendung von Helium (He) sind vermutlich freischwebende Partyballons. Helium hat aber auch eine ganze Reihe anderer
wichtiger Anwendungen. Beispielsweise wird tiefkaltes, flüssiges Helium
in der Medizin als Kühlmittel für die supraleitenden Magnete von Kernspintomographen eingesetzt. Es wird ebenso wie Argon als Schweißschutzgas verwendet und ist auch das meist genutzte Spürgas bei der
Lecksuche.
Krypton (Kr), Xenon (Xe) und Neon (Ne) werden überwiegend als
Füll- bzw. Arbeitsgase in Lampen und Lasern eingesetzt. Bekannt sind
beispielsweise die u.a. im Automobilbau verwendeten Xenon-Scheinwerfer. Sie leuchten wesentlich heller als Halogenscheinwerfer und halten
zudem länger. Ihr namensgebendes Gas Xenon ist notwendig für einen
Entladungsprozess, bei dem das helle Licht entsteht. Aber auch Halogenlampen sind mit Edelgasgemischen gefüllt. Xenon und Neon sind auch die
Hauptkomponenten im Füllgas von Plasmabildschirmen.
Krypton dient darüber hinaus als Füllgas für Isolierglasfenster: Ist der
Zwischenraum zwischen den einzelnen Scheiben mit Krypton gefüllt,
ergeben sich wesentlich bessere Dämmeigenschaften als bei Füllungen
mit Luft oder Argon.
Moderne XenonScheinwerfer
machen die Nacht
zum Tag.
CO
Kohlendioxid
wird auch zur
Aufbereitung von
Trinkwasser genutzt.
Kohlendioxid
Ursprung der Biomasse
Chemische Formel: CO2
Vorkommen:
Erst CO2 ermöglicht das Wachstum der Pflanzen und ist damit eine unabdingbare Voraussetzung für höheres Leben.
Neben Wasser enthalten Pflanzen vor allem Kohlenstoffverbindungen.
Den für ihre Wurzeln, Stämme, Blätter und Früchte nötigen Kohlenstoff beziehen sie aus dem CO2-Anteil der Luft. Die Pflanzen wiederum
bilden die Nahrungsgrundlage der gesamten Tierwelt, einschließlich
des ­Menschen.
Aus dieser Biomasse sind über hunderte Millionen von Jahren auch die
gigantischen Vorräte an Kohle, Erdöl und Erdgas entstanden, die der
Mensch mit zunehmender Geschwindigkeit wieder zu CO2 verbrennt.
Deshalb steigt der Kohlendioxidanteil der Atmosphäre und trägt wegen
seiner wärmedämmenden Wirkung zum globalen Temperaturanstieg bei.
In der technischen Nutzung wird ein Teil dieser CO2-Abgase eingefangen
und in einem anderen Prozess wieder eingesetzt. Die bekannteste ist
die Anreicherung von Erfrischungsgetränken, die dem Gas ihr Prickeln
verdanken.
Als Trockeneis wird es zum Kühlen und Frosten eingesetzt. In der Aufbereitung von Trinkwasser und der Neutralisation von Abwasser spielt
es eine immer wichtigere und ausgesprochen umweltfreundliche Rolle.
Anders als die aggressiven Mineralsäuren, die sonst verwendet werden,
hinterlässt es keine problematischen Rückstände.
Beim Einsatz in Gewächshäusern wird aus dem Kohlendioxid wieder Biomasse, da die Pflanzen daraus Kohlenstoff für ihr Wachstum beziehen
und den Sauerstoff freisetzen.
Der größte Teil des Kohlendioxids ist in
Form von CO2, Hydrogenkarbonat oder
Karbonationen im Wasser der Meere
und Flüsse gelöst. Nur rund zwei
Prozent des irdischen Vorkommens
befinden sich in der Atmosphäre,
deren CO2-Anteil bei etwa 0,04
Volumenprozent liegt.
Sublimationspunkt: - 79 °C
geht bei Normaldruck direkt in den
gasförmigen Zustand über
Tripelpunkt: - 57 °C
bei 5,18 bar
Chemische Eigenschaften:
Farb- und geruchlos, unbrennbar,
reaktionsträge, löst sich aber gut in
Wasser. Mit basischen Metalloxiden
oder –hydroxiden bildet es Karbonate
und Hydrogenkarbonate.
Gewinnung:
Überwiegend als Nebenprodukt
biochemischer oder chemischer
Prozesse. Es entsteht unter anderem
beim "Steam-Reforming", einem
Grundprozess zur Herstellung von
Wasserstoff, Ammoniak und weiteren
chemischen Grundstoffen. Ebenso fällt
es bei der Ethylenoxidproduktion und
anderen Industrieprozessen wie der
Alkoholfermentation in relativ reiner,
gut gewinnbarer Form an. Natürliche
CO2-Quellen gibt es vor allem in
Gebieten vulkanischen Ursprungs.
Anwendungen
Papierrecycling
mit CO2 ist
ein wichtiger
Beitrag zum
Umweltschutz.
Zusatz bei Erfrischungsgetränken;
Trinkwasseraufbereitung;
Abwasserneutralisation;
Gewächshausdüngung; Kältemittel;
Reinigungsmedium (als Trockeneis);
Kühlmedium, z. B. für Catering
oder Transportkühlung (Trockeneis);
Brandbekämpfung; Papierrecycling
Guten Morgen,
Gases for Life
Auch die aktuelle Anzeigenkampagne
von Messer thematisiert die Nutzen von
Industriegasen im Alltag. Das Anzeigenmotiv "Frühstück" macht deutlich, dass
Stickstoff (N2) unter anderem zum
feinen Mahlen von Gewürzen genutzt
wird oder um Käse optimal zu verpacken. Kohlendioxid (CO2) kommt etwa
bei der Düngung von Gemüse, beim
Kühlen von Teig oder beim Entkoffeinieren von Kaffee zum Einsatz – und
natürlich als sprudelnde Kohlensäure in
Getränken. Sauerstoff (O2) wird bei der
Herstellung von Glas verwendet, Ozon
(O3) hilft dabei, Papier umweltschonend
zu bleichen.
In diesem Bild haben
sich vier Gases for Life versteckt.
Und ein Kind.
O2
CO2
CO2
CO2
Weitere Informationen finden Sie auf:
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O3
N2
N2
CO2
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Gut für Sie und unsere Umwelt
Diese Broschüre bietet nicht nur interessante Informationen – sie trägt auch der Umwelt Rechnung,
indem sie auf 100 % Recycling-Papier gedruckt wird. Broschüren, die „ausgelesen“ sind oder nicht
mehr benötigt werden, bitten wir ins Altpapier zu entsorgen.
Messer Group GmbH
Angela Bockstegers
PR und Öffentlichkeitsarbeit
Gahlingspfad 31
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