Trockeneis in der Kältetechnik: Herstellung, Qualität und sicherer Einsatz

Trockeneis kann ganz ohne flüssige Rückstände kühlen, was es für den Transport, die Produktion und auch für Reinigungsarbeiten interessant macht. Um Trockeneis herzustellen, wird Kohlendioxid zunächst unter Druck verflüssigt. Wird der Druck anschließend stark reduziert, geht ein Teil des Kohlendioxids in die Gasphase über, während sich der übrige Teil durch die starke Abkühlung in festen Kohlendioxidschnee verwandelt.

Wenn Trockeneis später für die Kühlung verwendet wird, geht es direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne dass dabei Flüssigkeit entsteht. Dieser direkte Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand wird als Sublimation bezeichnet.

Von flüssigem Kohlendioxid zum festen Pellet

Bei der Herstellung von Trockeneis strömt flüssiges Kohlendioxid aus einem Tank in eine sogenannte Entspannungskammer. Der Teil, der dabei schlagartig in die Gasphase übergeht, entzieht dem verbleibenden Stoff Energie. Auf diese Weise entsteht feiner Kohlendioxidschnee, der anschließend durch einen Pelletizer verdichtet wird. Abhängig von der Matrize, durch die der Kohlendioxidschnee gepresst wird, können Pellets in unterschiedlichen Durchmessern hergestellt werden.

Bei normalem Luftdruck sublimiert Trockeneis bei etwa minus 78,5 Grad Celsius direkt zu Gas. Bei höheren Umgebungstemperaturen nimmt der Masseverlust entsprechend schneller zu. Da der Mengenverlust somit unmittelbar nach der Produktion beginnt, sind kurze Wege zwischen der Herstellung und der Nutzung wichtig. Betriebe, die Trockeneis regelmäßig verwenden, stellen es daher oftmals auch selbst her.

Die Pelletqualität entsteht nicht erst am Auslass

Um qualitativ hochwertige Trockeneispellets herzustellen, muss die Produktionsanlage vom Ausgangsmaterial bis zum fertigen Pellet gleichbleibende Bedingungen gewährleisten.

Besonders die folgenden vier Punkte sind dabei entscheidend:

1. gleichmäßiger Durchmesser und möglichst geringer Bruchanteil
2. ausreichende Festigkeit für Förderung und vorgesehenen Einsatz

3. stabiler Austrag ohne auffällige Schwankungen oder Unterbrechungen
4. dokumentierte Zeitspanne zwischen Produktion und Verbrauch

Während bei der Verwendung zur Kühlung vor allem die Haltbarkeit und gut dosierbare Mengen zählen, ist für Strahlarbeiten ein gleichmäßiger Materialstrom äußerst wichtig.

Zu lang gelagertes Material kann seine Form verändern und an Masse verlieren. Daher ist eine bedarfsgerechte Bereitstellung einer der zentralen Faktoren für qualitativ hochwertiges Arbeiten mit Trockeneis.

Anwendung und Pelletformat müssen zusammenpassen

Kleine Trockeneispellets werden oft als Strahlmittel bei der Reinigung eingesetzt, da sie sich gut beschleunigen lassen. Blöcke oder größere Nuggets besitzen im Verhältnis zu ihrer Masse deutlich weniger Oberfläche. Dadurch sublimieren sie langsamer und sind daher für den Transport oder andere Kühlungssituationen besser geeignet. Um Trockeneis wirtschaftlich nutzen zu können, ist es daher wichtig, das Format passend zum Verwendungszweck zu wählen.

Wenn Trockeneis dem System automatisch zugeführt wird, wie es zum Beispiel bei Reinigungsgeräten der Fall ist, sind außerdem Rohrquerschnitt, Bögen und Fallhöhen bei der Bestimmung der geeigneten Pelletgröße zu beachten.

Eigenproduktion oder Zukauf ist eine Bedarfsfrage

Besonders bei regelmäßiger Verwendung von Trockeneis kann es sinnvoll sein, die Zeit zwischen Produktion und Nutzung zu verkürzen, indem das Material direkt vor Ort hergestellt wird. Allerdings sind dafür gewisse Investitionen erforderlich. Außerdem muss der Betrieb die Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid sicherstellen. Wartung, Energiebedarf und der Bedarf an entsprechend geschulten Mitarbeitern sind ebenfalls zu bedenken.

Für kleine Betriebe oder Unternehmen, die nur vergleichsweise selten Bedarf an Trockeneis haben, kann daher der Zukauf günstiger sein, auch wenn während des Transports und der Lagerung ein nicht unerheblicher Teil des Trockeneises sublimiert. Welche Variante wirtschaftlicher ist, lässt sich letztlich nur anhand des Verbrauchs und der individuellen Rahmenbedingungen beurteilen.

Bei der Planung einer Trockeneisanlage zählen belastbare Betriebsdaten

Wenn eine Trockeneisanlage nur anhand des durchschnittlichen Tagesverbrauchs konzipiert wird, kann sie unter Umständen deutlich zu groß oder deutlich zu klein sein. Daher gilt es im Vorfeld zu analysieren, ob es Spitzenzeiten mit einem höheren Bedarf gibt und ob dieser anderweitig abgedeckt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, vorzuproduzieren oder zusätzlich benötigte Mengen zuzukaufen.

Um sinnvoll zu planen, ist es ratsam, folgendermaßen vorzugehen:

1. Den vorhandenen Verbrauch je Schicht, Anwendung und Wochentag erfassen.
2. Den höchsten Stundenbedarf sowie typische Lastspitzen und deren Dauer bestimmen.
3. Benötigte Formate und Wechsel zwischen den Matrizen festlegen.
4. Tank, Anschluss, Aufstellfläche, Lüftung und Stromversorgung prüfen.
5. Ein belastbares Reservekonzept für Wartung, Störung und Lieferausfall erstellen.

Bei der eigenständigen Herstellung von Trockeneis ist außerdem zu berücksichtigen, dass nicht das gesamte flüssige Kohlendioxid zum Feststoff wird. Der bei der Druckreduzierung gasförmig entweichende Anteil muss deshalb in die Verbrauchs- und Kostenrechnung einbezogen werden.

Die Einbindung in den Betriebsablauf entscheidet mit

Bei der Produktion von Trockeneis handelt es sich im Prinzip um mehrere Arbeitsschritte, die sorgfältig aufeinander abgestimmt werden müssen. So muss beispielsweise der Tank zuverlässig mit flüssigem Kohlendioxid versorgt werden, ohne dass benötigte Vorräte zur Neige gehen. Für die fertigen Pellets sind geeignete Behälter erforderlich und an den Verbrauchsstellen müssen die Pellets verlässlich im passenden Format und in der erforderlichen Menge ankommen.

Es ist daher wichtig, dass die Funktionsweise der Kältetechnik vollständig verstanden und bei der Planung sämtlicher Arbeits- und Versorgungswege berücksichtigt wird. Das feste Kohlendioxid wird – anders als bei einem geschlossenen Kältekreislauf – verbraucht und muss laufend entsprechend ersetzt werden.

Kohlendioxid und Kälte verlangen klare Schutzmaßnahmen

Bei direktem Hautkontakt mit Trockeneis kann es aufgrund der extrem niedrigen Temperatur zu schweren Kälteverbrennungen kommen. Das farb- und geruchlose Kohlendioxid kann sich außerdem in tiefer liegenden oder schlecht belüfteten Bereichen sammeln und dort Atemluft verdrängen. Ein erhöhter Kohlendioxidgehalt im Blut, die sogenannte Hyperkapnie, kann dann zu Kopfschmerzen, Atemnot, Bewusstlosigkeit und im Extremfall zu Erstickung führen. Aufgrund der Gefahren dürfen die Herstellung von Trockeneis und der Umgang damit nur unter Einhaltung geeigneter Schutzmaßnahmen erfolgen.

Für die Mitarbeiter ist eine umfassende Unterweisung für den Normalbetrieb sowie für Störungen und das Betreten gefährdeter Räume erforderlich.

Wartung und Datenauswertung machen den Prozess planbar

Geräte zur Herstellung von Trockeneis sind mechanischen Belastungen ausgesetzt. Daher sind feste Prüf- und Wartungsintervalle unerlässlich. Andernfalls droht der vollständige Ausfall, was dann wiederum mit höheren Kosten und Umsatzeinbußen verbunden ist.

Wenn zunehmender Bruch oder stärker schwankende Größen der Trockeneispellets bemerkt werden, kann dies ein Zeichen für den Verschleiß der Matrize oder anderer Bauteile der Anlage sein. Auch ein sinkender Durchsatz oder ein veränderter Kohlendioxid-Verbrauch können frühe Zeichen für Verschleiß oder falsche Einstellungen sein.

Um solche Probleme schnell zu erkennen, ist eine genaue Dokumentation der verwendeten Rohstoffmenge und der damit produzierten Masse an Trockeneis hilfreich.

Fazit: Eine effiziente Trockeneisproduktion braucht Planung und Kontrolle

Die Herstellung von Trockeneis basiert auf einem klaren physikalischen Prinzip: Flüssiges Kohlendioxid wird durch Druckentspannung teilweise gasförmig, während der verbleibende Anteil als Kohlendioxidschnee ausfällt und anschließend zu Pellets oder anderen Formaten verdichtet wird. Für eine zuverlässige Nutzung kommt es jedoch nicht allein auf die Herstellung an. Pelletgröße, Festigkeit, Austrag, Lagerdauer und Verbrauch müssen zur jeweiligen Anwendung passen.

Ob sich die Eigenproduktion oder der Zukauf wirtschaftlich lohnt, hängt vor allem vom individuellen Bedarf, den Lastspitzen und den betrieblichen Rahmenbedingungen ab. Wer Trockeneis selbst produziert, sollte neben der Anlagentechnik auch Versorgung, Wartung, Lüftung, Lagerung und Arbeitsschutz berücksichtigen. Eine kontinuierliche Erfassung von Verbrauchs- und Produktionsdaten hilft dabei, Verschleiß frühzeitig zu erkennen und die Anlage bedarfsgerecht zu betreiben.

FAQ: Die wichtigsten Fragen zur Herstellung und Nutzung von Trockeneis

Wie wird Trockeneis hergestellt?

Trockeneis entsteht aus flüssigem Kohlendioxid. Durch eine starke Druckreduzierung geht ein Teil des Kohlendioxids in den gasförmigen Zustand über und entzieht dem verbleibenden Anteil Energie. Dadurch bildet sich Kohlendioxidschnee, der anschließend zu Pellets oder anderen Formen verdichtet wird.

Warum entsteht beim Trockeneis keine Flüssigkeit?

Trockeneis besteht aus festem Kohlendioxid und geht bei normalem Luftdruck direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Dieser Vorgang wird als Sublimation bezeichnet. Deshalb bleibt beim Auftauen kein flüssiges Wasser oder anderes flüssiges Rückstandsprodukt zurück.

Welche Temperatur hat Trockeneis?

Bei normalem Luftdruck sublimiert Trockeneis bei etwa minus 78,5 Grad Celsius. Aufgrund dieser extrem niedrigen Temperatur sind beim Umgang geeignete Schutzmaßnahmen erforderlich.

Welche Trockeneisform eignet sich für welchen Einsatz?

Kleine Pellets werden häufig für Strahlarbeiten eingesetzt, da sie sich gut beschleunigen lassen. Größere Pellets, Nuggets oder Blöcke sublimieren aufgrund ihrer geringeren Oberfläche im Verhältnis zur Masse langsamer und eignen sich daher unter anderem für Kühl- und Transportanwendungen.

Wann lohnt sich die eigene Herstellung von Trockeneis?

Eine Eigenproduktion kann insbesondere bei regelmäßig hohem Verbrauch sinnvoll sein, da das Trockeneis unmittelbar am Einsatzort oder in dessen Nähe hergestellt werden kann. Dadurch lassen sich Verluste durch Transport und Lagerung reduzieren. Gleichzeitig müssen Investitionen, CO₂-Versorgung, Energiebedarf, Wartung und Personal berücksichtigt werden.