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Meilenstein Gase im Labor

Als die Luft flüssig wurde

| Autor / Redakteur: Dr. Ulla Reutner* / Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Pioniere der Luftzerlegung: Air Liquide-Gründer George Claude und Paul Delorme im Jahr 1902 mit ihrer ersten Luftzerlegungsanlage.
Abb. 1: Pioniere der Luftzerlegung: Air Liquide-Gründer George Claude und Paul Delorme im Jahr 1902 mit ihrer ersten Luftzerlegungsanlage. (Bild: Air Liquide)

Es gibt kaum einen Markt, der so konsolidiert ist, wie der für Industriegase. Wenige Anbieter teilen ihn mehr oder weniger unter sich auf. Darunter sind mit Linde und Air Liquide zwei Unternehmen, deren Gründer um 1900 Meilensteine in der Historie der Luftverflüssigung gesetzt haben. Schnell entstanden daraus weltweit bedeutende Unternehmen, die sich heute den globalen Herausforderungen stellen.

Luft ist Urstoff und unbeschränkt. So sah das Anaximenes im sechsten Jahrhundert vor Christus. Verdichtet man die Luft, so entstehen Wasser und Erde, meinte er. Mit kleinen Verfeinerungen hatte diese Theorie in Europa bis zur Aufklärung Bestand. Bis ins 18. Jahrhundert vermutete man, dass der geheimnisvolle Stoff Phlogiston bei der Verbrennung entweicht. Erst Antoine Laurent de Lavoisier erkannte, dass die Gewichtszunahme bei der Verbrennung von Metallen durch die Aufnahme von „Luft“ verursacht wird. „Oxygenium“ hatte 1771 der Apotheker Carl Wilhelm Scheele durch Erhitzen von Braunstein mit konzentrierter Schwefelsäure erzeugt. 1766 wurde erstmals Wasserstoff durch die Einwirkung von Säuren auf Metalle erzeugt. Als Basis für die heutige Bedeutung der Industriegase reichte dies jedoch nicht aus. Nach der Entdeckung der diversen Gase legte insbesondere die Verflüssigung von Luft den Grundstein.

Rätsel der permanenten Gase

Dazu mussten die Forscher erst ein Rätsel lösen. Sie beobachteten, dass sich bestimmte Gase wie Kohlendioxid durch Druckerhöhung verflüssigen lassen, andere wie Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff jedoch nicht. Letztere nannte man permanente Gase. Damit war die Forschung zum Problem der Luftverflüssigung ins Stocken geraten. Erst der Ire Thomas Andrews machte sich daran, das Rätsel zu lösen. Auf Basis komplexer Versuche mit den „verflüssigbaren“ Gasen folgerte er 1863: Es muss eine kritische Temperatur für jedes Gas geben, die zu unterschreiten sei, um es verflüssigen zu können.

Diesen Ansatz verfolgte Louis-Paul Cailletet, der die nötigen tiefen Temperaturen erzeugte, indem er Sauerstoff in einem Glasrohr verdichtete, auf -29 °C kühlte und dann schnell entspannte. So erzeugte er 1877 flüssigen Sauerstoff, wenngleich nur als Nebel im Glasrohr. Auch Raoul Pictet gelang das mittels mehrerer hintereinander geschalteter Kältemaschinen, mit denen er Sauerstoff auf -130 °C vorkühlte und über ein Ventil entspannte. Diese „Kaskadenmethode“ optimierte Heike Kamerlingh Onnes 1894 mittels Gegenströmern. Seine Anlage konnte stündlich 14 l flüssige Luft erzeugen.

Linde, Hampson und Claude

Erst Carl von Linde jedoch gelang es, flüssige Luft kontinuierlich und in für technische Anwendungen nötigen Mengen herzustellen. 1895 nutzte er den Effekt der Abkühlung von komprimierter Luft bei Entspannung und verstärkte ihn mittels Gegenstromprinzip. 1896 konstruierte William Hampson einen ähnlichen Verflüssigungsapparat. Georges Claude zeigte schließlich 1902 in Paris, dass die Luftverflüssigung in einer Kolben-Expansionsmaschine unter äußerer Arbeitsleistung gelingt. Auch er war erst erfolgreich, als er die verdichtete Luft mit den kalten Austrittsgasen aus dem Expansionszylinder vorkühlte. Die Effizienz der Verfahren von Linde und Claude war ähnlich: In großen Anlagen beträgt die aufzuwendende Energie etwa 1 kWh je Liter flüssige Luft.

Auch der wirtschaftliche Erfolg der beiden Forscher Linde und Claude ist vergleichbar. Beide prägten die Entwicklung eines neuen Industriezweigs maßgeblich: den der Kältetechnik. Linde, der Maschinenbau studiert und bereits 1879 sein Unternehmen gegründet hatte, entwickelte 1892 ein Verfahren, um die Luftbestandteile durch fraktionierte Destillation zu trennen. Eine erste Produktionsanlage ging 1903 in Höllriegelskreuth bei München in Betrieb.

Geburt einer Industrie

Georges Claude war gerade neun Jahre alt, als Lindes Unternehmen entstand. Sein Vater hatte ihm den Schulbesuch untersagt und ihn selbst unterrichtet. Dennoch konnte er an der Pariser Hochschule für Physik und industrielle Chemie studieren. „Verflüssige Luft! Destilliere flüssige Luft! Gründe auf dieser Basis eine Industrie! So muss es geschehen.“ Dieses ihm zugeschriebene Zitat zeigt, dass der Forscher von Unternehmergeist getrieben wurde. Nach ersten Anstellungen als Ingenieur begann Claude 1896 mit einer ganzen Reihe von Erfindungen, etwa der sicheren Lagerung von explosivem Acetylen als Lösung in Aceton. Bei dem Versuch, Calciumcarbid für die Acetylen-Produktion wirtschaftlicher herzustellen, nutzte er teuren Sauerstoff. Die Gründung von Air Liquide ist also letztlich seiner Suche nach kostengünstigem Sauerstoff zu verdanken. Denn der vielversprechendste Weg führte über die Verflüssigung von Luft und der anschließenden Trennung in ihre Komponenten.

Finanziers für Start-up

Dazu musste Claude etliche technische Probleme lösen. So dichtete er z.B. die Expansionsmaschine mittels Leder-Futter zwischen Kolben und Zylinderrohr. Im Mai 1902, nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit in einer Omnibus-Garage, war die Entwicklung vollendet. Ein „glücklicher Zufall“, wie Claude schrieb. Er hatte ein 1 m langes, 2 cm dünnes Rohr an das Ausdehnungsgefäß angebracht und an das andere Ende eine Art Hahn geschraubt. Dann füllte er das Rohr mit der vorgekühlten Luft aus der Expansionsmaschine, startete die Maschine und erzeugte so flüssige Luft. Im November 1902 entstand so die Firma, die den Namen des wichtigsten Produkts „Air Liquide“ trägt und die zusammen mit Linde über ein Jahrhundert das Geschäft mit technischen Gasen prägen sollte. Dazu brauchte es einen zweiten Mann. Paul Delorme, ebenfalls Absolvent der Pariser Hochschule, ermöglichte Claudes Entwicklungstätigkeit schon seit 1899 durch Finanzspritzen. Er wurde erster Präsident der neuen Gesellschaft. 24 weitere Geldgeber leisteten Anschubhilfe für das „Start-up“. Air Liquides erste industrielle Gas-Produktionsanlage in Boulogne produzierte am 23. April 1905 erstmals 280 m3 reinen Sauerstoff.

Da sich in der Metallverarbeitung das autogene Schweißen und Schneiden verbreitete, war die Nachfrage groß. Bereits 1906 zahlte Air Liquide erstmals eine Dividende aus – so wie in allen folgenden Jahren. Das Unternehmen wuchs: Es gründete diverse Niederlassungen u.a. in Italien, Japan, Kanada und Hong Kong. Wettbewerber Linde baute, zum Teil auf dem Gelände von Großkunden, mehrere Sauerstoffwerke, bis zum Beginn des ersten Weltkriegs 20 Stück.

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