Meilenstein Gase im Labor Als die Luft  flüssig wurde

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.

Anbieter zum Thema

Weiss Technik GmbH

Ionicon Analytik Ges.m.b.H.

Anton Paar Germany GmbH

Redaktionsbüro Reutner Dr. Ulla Reutner

Air Liquide Deutschland GmbH

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.

Bildergalerie

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.

Vernunft statt Patentstreit

Gerichtliche Auseinandersetzungen zwischen Linde und Air Liquide ließen sich nicht vermeiden. In England prozessierte der Linde-Patenthalter Britisch Oxygen Company (BOC) 1907 gegen Air Liquide und gewann. Doch auf beiden Seiten siegte die Vernunft. Linde und Air Liquide suchten den Kompromiss und einigten sich auf die gemeinsame weltweite Markterschließung und -aufteilung. Schnell hatten die Wettbewerber auch international Erfolg.

Andere Unternehmen konnten ebenfalls reüssieren: etwa Messer in Höchst, das ab 1908 ebenfalls Luftzerlegungsanlagen baute.

Bildergalerie

Ein weiteres Gas sollte den Geschäftserfolg bald ausbauen. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts war Salpeter die wesentliche Stickstoffquelle. Erst 1903 konnte Salpetersäure durch Oxidation von Luftstickstoff im Lichtbogen und schließlich 1908 Ammoniak aus Luftstickstoff und Wasserstoff hergestellt werden. Der Ausfall von Chilesalpeter als Ausgangsstoff für Sprengstoff und Kunstdünger im ersten Weltkrieg initiierte bei Linde den Bau mehrerer großer Stickstoffanlagen. Messer stieg in dieses Geschäft in der Nachkriegszeit ein. Air Liquide tat sich 1919 mit Saint-Gobain zusammen, um Stickstoff-Dünger zu produzieren. Zudem begann Air Liquide mit der Herstellung von pharmazeutischen Gasen. 1930 entwickelte es ein kostengünstiges elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid.

Weiterhin war die Technik des Gasschmelzschweißens ein Treiber. Air Liquide beteiligte sich an der 1909 gegründeten Firma SAF, wovon der Geschäftszweig Sauerstoff-Produktion weltweit profitierte. Denn SAF wuchs zwischen den Weltkriegen rasant, getrieben vom Eisenbahn- und Schiffsbau. Die enge Zusammenarbeit der beiden Unternehmen, die später an wichtigen französischen Projekten wie dem TGV und Ariane beteiligt waren, führte 1995 schließlich zur Akquisition von SAF durch Air Liquide.

Zerstörung folgt Aufbau

Die weltweite Depression allerdings traf alle Unternehmen. In der Wirtschaftskrise ging der Absatz stark zurück. Linde erholte sich in der Nazizeit schnell; Luftzerlegungsanlagen waren im Rahmen der Produktion synthetischer Treibstoffe kriegswichtig. Auch Messer profitierte von der Rüstungsproduktion. Air Liquide übernahm in dieser Zeit La oxígena in Argentinien und baute zudem von Kanada aus das gesamte amerikanische Geschäft aus. In Europa litt der französische Produzent ebenso wie die deutschen Wettbewerber: Am Ende des zweiten Weltkriegs waren 18 von 37 französischen Anlagen zerstört.

Doch schon 1946 entstand eine Sauerstoff-Pipeline zwischen einer lothringischen Produktionsanlage und zwei Stahlunternehmen. Zudem ermöglichte Spirotechnique (heute Aqua Lung), eine Neugründung von Air Liquide, das Atmen unter Wasser und damit die aufsehenerregenden Unterwasser-Unternehmungen von Jacques Cousteau. Zu seinem 50. Geburtstag 1952 zählte das Unternehmen 46 Fabriken in Frankreich und 121 weltweit.

Air Liquide’s damaliger Vorsitzender Jean Delorme war keineswegs zufrieden mit der Marktposition. Schon 1946 führte er auf, dass „Air Reduction, das lediglich ein Drittel des US-Markts hält, einen Umsatz von 12 Mrd. Francs verzeichnet. Unser Gesamtumsatz in Frankreich war etwa 500 Mio. Francs.“

Neuland mit Flüssiggas

Zu dieser Zeit konzentrierte sich Air Liquide auf das Geschäft mit gasförmigem Sauerstoff. Den wachsenden US-Markt mit Gaszylindern zu bedienen schien unmöglich. Flüssiggas, wie es Union Carbide patentiert hatte, war die Lösung. Dies ließ sich in kryogenen Tanks lagern und transportieren. Ein Liter flüssiger Sauerstoff entspricht rund 850 Liter des Gases. Air Liquide erwarb das Patent und baute bis 1955 zwei große Anlagen im nordfranzösischen Denain. Die neue Technik trug maßgeblich zur Erschließung neuer Märkte bei.

Den nächsten Wachstumsschub hat Air Liquide der Entscheidung zu verdanken, das Pipeline-Netz auszubauen. 1960 wurde „Oxylor“ in Betrieb genommen, die 150 Tonnen Sauerstoff täglich liefern konnte. Sie versorgte etliche Stahlanlagen über Rohrleitungen mit Sauerstoff, der nun in Tonnen pro Tag anstatt in Kubikmeter pro Stunde abgerechnet wurde. Auch für die chemische Großindustrie wurde Air Liquide zum wichtigen Partner, der große Mengen zuverlässig liefern konnte. Nach und nach baute es sein Netzwerk an Pipelines und Großanlagen in Belgien und Frankreich aus, darunter die damals weltweit größte Anlage in Antwerpen mit 1500 Tagestonnen Kapazität. Schließlich erweiterte das Unternehmen seine Pipeline-Strategie auf Stickstoff. Anfang des 20. Jahrhunderts vertrieb es bereits dreimal mehr Stickstoff als Sauerstoff. Heute bemisst sich das Air-Liquide-Pipeline-Netz auf über 9000 km, mit Schwerpunkten in Nordamerika, einigen asiatischen Ländern sowie Frankreich, Benelux und im Ruhrgebiet.

Treiber Elektronik-Boom

Die Stahlindustrie als einer der Hauptabnehmer der Industriegase-Hersteller geriet Ende der 1970er in eine Krise. Doch es entstanden neue Märkte, etwa der Automobilbau, der Bedarf an flüssigem Argon für das Schutzgasschweißen hatte. Die Kommunikations-, Elektronik- und IT-Technologie ließ die Nachfrage nach hochreinen Gasen für die Halbleiterfertigung in die Höhe schießen. Dem entsprach der Konzern 1987 mit dem Tsukuba Research Center in Japan, wo er Verfahren für die Herstellung von Gasen höchster Reinheit entwickelte.

Bildergalerie

So ersetzte durch Innovation getriebenes Neugeschäft einen Teil der reduzierten Nachfrage aus der Stahl­industrie. Air Liquide hatte bereits 1968 begonnen, mit der Pulp-and-Paper-Industrie eine neue Kundenzielgruppe zu erschließen. Erstmals hatte das Unternehmen dazu nicht nur das Gas geliefert, sondern auch das Verfahren mitentwickelt. Im 1970 gegründeten Claude-Delorme Research Center bei Paris folgte die Entwicklung zahlreicher weiterer Applikationen für technische Gase, etwa ein Gefriertunnel für die Herstellung von Tiefkühlkost. Die F&E-Strategie hatte sich grundsätzlich gewandelt – von einer Forschung um ihrer selbst willen zu einer, die Qualitäts-, Produktivitäts- und Umwelt-Anforderungen der Kundenzielgruppen im Fokus hatte.

Konsolidierte Stärke

Die Internationalisierungsstrategie war bei Air Liquide, ebenso wie bei Linde, nach zwei Weltkriegen ins Hintertreffen geraten. Das änderte sich 1968, als der französische Konzern durch die Übernahme von American Cryogenics wieder im US-Markt Fuß fasste und schließlich 1986 Big Three Industries übernahm. In Deutschland verstärkte sich Air Liquide 1985 durch die Akquise des CO₂-Produzenten Agefko und stieg nach der Wende bei der ostdeutschen Tega ein. Seitdem wuchs die deutsche Air Liquide zusehends und war bald darauf die Nr. 3 im Markt. Auch in diversen Ländern Nordeuropas gab es neue Tochtergesellschaften. Heute ist Air Liquide in 80 Ländern aktiv.

Parallel zu den deutschen Unternehmen Linde und Messer sowie der französischen Air Liquide hatte sich in Schweden der Konzern AGA gebildet, dessen wichtigstes Geschäftsfeld ebenfalls technische Gase war. Medizingase waren bereits in den 1930er Jahren ein wichtiges Standbein. AGA wurde 1999 von Linde übernommen. Einige Jahre vorher hatte bereits Air Liquide die Aktivitäten im Healthcare-Sektor verstärkt und die Tochterfirma Air Liquide Santé gegründet. Zusätzlich zur Sauerstoff-Versorgung von Krankenhäusern stieg sie in den Hygiene-Markt ein.

Auch im 21. Jahrhundert konsolidierte sich der Markt für technische Gase weiter. Schon 1965 wurden für Messer die Weichen dazu gestellt. Das Unternehmen fusionierte mit Knapsack Griesheim zu Messer Griesheim. 2004 gingen die Hoechster Anteile wieder zurück an die Familie Messer. Die Geschäfte in Deutschland, Großbritannien und den USA übernahm dabei Air Liquide für rund 2,7 Mrd. Euro, was es zur Nummer zwei im Markt machte. 2006 folgte die Übernahme von BOC durch Linde. Der bislang letzte Coup war im Mai 2016: Air Liquide übernahm den amerikanischen Marktführer Airgas für 13,4 Mrd. US-Dollar und gilt seitdem als Marktführer weltweit. Die nächste Fusion kündigte sich jedoch noch im Dezember 2016 an. Praxair, ein US-Industriegase-Hersteller, und Linde wollen verschmelzen: zum führenden Industriegase-Konzern mit 29 Mrd. Euro Umsatz und rund 88 000 Mitarbeitern weltweit. Die Wettbewerbshüter reden jedoch noch mit. Mit der Fusion könnten Verkäufe einiger Unternehmensteile verbunden sein, die für Messer, Air Products und Air Liquide interessant sein könnten.

Meilenstein Gase im Labor

Innovationen im Gasemarkt: „Wir drehen die  Innovationspyramide um“

Innovation für Megatrends

Für die verbleibenden Industriegase-Hersteller gilt: In dem Maß, in dem Öl und Gas knapp werden, steigt die Bedeutung von Wasserstoff für Brennstoffzellen, etwa für Heizgeräte oder alternative Antriebe für Autos und Züge. Tankketten-Betreiber und Gaserzeuger wie Linde und Air Liquide haben weltweit begonnen, ein Netz von Wasserstoff-Tankstellen aufzubauen. Da das Gas elektrolytisch erzeugt werden kann, leistet die Brennstoffzellentechnologie einen wichtigen Beitrag zur Speicherung alternativer Energien wie Windkraft- und Solarstrom.

Als Zukunftstechnologie gilt auch die Möglichkeit, Kohlendioxid aus industriellen Emissionen zu nutzen, anstatt das Treibhausgas in die Atmosphäre zu entlassen. Anlagen zur CO₂-Abtrennung und Speicherung, wie sie Air Liquide Mitte 2017 in Australien in Betrieb genommen hat, werden an Bedeutung gewinnen. Immer wichtiger wird auch die Versorgung mit medizinischen Gasen, nicht allein für Krankenhäuser, sondern insbesondere auch im Homecare-Sektor. So leisten die Gaserzeuger ihren Beitrag zur Beantwortung der Megatrends: mehr Lebensqualität für immer mehr ältere und kranke Menschen, saubere Luft auch in verkehrsreichen Ballungszentren sowie die Begrenzung der globalen Erwärmung.

* Dr. U. Reutner: Fachjournalistin Technik & Wissenschaft, 86916 Kaufering

(ID:45075408)