Vom flüssigen CO2 zum Trockeneis

Vom flüssigen CO2 zum Trockeneis

Kohlendioxid hat 3 physikalische Stadien. Diese sind gasförmig, flüssig und fest und unterscheiden sich durch die Temperatur und Dichte.

Das Verhältnis der 3 Stadien ist im Diagramm „CO2-Phase“ aufgezeichnet.

Woher kommt CO2: 
CO2 wird aus mehreren Bezugsquellen wie der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, Fermentation, natürlichen Quellen sowie als Nebenprodukt von chemischen Prozessen, wie zum Beispiel aus der Ethylenoxid- oder Bioethanolproduktion und bei der Ammoniakherstellung, gewonnen.

Solides CO2 (Trockeneis):
CO2 kann unterhalb des Tripelpunkts (5.18 bar, -56.6 °C) nur in solider (fester) Form und gasförmig existieren. Solides CO2 wird in der Umgangssprache Trockeneis genannt. Trockeneis hat eine Temperatur von -79 °C, und es kehrt direkt in den gasförmigen Zustand zurück (sublimiert). Diese Sublimation hinterlässt keine Rückstände. Trockeneis ist nicht giftig, nicht entflammbar, inert, geruchslos und bakterienhemmend. Es ist weiss und hat eine Härte von ca. 1‘500 kg/m3 in seiner kompakten Form. Trockeneis ist ein qualifiziertes Kältemittel für verschiedenste Anwendungen. Es hat eine enorme Kühlkapazität, und der Temperaturtransfer ist bei direktem Kontakt zum zu kühlenden Material sehr hoch.

Die flüssige Form:
Flüssig-CO2 hat eine Temperatur zwischen -56.6 °C und 31 °C und hat einen Druck von über 5.2 bar und weniger als 74 bar. Das bedeutet, dass CO2 bei einem Druck unter 5.2 bar nur in festem oder gasförmigen Zustand existieren kann. Bei 5.2 bar und -56.6 °C existieren alle drei Formen (fester, flüssiger und gasförmiger Zustand). Dies nennt man den Tripelpunkt.

Der „kritische Punkt“ liegt bei einer Temperatur von ungefähr 31 °C und bei einem Druck von ca. 74 bar. Normales Flüssig-CO2 kann nur bei Temperaturen unter 31 °C geformt werden. Über dem „kritischen Punkt“ kann keine klare Trennung von Flüssig- und gasförmigen CO2 festgestellt werden. Die flüssige Form ist notwendig, um CO2 zu lagern und zu transportieren sowie bei Kühl- und Gefrieranwendungen. Es wird eine Temperatur von -79 °C beim Ablass von Flüssig-CO2 in die Atmosphäre erreicht. Dies bedeutet eine enorme Kühlkapazität aufgrund der verdampften Wärme in der Umgebungsluft .

Der gasförmige Zustand:
CO2-Gas hat eine Dichte von ca. 1.9 kg/m3 bei atmosphärischem Druck und +15 °C. CO2 zeichnet sich durch seine nützlichen Eigenschaften bei der Haltbarmachung von verpackten Lebensmitteln, im Explosions- und Feuerschutz, der Ungezieferbeseitigung und als Schutzgas beim Inert-Gas-Schweissen aus. Bei all diesen Anwendungen ist es wichtig, dass das CO2-Gas den atmosphärischen Sauerstoff verdrängt und ersetzt. CO2 wird ausserdem zur Anreicherung der Luft in Treibhäusern, bei der Lagerung von Früchten und Gemüse sowie für die pH-Kontrolle beim Aufbereiten von Trink- und Abwasser angewendet.

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