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LINDE TECHNOLOGY // HELIum 12 20 bis über 3.500 Litern pro Stunde Verflüssigungsleistung hat Linde weltweit bereits errichtet. Helium – auch Kind der Sonne genannt und im Universum nach Wasserstoff das zweithäufigste Element – ist auf der Erde ein seltener und nicht erneuerbarer Rohstoff. Das Edelgas ist nur in geringen Mengen – zu etwa 0,0005 Volumenprozent – in der Erdatmosphäre enthalten und kann deshalb im Gegensatz zu anderen Industrie- und Spezialgasen nicht durch Luftzerlegung gewonnen werden. Eine wirtschaftliche Produktion ist nur in Verbindung mit der Erdgasaufbereitung und einem Heliumrohgehalt von mindestens 0,2 Prozent möglich. Aber nur an wenigen Stellen der Erde hat sich das Element, das sich nur unter bestimmten geologischen Bedingungen durch radioaktiven Zerfall im Erdreich bildet, auf solch hohe Konzentration angereichert. Allein Erdgaslagerstätten in Nordamerika, Russland, Polen, Nordafrika und im Persischen Golf sowie Australien und Indonesien erfüllen diese Voraussetzung. Die erste heliumreiche Erdgasquelle wurde vor rund 100 Jahren in den USA entdeckt, weitere folgten. Über viele Jahrzehnte waren die Vereinigten Staaten auch der größte Produzent dieses Edelgases. Auch heute noch stammen große Teile der globalen Heliumproduktion, die im Jahr 2006 auf etwa 160 Millionen Kubikmeter geschätzt wurde, aus Nordamerika. Weltweit gibt es derzeit nur vier weitere Quellen außerhalb den USA, aus denen Helium wirtschaftlich gewonnen wird: Algerien, Polen, Katar und Russland. Joint Venture zur Heliumgewinnung Während Prognosen einen Rückgang der US-Heliumgewinnung aus der laufenden Erdgasproduktion um etwa fünf bis zehn Prozent voraussagen, werden in Russland, Katar, Ozeanien und Algerien neue Heliumressourcen erschlossen. In Algerien, das über sehr große Erdgasvorkommen verfügt, nutzt man das Potenzial der heliumreichen Gasquellen erst seit rund 15 Jahren. Der staatliche Energieversorger Sonatrach fördert Erdgas aus der Lagerstätte Hassi R’Mel in der Saha ra und transportiert es über Pipelines nach Spanien und Italien sowie in zwei Hafenstädte im Westen und Osten des Landes. Dort wird das Erdgas für den weiteren Transport per Schiff in großen LNG-Anlagen (LNG: Liquefied Natural Gas) verflüssigt. „Lange Zeit wurde das Restgas bei der Erdgasverflüssigung verbrannt und das darin enthaltene Helium in die Luft geblasen“, erinnert sich Klaus Brandl, Director Helium für Europa, den mittleren Osten und Afrika. Seit Mitte der 1990er Jahre betreibt Sonatrach einen ersten Heliumverflüssiger in Arzew im Westen des Landes und startete erfolgreich gemeinsam mit Linde in Skikda im April 2007 die zweite Heliumproduktion. Bei der Verflüssigung von Erdgas aus heliumreichen Quellen bleibt ein Gasgemisch aus niedrig siedenden Komponenten wie Methan, Stickstoff, Wasserstoff und verschiedenen Kohlenwasserstoffen zurück, das in Algerien etwa fünf Prozent Helium enthält. Im Vergleich zu anderen Quellen ist der Heliumanteil des algerischen Erdgases gering. Da aber Sonatrach gleich mehrere LNG-Anlagen in Skikda betreibt und sehr große Mengen an Erdgas verflüssigt, wird die Heliumproduktion auch dort wirtschaftlich interessant. Das „Abfallprodukt“ der Erdgasverflüssigung ist zugleich der Rohstoff für die Heliumgewinnung. Diesen liefert Sonatrach dann zur weiteren Verarbeitung via Pipeline an das Joint Venture Helison Production (Helison: Helium Linde Sonatrach), an dem der Linde-Konzern 51 Prozent der Anteile hält. Das Gemeinschaftsunternehmen wurde im Jahr 2003 für den Betrieb der Heliumgewinnung in Skikda gegründet. Den Bau und die Planung bezüglich Erzeugung und Verflüssigung übernahm dabei ein Team von 40 Experten der Linde Divison Engineering. Die Heliumgewinnung ist ein kältetechnischer Prozess, bei dem man ein Gemisch niedrig siedender Gase durch Abkühlung und Verflüssigung auftrennt. In einem ersten Schritt wird die heliumreiche Gasmixtur im Tieftemperaturprozess angereichert und bei minus 180 Grad Celcius weitgehend von Methan und Stickstoff befreit. Dies geschieht in einer so genannten Coldbox, die mehrere, acht Meter lange Plattenwärmetauscher aus Aluminium, Kolonnen, Rohrleitungen und Ventile in einer gut isolierten Hülle vereint. Die Coldbox gelangt verschweißt und fertig montiert zur Baustelle. Das verkürzt die Montagezeit vor Ort. Auch nach der Tieftemperaturtrennung enthält das Rohgas (Heliumanteil > 95 Prozent) noch zuviel Stickstoff und Methan, um es direkt verflüssigen zu können. Denn die Gase würden bei der Verflüssigung gefrieren. Deshalb wird das angereicherte Helium zunächst bei Umgebungstemperatur in einer so genannten Druckwechseladsorptionsanlage gereinigt. Zurück DAS ELEMENT hELIUM WURDE WEGEN SEINES VoRKoMMENS AUF DER SoNNE NAch DER GRIEchISchEN BEzEIchNUNG FüR UNSER zENTRALGESTIRN (SoNNE = hELIoS) BENANNT. bleibt gasförmiges Helium mit einer Reinheit von 99,999 Prozent. Auch dieser Anlagenteil gehörte in Skikda zum Linde-Lieferumfang. Nach der Reinigung wird das Helium für den weiteren Transport verflüssigt. Das Prinzip eines Heliumverflüssigers gleicht dem der Luftverflüssigung nach dem Linde-Verfahren, benötigt jedoch drei Kühlstufen zur Abkühlung des Edelgases bis auf minus 269 Grad Celcius. Zunächst wird das Helium bei einem Druck von etwa 2 Mega pascal oder 20 bar durch Rückführung von bereits kaltem Heliumgas und Verdampfung von flüssigem Stickstoff auf minus 193 Grad Celcius abgekühlt. Für die weitere Abkühlung bis zur Verflüssigungstemperatur sorgt ein so genannter Turboexpander, gebaut von den Tieftemperatur- Experten der Linde Kryotechnik AG aus Pfungen in der Schweiz. An- schließend wird ein Teil des Heliums verflüssigt und in supervakuumisolierte Container mit einer Kapazität von etwa 27.000 Kubikmetern abgefüllt. So verpackt, verdampfen nur etwa 0,3 Prozent des Heliums pro Tag und das flüssige Edelgas kann seine Reise nach Europa an Bord eines Container-Schiffs beginnen. Logistikzentrum in südfrankreich Das Helium aus Skikda ist in erster Linie für den europäischen Markt bestimmt. Es wird von Algerien binnen weniger Tage in die französische Hafenstadt Berre nahe Marseille verschifft. Dort hat Linde im Februar 2006 ein Heliumlogistikzentrum eröffnet. In Berre werden auf 13.500 Quadratmetern Fläche die in Marseille angelandeten Spezialcontainer mit flüssigem Helium zwischengelagert. Von dort wird
HELIumprODukTION uND -rEsErVEN Quelle: U.S. Geological Survey; Januar 2007 * geschätzt Produktion / Jahr 2006 * (in mio. m3) reserven (in mio. m 3) uSa (aus Erdgas) 76 8.300 uSa (cliffside-Speicher **) 58 – algerien 22 8.400 kanada – 2.000 china – 1.100 Polen 3 280 katar 7 10.000 russland 7 6.700 andere – 2.800 weltweit (gerundet) 170 40.000 DIE fAkTEN ** Der Rohheliumspeicher im texanischen Cliffside sicherte seit den 1960er Jahren den langfristigen Heliumbedarf von NASA und Airforce. Hier lagerte die bis zu zehnfache Menge der Weltjahresproduktion. Das Helium-Privatisierungsgesetz von 1996 sieht eine deutliche Reduktion dieses Bestands bis zum Jahr 2015 vor. Quelle: U.S. Geological Survey; Januar 2006 Name helium Gruppe Edelgase Ordnungszahl 2 aussehen farbloses Gas Dichte 0,1785 kg·m-3 Siedepunkt −268,93 °c wärmeleitfähigkeit 0,152 w/(m·k) relative atommasse 4,002602 g / mol HELIum // LINDE TECHNOLOGY 13 hELIUM Edelgas in alle welt: von der algerischen hafenstadt Skikda, nahe der tunesischen Grenze, beginnt der weg des heliums zu anwendungen in Quantenoptik, Nanotechnologie und medizintechnik.
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