Sauerstoff flüssig (LOX): Angebote, Eigenschaften, Einsatzzwecke

Die Themen im Überblick

Tiefkalt verflüssigter Sauerstoff aus der Umgebungsluft

Sauerstoff (O2) ist unter normalen Bedingungen gasförmig und ein wesentlicher Bestandteil der Atemluft auf der Erde. Als Atemgas benötigen wir ihn aber nicht nur zum Überleben. Auch in der Technik ist Sauerstoff sehr gefragt. So kommt der Stoff für zahlreiche Verbrennungs-, Oxidations- sowie Heizprozesse infrage. Ist der Bedarf sehr hoch, kann die Lagerung jedoch mit großen Herausforderungen verbunden sein. Letztere lassen sich vor allem damit begründen, dass Gasflaschen sowie Gasflaschenbündel viel Platz benötigen. Sie setzen einen kontinuierlichen Einkaufsprozess voraus und sind immer wieder zu tauschen, was mit einem entsprechend hohen Aufwand einhergeht. Bevorraten Sie Sauerstoff flüssig (LOX oder Liquid Oxygen), sparen Sie Zeit und Geld.

Ein Liter Sauerstoff flüssig entspricht rund 850 Litern Sauerstoffgas

Grund dafür ist, dass Sauerstoff flüssig deutlich weniger Volumen einnimmt als gasförmig. So setzt das Verdampfen von einem Liter Flüssigsauerstoff rund 850 Liter Gas unter Normaldruck frei, die Sie wie gewohnt in der Anlage nutzen können. Ein Liter Sauerstoffgas aus einer 200 bar Druckgasflasche ergibt hingegen ein nutzbares Gasvolumen von etwa 200 Litern bei Normaldruck. Ist Sauerstoff flüssig, lässt sich sein Volumen also rund 4,3-mal stärker reduzieren als unter hohem Druck.

Hersteller gewinnen flüssigen Sauerstoff aus der Umgebung

Während Stoffe wie Helium knapp und endlich sind, entsteht Sauerstoffgas immer wieder neu. Es ist das Produkt der Photosynthese grüner Pflanzen und als solches in der Umgebungsluft vorhanden. Aus dieser lässt sich Sauerstoff flüssig gewinnen, indem Hersteller die Luft stark abkühlen. Unter Normaldruck sind dazu jedoch Temperaturen von rund – 183 Grad Celsius (90 Kelvin) erforderlich. Kühlt man die Flüssigkeit weiter herunter, geht sie bei etwa – 218 Grad Celsius (55 Kelvin) sogar in den festen Aggregatzustand über. Denn dann vereist Sauerstoffgas genau wie Wasser.

Übrigens: Die Forscher Karol Olszewski und Zygmunt Florenty Wróblewski schafften es im Jahr 1883 erstmals, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff stabil zu verflüssigen. Tröpfchen flüssiger Luft entdeckten Louis Paul Cailletet und Raoul Pictet sogar schon früher. Bei ihnen verdampfte die Flüssigkeit jedoch spontan.

Sauerstoff flüssig: Wichtige Eigenschaften im Überblick

Im gasförmigen Zustand ist Sauerstoff farb- sowie geruchlos. Es kommt zu etwa 20 Prozent in der Atemluft vor und ermöglicht das Leben von Menschen und Tieren. Das gilt jedoch nicht bei hohen Konzentrationen, denn dann entwickelt das Gas eine giftige Wirkung. Es ist nicht brennbar, gilt als Oxidationsmittel aber als brandfördernd. Im Periodensystem der Elemente ist Sauerstoff mit dem Elementsymbol „O“ in der 16. IUPAC-Gruppe zu finden. Neben Schwefel, Selen, Tellur, Polonium und Livermorium gehört es damit zur Gruppe der Chalkogene.

Bei Normaldruck hat tiefkalt verflüssigter Sauerstoff eine Temperatur von -182,96 Grad Celsius (90,188 Kelvin) und eine leicht bläuliche Farbe. Seine Dichte liegt bei 1,141 g/cm³ (bei Siedetemperatur und Normaldruck) und die Substanz lässt sich unter Normaldruck bei -222,65 Grad Celsius (50,5 Kelvin) einfrieren.
Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Eigenschaften von tiefkalt verflüssigtem Sauerstoff in der Übersicht.

Kriterien	Eigenschaften von Sauerstoff flüssig (LOX)
Name und Symbol	Sauerstoff, O (bzw. Sauerstoff flüssig oder LOX)
Ordnungszahl und Kategorie	8, Chalkogen
Eigenschaften	Oxidationsmittel, nicht brennbar, brandfördernd, farb-, geruch- sowie geschmacklos, temperaturabhängig wasserlöslich
Aggregatzustand	gasförmig oder tiefkalt verflüssigt
Dichte (Gas)	1,429 kg/m³ (bei 0 °C und 1,013 bar; 1,337 kg/m³ (bei 15 °C und 1 bar)
Dichte (Flüssigkeit)	1,141 g/cm³ bzw. 1.141 kg/m³
Schmelzpunkt	-222,65 °C (50,5 K)
Siedepunkt	-182,96 °C (90,188 K)
Schmelzenthalpie	0,222 kJ/mol
Verdampfungsenthalpie	6,82 kJ/mol
Spezifische Wärmekapazität	920 J/(kg*K) bei 298 K
Wärmeleitfähigkeit (Gas)	0,02658 W(m*K)

Verdampft ein Liter Sauerstoff flüssig, ergeben sich bei Normaldruck etwa 850 Liter Sauerstoffgas. Das heißt: Ein Liter Flüssigkeit entspricht rund 850 Litern im gasförmigen Zustand. Wie die Umrechnung erfolgt und welches Gewicht tiefkalt verflüssigter Sauerstoff einnimmt, geht aus der folgenden Tabelle zur Umrechnung hervor.

Volumen im gasförmigen Zustand (Normzustand)	Volumen im flüssigen Zustand (am Siedepunkt)	Gewicht von gasförmigem und flüssigem O2
1.000 Liter	1,172 Liter	1,337 kg
853 Liter	1 Liter	1,141 kg
748 Liter	0,876 Liter	1,00 kg

Die Tabelle verdeutlicht den großen Volumenunterschied, der sich zwischen Sauerstoff flüssig und gasförmig ergibt (bei Normaldruck). Er ist der Grund, aus dem sich die tiefkalt verflüssigte Substanz vergleichsweise platzsparend lagern und in Anlagen mit hohen Verbrauchswerten günstig einsetzen lässt.

Von Medizin bis Schweißtechnik: Viele Einsatzbereiche

Zum Einsatz kommt Sauerstoff flüssig vor allem in der Raketentechnik. Hier oxidiert er in der Regel Kerosin oder Flüssigwasserstoff, um die bei Starts benötigte Energie aufbringen zu können. Darüber hinaus kommt der Stoff meist gasförmig zum Einsatz, wie die folgende Übersicht zeigt:

• Krankenhausversorgung mit medizinischem Sauerstoff in Großtanks
• künstliche oder unterstützende Beatmung mit medizinischem Sauerstoff bei Notfällen, Langzeittherapien oder der Behandlung von Cluster-Kopfschmerzen
• Schweißgas für das Metallaktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen)
• Stahl- und Eisenherstellung sowie Raffination von Kupfer
• Lasergas bzw. Schneidgas beim Laserschneiden (Laserbrennschneiden)
• begünstigen der Bakterientätigkeit bei der Abwasserreinigung
• Treibgas, Packgas in der Lebensmittelindustrie (Lebensmittelzusatzstoff als E 948)
• Schutzgas in verschiedenen technischen Bereichen
• Bleichmittel in der Papierindustrie

Die Übersicht zeigt, wie vielfältig die Einsatzbereiche von flüssigem Sauerstoff sind. So eignet sich die Substanz gleichermaßen für medizinische Anwendungen und technische Prozesse. Wer Sauerstoff flüssig bestellen möchte, muss jedoch auch auf die Reinheit achten. Geht es zum Beispiel um das Mischen von Atem- oder Tauchgas, sind in der Regel höhere Anforderungen zu erfüllen als beim Schweißen in der Industrie.

Flüssigsauerstoff bestellen: Platzsparend und günstig

Der Einsatz von Flüssig-Sauerstoff bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Allen voran steht dabei das einfachere Gashandling, von dem vor allem Anwender mit hohem Bedarf profitieren. Sie können auf gleichem Raum deutlich mehr Gas bevorraten, müssen keine Gasflaschen mehr tauschen und Gasflaschenbündel oder Batterieanlagen nicht regelmäßig befüllen oder ersetzen lassen. Lagert Sauerstoff flüssig, vereinfacht sich zudem der Einkaufsprozess. Die Sicherheit vor Ausfällen durch leere Gasvorräte steigt und personelle Kapazitäten werden entlastet. Ein weiterer Vorteil ist der Preis, der bei hohen Abnahmemengen und einfachen Liefermöglichkeiten in der Regel günstiger ausfällt.

Die wichtigsten Vorteile von Sauerstoff flüssig (LOX) zeigen sich dabei in der Wirtschaftlichkeit:

• hohe Lagerkapazitäten bei vergleichsweise geringem Platzbedarf
• große Abnahmemengen von flüssigem Sauerstoff zu günstigen Konditionen
• unkompliziertes Gashandling ohne häufigen Flaschen- oder Bündeltausch

Nachteilig sind hingegen die Kosten der Anschaffung für die Anlagen zur Lagerung und Verdampfung des flüssigen Sauerstoffs. Hinzu kommt ein höheres Gefahrenpotenzial, das sich mit geeigneten Sicherheitsvorkehrungen jedoch auf ein Minimum reduzieren lässt.

Flüssigsauerstoff: Gewinnung aus der Umgebungsluft

Quelle für die technische Gewinnung von Flüssig-Sauerstoff ist die Luft in unserer Umgebung. Diese besteht zu etwa 20 Prozent aus dem Gas, das grüne Pflanzen immer wieder neu bilden. Da die Umgebungsluft auch andere Stoffe enthält, genügt es jedoch nicht, diese einfach abzukühlen und zu verflüssigen. Die einzelnen Gase sind auch voneinander zu trennen. Dazu setzen Anbieter auf das lange bewährte Linde-Verfahren und die fraktionierte Destillation.
In einem ersten Schritt heben Kompressoren den Druck der Luft dabei auf etwa 200 bar an. Anschließend reduzieren Kühler die Temperatur bei konstantem Druck auf 20 Grad Celsius, bevor sich das Gas schlagartig entspannt. Dieser Vorgang benötigt so viel Energie, dass die Temperatur des Mediums rapide abfällt und Luft zusammen mit Sauerstoff flüssig wird.

Im nächsten Schritt leiten Produzenten die Flüssigkeit in eine Kolonne mit unterschiedlichen, übereinander angeordneten Böden. Hier sieden die einzelnen Stoffe, bevor sie wieder kondensieren. Sie sammeln sich entsprechend ihrer Siedetemperatur auf verschiedenen Höhen an und lassen sich dort entnehmen und abfüllen. Da Sauerstoff neben Argon und Stickstoff die höchste Siedetemperatur aufweist, sammelt sich Flüssigsauerstoff ganz unten in der Kolonne an.

Sauerstoffgas selbst aus der Luft extrahieren und vor Ort speichern

Betriebe mit einem sehr hohen und regelmäßigen Bedarf können Anlagen zur Sauerstoffextraktion auch selbst betreiben. Sie machen sich damit unabhängig von Gaslieferungen und beugen Ausfällen durch leere Speicher vor. Ob sich das lohnt, zeigt in der Regel ein Kostenvergleich beider Lösungen, den Hersteller oder Anbieter individuell erstellen.

Dewargefäß, Kleintank oder Industrietank: Die Lagerung

Möchten Sie Sauerstoff flüssig bestellen, erfolgt die Lieferung in der Regel per Straßentankwagen. Dieser gibt die Flüssigkeit dabei an Großtanks zur Lagerung tiefkalt verflüssigter Gase oder an lokale Standtanks ab.

Sauerstoff flüssig bestellen und bei kleinem Bedarf im Dewar bevorraten

Bei Letzteren handelt es sich um sogenannte Dewargefäße – doppelwandige, vakuumierte Behälter, die den Wärmetransport über ihre Hüllflächen auf ein Minimum reduzieren. LOX-Dewargefäße oder lokale Standtanks für tiefkalt verflüssigten Sauerstoff sind üblicherweise für Füllmengen von bis zu 50 Litern erhältlich und bevorraten rund 40.000 Liter Gas im Normzustand. Für medizinische Anwendungen sind darüber hinaus auch mobile Kleintanks erhältlich, die nach der Verdampfung etwa 200 bis 1.000 Liter Sauerstoff abgeben.

Superisolierte Großtanks für bis zu 80.000 Liter flüssigen Sauerstoff (LOX)

Wer mehr Sauerstoff flüssig kaufen möchte, kann diesen in großen Sauerstofftanks bevorraten. Diese verfügen über eine besonders wirksame Isolierung, um Wärmeeinträge aus der Umgebung auf ein Minimum zu reduzieren. Sie fassen dabei etwa 3.000 bis 80.000 Liter, aus denen sich mit einem passenden Verdampfer 2.500 bis 65.000 Kubikmeter Sauerstoffgas extrahieren lassen. Die folgende Tabelle zeigt verfügbare Tankgrößen in der Übersicht.

Tankvolumen	3.160 Liter	6.365 Liter	11.535 Liter	20.355 Liter	49.020 Liter	80.360 Liter
Druck	18 / 36 bar	18 / 36 bar	18 / 36 bar	18 / 36 bar	18 / 36 bar	18 bar
Gasinhalt (1 bar, 15 °C)	2.560 m³	5.170 m³	9.365 m³	16.530 m³	39.777 m³	65.120 m³
Abmessungen	–	–	–	–	–	–
Durchmesser	1,6 m	1,6 m	2,0 m	2,4 m	3,0 m	3,0 m
Höhe	4,11 m	7,01 m	7,38 m	8,33 m	11,51 m	18,03 m
Leergewicht	2,51 to	4,91 to	5,91 to	10.13 to	19,77 to	30,60 to
Eigenverdampfung in 24 Stunden	0,42 %	0,37 %	0,29 %	0,20 %	0,13 %	k. A.

Die Angaben in der Tabelle verstehen sich als Richtwerte, die von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich ausfallen können. Die Eigenverdampfung beschreibt dabei, wie viel Flüssigkeit pro Tag durch Wärmeeinträge aus der Umgebung verdampft. In der Regel handelt es sich dabei um nicht weiter nutzbare Verluste.

Sicherheitsdatenblatt: Anforderungen an Lagerung und Umgang

Kommt Sauerstoff flüssig zum Einsatz, hat er eine Temperatur von rund – 183 Grad Celsius. Der Stoff führt bei Berührungen sofort zu Kälteverbrennungen und ist darüber hinaus auch mit anderen Risiken verbunden.

Große Gefahr besteht zum Beispiel, wenn es spontan zur Verdampfung großer Flüssigkeitsmengen kommt und der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre stark zunimmt. Denn zum einen wirken zu hohe Sauerstoffkonzentrationen giftig, zum anderen kann es bei Anwesenheit des Oxidationsmittels zu Bränden kommen. Letztere sind sogar bei flüssigem Sauerstoff nicht auszuschließen, da dieses brandfördernd wirkt und zur Entzündung oder Detonation von Ölen, Fetten oder Asphalt führen kann.

Zu beachten ist außerdem, dass flüssiger Sauerstoff bei Kontakt mit verschiedenen Materialien zu deren Versprödung führen kann.

Um auf dem Sicherheitsdatenblatt aufgeführte Risiken im Umgang mit dem tiefkalt verflüssigten Gas zu reduzieren, empfehlen wir folgende Tipps:

• Hinweisschilder an Räumen und Anlagen für flüssigen Sauerstoff
• regelmäßige Schulung aller Mitarbeiter, die mit den Gasen umgehen
• Lagerung von LOX nur in dafür zugelassenen Behältern und Tanks
• Belüftung der Räume, in denen Flüssigsauerstoff be- oder umgefüllt wird
• Beschränkung des Zugangs zu großen Lagerbehältern auf Befugte
• Tragen von Schutzkleidung bei dem Umgang mit verflüssigtem Gas (Brille, Kittel, Schutzhandschuhe sowie lange und für Kryotechnik zugelassene Kleidung)
• Sauerstoff flüssig weder trinken noch kalt gasförmig einatmen (Gefahr von Kälteverbrennung und Lungenschäden durch kaltes Gas)
• Gase langsam verdampfen, um schlagartiges Ausdehnen zu vermeiden
• ordnungsgemäße Lagerung und Ladungssicherung beim Transport

Wer Flüssigsauerstoff aus medizinischen Gründen bekommt, kann diesen häufig selbst von lokalen Tanks in mobile Behälter umfüllen. Möglich ist das mit ausgereiften und zertifizierten Flüssig-Sauerstoff-Systemen. Allgemeine Tipps und Hinweise zum Umgang mit tiefkalt verflüssigten Gasen hat der Industriegasverband e.V. (IGV) in der Schriftenreihe: Sicherheit im Umgang mit tiefkalt verflüssigten Gasen (pdf) übersichtlich zusammengefasst.

FAQ: Häufig gestellte Fragen zu verflüssigtem Sauerstoffgas

Was ist verflüssigter Sauerstoff und welche Vorteile hat die Substanz?

Bei Flüssigsauerstoff (LOX für liquid oxygen) handelt es sich um ein tiefkalt verflüssigtes Gas. Es hat eine Temperatur von – 183 Grad Celsius und geht dabei in den flüssigen Aggregatzustand über. Der größte Vorteil liegt in der platzsparenden Lagerung. So lassen sich aus einem Liter Sauerstoff flüssig etwa 850 Liter Gas in der Gasphase gewinnen. Nutzer bekommen große Mengen zu günstigeren Konditionen und profitieren von einem vereinfachten Handling.

Wann kommt Sauerstoff flüssig (LOX) in der Praxis zum Einsatz?

In flüssiger Form kommt die Substanz als Oxidationsmittel bei Raketen zum Einsatz. Hier unterstützt es die Verbrennung von Kerosin sowie Flüssigwasserstoff, um viel Energie freizusetzen. Darüber hinaus kommt der Stoff überwiegend gasförmig zum Einsatz – etwa in der Medizin, beim Schweißen oder als Treib- und Packgas in der Lebensmitteltechnik. Für diese Anwendungen überführen Verdampfer flüssigen Sauerstoff durch Wärmezufuhr in den gasförmigen Aggregatzustand.

Wo kann ich Sauerstoff flüssig bestellen oder kaufen?

Flüssigsauerstoff gibt es bei Gashändlern, die über eine Verflüssigungsanlage verfügen. Alternativ lässt sich das Gas auch selbst aus der Luft extrahieren und verflüssigen. Durch die zusätzlichen Kosten der nötigen Technik lohnt sich das in der Regel für Großverbraucher.

Welche Lieferformen und Lagermöglichkeiten gibt es?

Wer Sauerstoff flüssig bestellt, bekommt diesen in der Regel per Straßentankwagen geliefert. Die Lagerung erfolgt dabei in mobilen Vorratsbehältern (Medizin), lokalen Standtanks oder Großtanks für tiefkalt verflüssigte Gase. Um die Verluste durch Eigenverdampfung zu reduzieren, verfügen alle Behälter und Tanks über eine wirkungsvolle Isolierung.

Ist Sauerstoff in der Flasche flüssig, wenn ich Gasflaschen nutze?

Sauerstoffflaschen lagern das Gas bei einem Druck von 200 oder 300 bar. Es ist dabei zwar stark komprimiert, jedoch gasförmig. Nur kryogener Sauerstoff, der bei Normaldruck auf eine Temperatur von rund – 183 Grad Celsius abgekühlt wurde, ist flüssig.

Was ist bei der sicheren Lagerung und Verwendung zu beachten?

Kryogene Flüssigkeiten führen bei Kontakt mit vielen Materialien zur Versprödung. Sie können Kälteverbrennungen hervorrufen und sich spontan stark ausdehnen. Um die Risiken zu minimieren, sollten nur Befugte mit der Substanz umgehen. Räume sind gut zu belüften und Schutzkleidung ist zu tragen. Wichtig sind außerdem entsprechende Hinweise und Schulungen für Mitarbeiter. Eine Ausnahme stellen medizinische Flüssig-Sauerstoff-Systeme dar. Diese wurden speziell für die Heimanwendung konzipiert und sind bei sorgsamer Anwendung vergleichsweise sicher.