Wasserstoff und Kältetechnik - Kryotechnik ist die eigentliche Schlüsseltechnologie der Zukunft!

Seit einigen Jahren gibt es einen regelrechten "Hype" um Wasserstoff und IT-Bereiche wie Blockchain oder Künstliche Intelligenz. Dabei steckt in einem grundlegenderen Bereich viel mehr: die Kryotechnik - dies ist die Tieftemperatur-Kältetechnik, oft deutlich unterhalb von 150 °C. Sie ermöglicht erst die Verarbeitung und den Transport von Flüssiggasen aller Art, die Supraleitung für Supercomputer sowie Magnetfelder, wie sie in der Kernforschung und Medizintechnik (z. B. MRT) zum Einsatz kommen.

Drei der bedeutendsten Anwendungen der Kryotechnik werden im Folgenden vorgestellt. Dieser Beitrag ist Teil einer Informationsreihe über interessante Nickel- und Stahlanwendungen, die mit einem Artikel über "Schmiedeteile und Energietechnik" begann. Weitere Artikel und Details finden Sie im Blog des Autors unter "Inhaltsverzeichnis".

1. Flüssiggas: Wasserstoff, Methan und LNG - Grundlagen der Energiewende

Kryotechnik ist entscheidend für die Speicherung und den Transport von Flüssiggasen wie Wasserstoff und LNG (Flüssigerdgas). Wasserstoff wird bei extrem niedrigen Temperaturen (-253 °C) verflüssigt, wodurch seine Dichte erheblich steigt und eine effiziente Speicherung ermöglicht wird. LNG, das bei -162 °C verflüssigt wird, spielt eine zentrale Rolle in der globalen Energieversorgung. Methan (CH₄), der Hauptbestandteil von Erdgas, wird in bestimmten Konzepten durch Methanisierung als Zwischenspeicher genutzt, um Wasserstoff in einer leichter transportierbaren Form zu binden. Diese Technologien sind essenziell für die Energiewende und können bei entsprechendem Einsatz zur Reduzierung von CO₂-Emissionen beitragen.

_Besonders Wasserstoff, das kleinste chemische Element, führt aufgrund seiner geringen Molekülgröße zu technischen Problemen wie ?__Wasserstoffversprödung__ und der Entstehung von Leckagen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist der Einsatz geeigneter Materialien und Dichtungen erforderlich, die eine wirksame Barriere gegen die Wasserstoffdiffusion bieten._

2. Supraleitung: Supercomputer, Fusionsreaktoren und MRT

Kryotechnik ist unerlässlich für die Supraleitung, bei der Materialien bei extrem niedrigen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand verlieren und Strom verlustfrei übertragen können. Zentral ist dabei Helium (He), das als Kühlmittel dient und bei etwa 4 Kelvin (-269,15 °C) verflüssigt wird. In supraleitenden Schaltungen, die auch in einigen Hochleistungsrechnern eingesetzt werden, maximiert die Tieftemperatur-Technologie die Effizienz.

In Teilchenbeschleunigern und Fusionsreaktoren, die als potenzielle saubere Energiequellen der Zukunft gelten, wird flüssiges Helium verwendet, um supraleitende Magneten zu kühlen. Diese Magneten stabilisieren das über 100 Millionen Grad heiße Plasma und halten es von den Reaktorwänden fern.

Auch in der medizinischen Bildgebung, wie bei Magnetresonanztomographen (MRT), spielt flüssiges Helium eine Schlüsselrolle. Es ermöglicht den Betrieb supraleitender Magneten, die für die hochpräzise Untersuchung des Körpers unerlässlich sind.

3. Konservierung: Biochemische und medizinische Anwendungen

Kryotechnik spielt eine zentrale Rolle in der biologischen Konservierung. Flüssiger Stickstoff (-196 °C) wird genutzt, um Zellen, Gewebe und Organe für Transplantationen oder die langfristige Lagerung zu konservieren. So können biologische Materialien über Jahre hinweg erhalten bleiben, ohne ihre Lebensfähigkeit zu verlieren.

In der modernen medizinischen Forschung und Reproduktionsmedizin ist Kryokonservierung unverzichtbar. Eizellen und Spermien werden unter extrem niedrigen Temperaturen aufbewahrt, um künftige medizinische oder familiäre Optionen sicherzustellen.

Ein Extrembeispiel ist die umstrittene Kryokonservierung Verstorbener (Kryonik) in der Hoffnung, sie eines Tages wiederbeleben zu können. Dieses wissenschaftlich nicht gesicherte Feld basiert auf Annahmen, die derzeit unerfüllbar sind. Dennoch existiert ein kleiner Nischenmarkt, vor allem in den USA.

Resümee: Der Beitrag beleuchtet drei bedeutende Kryo-Anwendungen, die spezielle Materialien wie Stahl- und Nickellegierungen, Beschichtungen und Dichtungen erfordern, die extrem niedrigen Temperaturen standhalten. Diese Technologien, die in der Flüssiggastechnologie, Supraleitung und Medizintechnik eingesetzt werden, müssen auf präzise Fertigungsprozesse und langlebige Komponenten bauen, um langfristige Sicherheit und Funktionalität zu gewährleisten.