Gase

Gase ist die summarische Bezeichnung für Stoffe, die sich im gasförmigen Zustand befinden, d.h. einem Aggregatzustand der Materie, in dem sich die Moleküle in einem großen Abstand voneinander frei im Raum bewegen können und den verfügbaren Raum gleichmäßig ausfüllen (statistische Gleichverteilung der Gasteilchen). Im Vergleich zum Festkörper oder zur Flüssigkeit nimmt die gleiche Masse als Gas unter Normalbedingungen den rund 1.000- bis 2.000-fachen Raum ein.

Die bekanntesten Arten von Gasen in der Energiebranche sind Erdgas, Flüssiggas (LPG = Liquefied Petroleum Gas, auch als Autogas bekannt), Flüssigerdgas (LNG = Liquefied Natural Gas), komprimiertes Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas) und Biogas (Bio-Methan, Bio-CNG). Die Einsatzbereiche der Gase sind vielfältig – von der Betankung von Fahrzeugen und Schiffen über die Gewinnung von Strom und Wärme bis hin zu Kochzwecken und vielem mehr. Bestandteile dieser Gase je nach Gasart können (neben Kohlenwasserstoffen, Stickstoff, Kohlendioxid) u.a. Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propen (Propylen), Butan, Buten (Butylen), Isobutan (Methylpropan) und Isobuten (Methylpropen) sein.

Die Substanz, die sich trockenes Erdgas nennt, besteht fast ausschließlich aus Methan. Hierbei handelt es sich um das normale und allgemein bekannte Gas bzw. Erdgas zum Heizen oder Erzeugen von elektrischer Leistung. Im Gegensatz zu trockenem Erdgas beinhaltet nasses Erdgas zusätzlich zu Methan noch eine Reihe gesättigter chemischer Verbindungen wie Ethan (C2), Propan (C3) und Butan (C4). Nasse Erdgasgemische können gasförmig sein oder Flüssigkeiten beinhalten. Diese Erdgaskondensate (Natural Gas Liquids – NGLs) können in ihre einzelnen Bestandteile aufgebrochen und separat verkauft werden. So kann beispielsweise aus Ethan in sogenannten Crackverfahren Ethylen gewonnen werden, was der Grundstoff für viele Kunststoffe ist. Propan und Butan werden häufig als Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas – LPG) zum Heizen, Kochen oder Beleuchten vermarktet.

Der Aggregatzustand „gasförmig“ bildet sich aus der festen oder flüssigen Form durch die Zufuhr von Energie (Wärme), wobei einigen Elementen und Verbindungen bereits die Standardbedingungen einer Temperatur bei 20⁰C und einem Druck von 1 bar genügen, um gasförmig zu werden. Letztlich wird jedoch bei ausreichend hoher Temperatur jede Materie gasförmig. Folgende Übergänge der Aggregatzustände sind möglich:

• Flüssig zu gasförmig: oberhalb des Siedepunktes Verdampfung und unterhalb des Siedepunktes Verdunstung genannt
• Gasförmig zu flüssig (Kondensation)
• Direkter Übergang von fest zu gasförmig (Sublimation)
• Gasförmig zu fest (Resublimation)

Gemeinsam mit den Flüssigkeiten rechnet man Gase zu den Fluiden. Wie die Flüssigkeiten besitzen Gase die Eigenschaft, dass sie fließen und Deformationen nicht widerstehen, obwohl sie Viskosität besitzen. Gase weisen außerdem spezifische Eigenschaften wie z.B. brennbar, oxidierend, giftig, selbstentzündlich oder korrosiv auf. Einige Gase besitzen auch mehrere dieser Eigenschaften: Brennbare Gase haben mit Luft oder anderen oxidierenden Stoffen einen Zündbereich. Selbstentzündliche Gase haben eine Zündtemperatur unter 100⁰C; sie können sich im Gemisch mit Luft oder anderen oxidierenden Stoffen schon bei Raumtemperatur entzünden. Oxidierende Gase fördern die Verbrennung, sind aber selbst nicht brennbar. Korrosive Gase greifen viele Materialien, insbesondere Metalle an und wirken ätzend auf Haut und Schleimhäute. Giftige Gase können für den Menschen und Tiere nach Einatmen oder Resorption über die Haut stark gesundheitsschädlich oder sogar tödlich sein; einige Gase gelten außerdem als krebserregend oder fruchtschädigend und können Langzeitschäden für den Menschen und die Umwelt nach sich ziehen. Umweltgefährdende Gase können zudem die Ozonschicht beeinträchtigen und zur globalen Erwärmung beitragen.

Gesundheit, Arbeitsschutz, Sicherheit & Umweltschutz (HSSE) steht auch beim Umgang mit Gasen, Gasbehältern und Tanks an oberster Stelle, d.h. bei der Beförderung, Lagerung, Bereitstellung, Entleerung und Verwendung. Spezielle Hinweise zu einzelnen Gasen sind den jeweiligen Sicherheits- bzw. Stoffdatenblättern zu entnehmen. Des Weiteren sind lokale gesetzliche Bestimmungen und Normen zu beachten, wie z.B. in Deutschland der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) oder das Regelwerk Gefahrgutverordnung Straße und Eisenbahn (GGVSE).

Das Lagern von Gasen muss mit besonderer Sorgfalt geschehen, da außer den spezifischen Eigenschaften der Stoffe auch der Druck beachtet werden muss. Der Druckbereich wird unterschieden in Niederdruck (Gasdruck bis 0,1 bar), Mitteldruck (Gasdruck bis 1 bar) und Hochdruck (Gasdruck über 1 bar). Um eine möglichst große Menge an Gas in einem Behälter speichern zu können, d.h. eine hohe Dichte zu erreichen, kann Gas stark komprimiert werden. Zur Lagerung bieten sich verschiedene Techniken an: 

• Zur Speicherung sehr großer Gasmengen kommen Hochdruckspeicher (Druck von ca. 100 bar) zum Einsatz, wie z.B. im Boden verlegte Röhrenspeicher und tiefgelegene Kavernen.
• Bei erhöhtem Druck (Überdruck) werden Produkte in Kugelgasbehältern gelagert. Je nach Durchmesser der Stahlkugel und Dicke der Wandung ist eine Auslegung bis zu 20 bar Gasdruck möglich. Sie sind für mittlere Volumina wie z.B. in der Industrie geeignet.
• Durch Kühlung und Kompression verflüssigte Gase bleiben entweder bei Normaldruck aufgrund der Verdampfungsenthalpie bei entsprechender Wärmeisolation kalt und flüssig (z.B. in Sauerstoff- und Stickstofftanks) oder stehen unter Druck, um flüssig zu bleiben (z.B. Propan/Butan in Feuerzeugen oder in Camping-Gasflaschen).
• Bei Niederdruck kommen volumenveränderliche, gasdichte Behälter zum Einsatz, wie z.B. Scheiben- und Glockengasbehälter.
• Kleinere Gasmengen werden in zylinderförmigen Druckgasflaschen oder Druckgasbomben transportiert und gelagert. Diese Behälter sind meist aus Stahl, haben einen halbkugelförmigen Boden und können ein Füllvolumen von 1 bis 100 l besitzen bei einem Fülldruck bis 200 bar. Sie werden mit Kennfarben und eingravierten Daten markiert, wie z.B. Gasart, Fülldruck oder Füllmenge, Volumen oder Leergewicht, Fabrikationsnummer und Prüfdruck.

Stand: Dezember 2015
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