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Flüssigsauerstoff – Luftwaffe produziert noch selbst

 

27. Jan 2021 - 21:58 Uhr


Technik

Flüssigsauerstoff – Luftwaffe produziert noch selbst

Die Luftwaffe brauchte LOX – Liquid Oxygen – seit jeher für das Kampfflugzeug Phantom, später dann für den Tornado. Der Sauerstoff wird in Wester-Ohrstedt, im hohen Nordwesten Schleswig-Holsteins, seit 1976 erzeugt.


"Taktisches Luftwaffengeschwader 51 ‚Immelmann‘ Instandsetzungsstaffel Teileinheit Atemsauerstofferzeugung" klingt etwas sperrig, doch ist es eine der kleinsten Einheiten der Luftwaffe – bestehend aus gerade einmal zehn Soldaten. Sie und acht olivgrüne 20-Fuß-Container erzeugen bis zu 100 Liter flüssigen Sauerstoff pro Stunde. Und ein Liter flüssiger Sauerstoff wird zu etwa 850 Liter Sauerstoff zum Atmen.


Sauerstoff für die Luftwaffe


In großen Höhen verdrängt der atmosphärische Druck nach und nach den Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft, aber der Pilot muss weiter atmen. So schaltet er die Sauerstoffversorgung zu; das funktioniert manuell und automatisch. Flüssiger Sauerstoff ermöglicht das Atmen in großen Höhen und Tiefen.


LOX benötigt in Flugzeugen oder U-Booten wenig Platz – ein Liter flüssiger Sauerstoff, ergibt etwa 850 Litern zum Atmen. Seine Herstellung ist komplex. Im Flugzeug befindet sich ein sogenannter Konverter. Das ist ein kleiner runder Tank mit einem Fassungsvermögen von rund zehn Litern. Der Tornadopilot hat somit eine Menge von umgerechnet etwa 8.500 Litern Sauerstoff zum Atmen dabei.


Das Verfahren der Atemsauerstofferzeugung wurde 1871 von Carl von Linde entwickelt. Der Ingenieur wollte ursprünglich ein System zum Kühlen von gebrautem Bier entwickeln. Die Verflüssigung der Luft und die Sauerstofferzeugung waren das Ergebnis vieler Versuche.


Die bundeswehrtypischen grünen Container in Wester-Ohrstedt könnten von außen auch normale Lager- oder Bürocontainer sein. Das einzige, was sie verrät, sind die angeschrägten Containerecken und die dicken gelben Starkstromkabel, die in ihnen verschwinden. Die Container bekamen diese Ecken, um seinerzeit in die C-160 Transall zu passen. Ein Notstromaggregat, betrieben über einen 12-Zylinder-Dieselmotor liefert der Sauerstofferzeugungsanlage Energie. Und der Verbrauch? "Etwa eins zu eins", sagt Hauptfeldwebel Børge Willrodt: "50 Liter Diesel die Stunde macht 50 Liter flüssigen Sauerstoff." In Wester-Ohrstedt kann flüssiger Sauerstoff auch wieder in gasförmigen umgewandelt werden. Dabei wird er mit einem Druck von 200 bar in 50-Liter-Flaschen abgefüllt.


24 Stunden nach dem Einschalten läuft die Anlage zuverlässig und stabil, größtenteils automatisch – doch ohne Aufsicht darf sie es nicht. "Das heißt: Produzieren wir Sauerstoff, sind wir im Dienst und zwar 24/7, rund um die Uhr", erzählt Børge. Acht bis zehn Stunden dauert der Weg der angesaugten Luft, bis sie flüssig wird. Erst dann kann fertiger LOX abgefüllt werden. Aber alles hängt von dem wesentlichen Parameter ab: Der Qualität der Umgebungsluft.


Luftweg durch die Container


Container 1 saugt die Umgebungsluft an, die im ersten Schritt verdichtet wird. Unsere Atmpshäre besteht zu 21 Prozent aus Sauerstoff, zu 78 Prozent aus Stickstoff und zu einem Prozent aus Edelgasen. An die 21 Prozent will das System. Nach einem langen Prozess des Verdichtens, Erwärmens und wieder Abkühlens ist die Luft im Container 2 angekommen. Hier herrscht eine Temperatur von -183 Grad: Der entscheidende Siedepunkt ist erreicht – der Sauerstoff verflüssigt sich.


In einer Art Säule mit Siebböden fließt das kalte Sauerstoff-Stickstoffgemisch im Kreis. Dadurch, dass Stickstoff erst ab einer Temperatur von -196 Grad flüssig wird, kann hier die Flüssigkeit vom Gas getrennt werden. Gas steigt, Flüssigkeit sinkt – Stickstoff nach oben, Sauerstoff nach unten. Die Luft wird in ihre Hauptbestandsteile zerlegt und die Flüssigkeit bei ausreichender Reinheit von 99,5 Prozent abgepumpt; fertig ist LOX – Liquid Oxygen.


Luftlabor prüft Reinheit


Der Flüssigsauerstoff wird nun, bevor er verwendet werden kann, analysiert. Auch das machen die Soldaten in Wester-Ohrstedt selbst. In ihrem kleinen mobilen Labor analysieren sie die Flüssigkeit unter anderem auf Methan, Wasser und andere Teile, die in reinem LOX nichts zu suchen haben.


Liegt die Konzentration im Normbereich, ist der Sauerstoff verwendbar; gemessen wird in parts per million – ppm. Ist nur ein Teilchen zu viel, ist der Sauerstoff schlecht und die Flüssigkeit zu entsorgen oder ein möglicher Fehler zu beheben. Doch wohin mit -183 Grad kaltem, flüssigen Sauerstoff?


Reiner Sauerstoff brenzlige Angelegenheit


Würde nun der Flüssigsauerstoff einfach auf die Wiese nebenan geschüttet werden, würde er schlagartig beginnen zu verdampfen. Doch reiner Sauerstoff ist nicht nur die rettende Luft zum Atmen – er kann auch ein explosiver Katalysator sein. Bei jedem lodernden Feuer und jeder Explosion spielt Sauerstoff eine entscheidende Rolle.


Sobald hochkonzentrierter Sauerstoff mit organischen Stoffen in Berührung kommt, reicht ein Funkenflug oder ein Druckanstieg und es kommt zu einer Verpuffung, die explosionsartig ablaufen kann. Einer der Gründe, weshalb die Betonplatte in Wester-Ohrstedt keine Fugen mit Unkraut aufweist und die Soldaten ausschließlich mit einem Hammer aus Aluminium arbeiten. Aluminium ist ein Metall, das beim Schlag auf einen harten Untergrund oder ein anderes Metall keine Funken erzeugt. Soll nun flüssiger Sauerstoff ordnungsgemäß entsorgt werden, wird er kontrolliert verdampft. Er kann also langsam in seine ursprüngliche Form zurückkehren.


Lagerungsproblem


Bis zum Jahr 2007 produzierte die Fachgruppe Atemsauerstofferzeugung kontinuierlich flüssigen Sauer- und Stickstoff. Sie belieferten nahezu alle militärischen Dienststellen im Norden Deutschlands mit ihren Produkten. Zu Hochzeiten verließen 16.000 bis 18.000 Liter pro Woche das Depot. Dann kam der erste Auslandseinsatz auf die Männer zu. Drei Jahre Afghanistan von 2007 bis 2010. Vor Ort, in der staubigen Wüste des Landes, produzierten sie 99,5 Prozent reinen Sauerstoff für die Tornadopiloten und NATO-Partner.


Heute und im Inland ist das anders. Der Eurofighter fliegt mit einem anderen System und die Tornados des Taktischen Luftwaffengeschwaders 51 bekommen den Sauerstoff der Fachgruppe nur noch, wenn sie quartalsweise selbst trainiert. In dieser Zeit, vier Mal im Jahr, fahren die Männer insgesamt drei bis vier Tanks mit jeweils 2.000 Litern der blassblauen Flüssigkeit zu den Tornados nach Jagel. Mehrere olivgrüne 2.000-Liter-Tanks auf Rädern stehen dazu auf dem Gelände der Fachgruppe.


Ist der Sauerstoff einmal verflüssigt, lässt er sich aber nur vergleichsweise kurz lagern. Nach drei bis vier Wochen ist trotz des geschlossenen Tanks so viel Flüssigkeit verdampft, dass die nötige Reinheit zum Atmen nicht mehr gegeben ist. Gasförmig abgefüllter Sauerstoff kann hingegen ewig gelagert werden.


Seit der Rückkehr aus Afghanistan war die Sauerstofferzeugungsanlage nicht mehr im Auslandseinsatz. Das Labor und seine Analyseverfahren hingegen schon. Die Luftwaffe und ihre NATONorth Atlantic Treaty Organization-Partner kauften bei ihren Auslandseinsätzen den Sauerstoff vor Ort. Gab es jedoch Probleme damit oder wurde die Qualität in Frage gestellt, kam die Fachgruppe des Taktischen Luftwaffengeschwaders ins Spiel. Gibt das Labor grünes Licht, werden die Konverter mit der flüssigen Luft befüllt und verbaut. Das gesamte Labor war zuletzt seit 2018 in Jordanien. Mit dem Ende der Tornado-Ära in diesem Einsatz kam 2020 auch die Analyse zurück nach Deutschland.


Zum Einsatz im Ausland


Die zehn Soldaten sind in ihrer Verwendung nicht nur deutschlandweit einzigartig, sie haben auch alle einen Beruf, in dem sich alles um die Elektrik dreht. Sie sind Anlagenmechatroniker, Elektroniker oder Industrieelektriker. Das physikalische und chemische Wissen der Stabsunteroffiziere und Feldwebel in der Fachgruppe ist enorm: Es reicht vom Prinzip des Notstromaggregats und wie aus Diesel Strom wird, bis zu der Chemie zwischen Sauerstoff und Kupfer. Einen eigenen Ausbildungsgang, wie beispielsweise den zum Fluggerätmechaniker an einer Fachschule, gibt es für sie aber nicht. Ihre Lehre findet in Form einer Ausbildung am Arbeitsplatz für zehn bis zwölf Wochen statt.


Nach weiteren sechs Wochen Grundlagenausbildung im Technischen Ausbildungszentrum in Faßberg kennen sie sich zwar mit Bodendienstgeräten aus, aber alles andere macht die Zeit. "Du brauchst hier die Erfahrung durch den Betrieb der Anlage. Uns gibt es eben nur einmal und wir können nur von uns selbst lernen. Wenn du erstmal die Vorgänge hinter der Sauerstofferzeugung verstanden hast, musst du Fehler sehen; du musst jedes Bauteil der Anlage kennen, du musst "Erste Hilfe" leisten, wenn etwas nicht funktioniert. Das alles kann nicht nach kurzen sechs Wochen Faßberg und zwölf Wochen Ausbildung am Arbeitspaltz klappen", beschreibt Børge seinen Job.


Die Teileinheit Atemsauerstofferzeugung im hohen Norden ist ein Unikat. Die kleine Einheit produziert ein lebensnotwendiges Gas aus Husumer Umgebungsluft, sie repariert und überprüft sich selbst. Einzig die behördliche Aufsicht können die zehn Soldaten nicht selbst bewerkstelligen. Die Brandmeldeanlagen werden von externen Firmen gewartet, Prüfgase für das Labor dezentral bestellt und zum TÜV müssen ihre Anlagen, Fahrzeuge und Tanks auch gebracht werden. Aber der Rest läuft in Wester-Ohrstedt absolut autark.


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