Stickstoff ist ein reaktionsarmes Gas, das in verschiedensten Bereichen zum Einsatz kommt. So zum Beispiel beim Schweißen, in der Elektrotechnik oder in der Nahrungsmittelindustrie. Auch wenn es einen Großteil unserer Luft ausmacht, beziehen viele Betriebe das technische Gas in Flaschen oder in verflüssigter Form. Effizienter und günstiger ist hingegen die Eigenherstellung von Stickstoff mit einem Stickstoffgenerator. Die Anlagen erreichen Reinheitsgrade von 95 bis 99,9999 Prozent (N2 6.0). Sie arbeiten günstig und amortisieren sich oft schon nach zwei bis drei Jahren.
Gasido informiert über Funktion, Bauweisen sowie Preise. Zudem zeigen wir auf, warum es sich für Betriebe lohnt, einen Stickstoffgenerator zu kaufen.
Die Themen im Überblick
Stickstoffgenerator zur unabhängigen Gasversorgung
Ein Stickstoffgenerator gewinnt das technische Gas Stickstoff in verschiedenen Reinheitsgraden direkt aus der Luft. Er führt es verschiedenen Anwendungen zu oder lagert das Gas unter hohem Druck in Tanks ein. Der Generator stellt damit eine praktische Alternative zum Bezug von Stickstoff in Flaschen, Stickstoffbündeln oder in Form von verflüssigtem Stickstoff dar. Er lohnt sich für Betriebe, die regelmäßig mit dem technischen Gas arbeiten und bietet diesen viele Vorteile. Neben sinkenden Produktionskosten gehört dazu auch die bedarfsgerechte und unabhängige Versorgung ohne Verschwendung oder lieferbedingte Prozessausfälle.
Übrigens:
Die atmosphärische Luft in unserer Umgebung besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff. Sie ist damit ein schier unerschöpflicher Lieferant für das technische Gas, auf das viele Betriebe günstig zurückgreifen können.
Leistungs- und Reinheitsklassen bedarfsgerecht wählbar
Wer regelmäßig Stickstoff benötigt, kann das Gas einfach selbst herstellen. Anbieter liefern dazu Anlagen verschiedener Größe. Diese erzeugen je nach Bedarf weniger als 1 oder mehr als 100 Normkubikmeter Stickstoff pro Stunde in verschiedenen Reinheitsgraden. Von 95 Prozent bis zu hochreinem Stickstoff N2 6.0 (99,9999) ist dabei alles möglich. Wichtig zu wissen ist allerdings, dass die Preise mit der Menge, dem Druck und der Reinheit des Gases zunehmen, wenn Betriebe einen Stickstoffgenerator kaufen möchten.
Hohe Einsparungen und besonders schnelle Amortisation
Indem Betriebe das technische Gas selbst herstellen, machen sie sich unabhängig von Lieferanten. Sie müssen weder für Stickstoff in Flaschen noch in verflüssigter Form zahlen und senken ihre Ausgaben diesbezüglich sehr stark. Ein Grund, aus dem es sich oft schon zwei bis drei Jahre nach der Anschaffung bezahlt macht, einen Stickstoffgenerator zu kaufen.
Wichtig zu wissen:
Ob sich die Technik lohnt, hängt von der benötigten Gasmenge und den aktuellen Gaskonditionen ab. Anbieter der Stickstoffkomplettanlagen rechnen die konventionellen Ausgaben gegen die Kosten der Eigenerzeugung auf und geben somit eine fundierte Entscheidungsgrundlage für oder gegen einen Stickstoffgenerator.
Autarke Stickstoffherstellung mit erneuerbaren Energien
Neben Luft aus der Umgebung benötigt der Prozess zur Stickstoffgewinnung auch elektrische Energie. Lässt sich diese zu großen Teilen mit einer Photovoltaikanlage erzeugen, arbeiten Stickstoffgeneratoren nachhaltig und nahezu ohne Betriebskosten. Durch die Integration von Flaschenbündeln zur Gasspeicherung lässt sich das selbst erzeugte Gas dabei auch dann nutzen, wenn die Sonne gerade einmal nicht scheint.
Verschiedene Bauarten der Generatoren für Stickstoff
Wer Stickstoff selbst herstellen möchte, benötigt dazu einen Stickstoffgenerator. Je nach Einsatzbereich und gewünschter Gasreinheit eignen sich unterschiedliche Ausführungen. So gibt es Membrangeneratoren, die technische Gase mit vergleichsweise geringer Reinheit (90 bis 95 Prozent) herstellen. Genügt das nicht, kommen Anlagen mit Druckwechseladsorptionstechnik. Diese erreichen Reinheitsgrade von 99 bis 99,999 Prozent und können in einigen Fällen sogar N2 6.0 (99,9999 Prozent Reinheit) herstellen. Die folgenden Abschnitte erklären, wie das funktioniert.
Membrangeneratoren für Gase mit geringer Reinheitsklasse
Geht es um die zuverlässige und vor allem günstige Herstellung von Stickstoff mit einer Reinheit von bis zu 99,9 Prozent? Dann sind Membran Stickstoffgeneratoren zu empfehlen. Diese arbeiten mit Druckluft, die zunächst durch einen Filter strömt. Frei von Ölen und Feststoffen gelangt die Luft aus der Umgebung anschließend in Membraneinheiten, die mit speziellen Hohlfasern gefüllt sind. Je nach Stoffeigenschaft strömen Stickstoff, Sauerstoff und andere Bestandteile der Umgebungsluft hier unterschiedlich schnell hindurch, was eine Trennung der Gase ermöglicht. Entscheidend für die Gasqualität sind dabei Faktoren wie Stoffmenge und Strömungsgeschwindigkeit. Je geringer Letztere ist, umso reiner ist das Endprodukt.
Stickstoffgeneratoren mit Druckwechseladsorptionstechnik
Stellen Betriebe und Prozesse sehr hohe Anforderungen an die Reinheit des Produktgases, kommen Stickstoffgeneratoren mit Druckwechseladsorptionstechnik (kurz PSA für Pressure Swing Adsorption) zum Einsatz. Diese bestehen im Kern aus einem Molekularsieb, das Stickstoffmoleküle aus der einströmenden Druckluft passieren lässt. Sauerstoffmoleküle verbleiben hingegen im Sieb. Sie reichern sich bis zum Erreichen des Sättigungsdrucks an und strömen aus, wenn die Anlage den Druckluftstrom vorübergehend unterbricht. Um trotz dessen einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, arbeiten in der Regel zwei Siebeinheiten paarweise zusammen. Während sich eine in der Adsorptionsphase befindet und Stickstoff passieren lässt, wird die andere regeneriert und vom aufgenommenen Sauerstoff befreit.
Moderne Regelsysteme zur Überwachung und Fernsteuerung
Leistung und Reinheit lassen sich häufig flexibel einstellen. Sie hängen vom Durchsatz sowie von der Strömungsgeschwindigkeit der Gase ab und werden ständig überwacht. Diese Aufgabe übernimmt eine moderne Regelung. Die Technik sorgt vollautomatisch für eine konstant hohe Qualität und lässt sich häufig auch aus der Ferne bedienen. Anlagenbetreiber haben damit die Möglichkeit, auf die Stickstoff Eigenerzeugung einzuwirken – ganz gleich, wo sie sich gerade befinden.
Hochdruckverdichter und Gasflaschenbündel als Ergänzung
Wer Stickstoff nicht sofort benötigt oder höhere Druckwerte voraussetzt, kann den Stickstoffgenerator mit einem Hochdruckverdichter und einem Speicher kombinieren. Der Kompressor bringt das Gas auf bis zu 300 bar, um es platzsparend in ein oder mehrere Gasflaschenbündel einlagern zu können.
Wichtig zu wissen:
Die Stickstoff Speicherung lohnt sich immer dann, wenn der Verbrauch diskontinuierlich anfällt. Aber auch dann, wenn sich Kosten einsparen lassen, weil Stickstoffgeneratoren mit günstigerem Nachtstrom arbeiten oder Regelenergie anbieten, lohnt sich die Installation der Stickstofftanks.
Autarke Stickstoffherstellung mit Strom der Photovoltaik
Stickstoffgeneratoren mit Hochdruckverdichter und Gasflaschenbündel eignen sich für alle, die das Gas auf Vorrat produzieren. Möglich ist das auch mit Strom aus einer Photovoltaikanlage, wenn dieser im Überfluss verfügbar ist. Der Einsatz regenerativer Energien schont dabei nicht nur die Umwelt. Er senkt auch die Herstellungskosten auf ein Minimum.
Wer Stickstoff mit Solarstrom herstellen möchte, setzt üblicherweise Gasflaschenbündel als Puffer ein und nutzt Gas auch dann autark, wenn die Sonne gar nicht scheint.
Ganzheitliche Herangehensweise für sinkende Kosten
Als Komplettanlage sorgen Stickstoffspeicher für Unabhängigkeit, was die Versorgung mit dem technischen Gas angeht. In vielen Fällen lässt sich die Technik aber auch weiter in die Gesamtanlage integrieren. So entsteht zum Beispiel Abwärme, wenn Kompressoren Stickstoff auf bis zu 300 bar verdichten. Diese lässt sich gewinnen und an anderen Stellen in das Versorgungskonzept einspeisen. Anknüpfungspunkte sind Heizungsanlagen, Dampfanlagen oder Kälteanlagen auf Basis von Adsorptionstechnik.
Leistung und Baugrößen der Generatoren für Stickstoff
Stickstoffgeneratoren gibt es in verschiedenen Baugrößen – ganz gleich, ob Nutzer weniger als 1 oder mehr als 100 Normkubikmeter pro Stunde benötigen. Die folgende Übersicht zeigt, wie viel Platz verschiedene Anlagen dabei in der Regel einnehmen.
| Volumenstrom | Abmessungen | Gewicht | Flaschenbündel |
|---|---|---|---|
| 15 Nm³/h | 2,2 x 2,2 x 2,5 m | 2,0 to | 1 Stück |
| 25 Nm³/h | 2,2 x 2,2 x 2,5 m | 2,3 to | 2 Stück |
| 40 Nm³/h | 2,2 x 2,2 x 2,5 m | 2,6 to | 4 Stück |
| 55 Nm³/h | 4,4 x 2,2 x 2,5 m | 3,2 to | 6 Stück |
| 75 Nm³/h | 4,4 x 2,2 x 2,5 m | 4,0 to | 8 Stück |
| 100 Nm³/h | 4,4 x 2,2 x 2,5 m | 4,6 to | 8 Stück |
Möglich sind dabei in der Regel Druckwerte von bis zu 300 bar bei einer Temperatur von 10 Grad Celsius über Umgebungstemperatur und einem Taupunkt von bis zu – 60 Grad Celsius. Die Gasreinheit lässt sich teilweise variabel wählen. Sie liegt im Allgemeinen zwischen 90 und 99,999 Prozent (5.0) – einige Anlagen liefern auch N2 der Reinheit 6.0.
Die Angaben verstehen sich als Richtwerte, die von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich ausfallen können. Eine individuelle Auskunft ermöglicht das Datenblatt der zum Einsatz kommenden Stickstoffanlage!
Praktische Einsatzbereiche der Stickstoffgeneratoren
Als inertes, reaktionsträges Gas ist Stickstoff zum Laserschweißen sowie in vielen anderen Bereichen gefragt. So zum Beispiel bei der Behandlung von Metallen, in der Elektrotechnik oder der Pharmaindustrie. Die folgende Übersicht zeigt, wo Stickstoff erforderlich ist und wann es sich lohnt, einen Stickstoffgenerator zu kaufen.
- Brandschutz in industriellen Anlagen: Geht es um die Öl- und Gasgewinnung, besteht oft höchste Explosionsgefahr. Um diese auf ein Minimum zu reduzieren, spülen Betreiber Leitungen und Anlagen mit Stickstoff (der sogenannten Inertisierung), den sie dazu eigens herstellen können. Vor allem im Vergleich zur Nutzung von Flaschen sind Stickstoffgeneratoren dabei deutlich im Vorteil. Denn sie vereinfachen die Logistik, benötigen weniger Platz und senken die Kosten.
- Herstellung von Leiterplatten in der Elektrotechnik: In der Elektrotechnik kommen häufig Lötverfahren zum Einsatz. Mit dem technischen Gas lässt sich deren Qualität deutlich steigern. Denn Stickstoff verdrängt den Sauerstoff aus dem Arbeitsbereich und verhindert somit die unerwünschte Oxidation der verwendeten Materialien während des Herstellungsprozesses.
- Herstellung und Verpackung von Lebensmitteln: Wie in der Elektrotechnik geht es auch in der Lebensmittelbranche darum, Sauerstoff von den Fertigungsprodukten fernzuhalten. Ziel ist es damit, die Qualität zu steigern und Lebensmittel länger haltbar zu machen. Da der Stickstoffverbrauch hier in aller Regel sehr hoch ist, lohnt es sich für viele Betreiber, wenn sie einen Stickstoffgenerator kaufen. Auch wenn Einsparungen im Vergleich zu Tankanlagen nicht so immens sind wie bei Gasflaschen, hat das doch einige Vorteile. So steigt die Unabhängigkeit von öffentlichen Anbietern bei gleichzeitig sinkendem logistischen Aufwand. Vermiedene Transportwege sparen zudem Zeit. Sie senken den CO2-Ausstoß und sorgen für einen kleineren CO2-Fußabdruck.
- Herstellung von Medizin- und Pharma-Produkten: In der Medizin- und Pharmatechnik ist es wichtig, Tabletten, Pulver und andere Substanzen trocken und frei von Verunreinigungen zu verpacken. Realisieren lässt sich das mit einer Schutzatmosphäre aus Stickstoff, die Sauerstoff und Wasserdampf in der Luft verdrängt. Ein besonderer Vorteil: Wer einen Stickstoffgenerator kaufen und das Gas selbst herstellen möchte, bekommt ein sehr trockenes Endprodukt, dessen Taupunkt bei bis zu -50 Grad Celsius liegt.
Auch wenn es sich bei den aufgeführten Beispielen um unterschiedlichste Aufgaben und Bereiche handelt, haben doch alle etwas gemeinsam: Sie benötigen regelmäßig Stickstoff in kleinen oder großen Mengen. Der kontinuierliche Bedarf ist dabei eine Hauptvoraussetzung für den Einsatz eines effizienten Stickstoffgenerators.
Gewünschter Reinheitsgrad entscheidet über Art des Stickstoffgenerators
Welcher Generator für die Stickstoffherstellung infrage kommt, hängt von den individuellen Voraussetzungen ab. Entscheidend ist dabei vor allem der gewünschte Reinheitsgrad, der die Wahl eines Membran- (niedriger Reinheitsgrad) oder eines Druckwechseladsorptionsgenerators (hoher Reinheitsgrad) sorgt. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick und zeigt einige Beispiele für den Einsatz der verschiedenen Stickstoffgenerator Bauarten.
| Membrangenerator | Druckwechseladsorptionsgenerator |
|---|---|
| Reinheit N2 90 bis 99,9 Prozent | Reinheit N2 99,9 bis 99,9999 Prozent |
| Brandschutz | Lebensmitteltechnik |
| Befüllen von Reifen | Pharmatechnik |
| Öl- und Gasindustrie | Elektrotechnik |
| Schifffahrt | Metallbearbeitung und -verarbeitung |
| – | Kunststoffbearbeitung und -verarbeitung |
Mit zunehmendem Reinheitsgrad sinkt die Produktionsmenge
Je reiner der gewonnene Stickstoff sein soll, desto geringer ist üblicherweise auch die Stickstoffgenerator Produktionsmenge. Anhand der folgenden Grafik lässt sich das exemplarisch anhand durchschnittlicher Werte eines PSA-Stickstoffgenerators nachvollziehen.
Produziert der Generator Stickstoff in der Reinheit 5.0 (99,999 %), sinkt die Produktionsmenge in diesem Beispiel auf ca. 10 % der Menge, die mit einer Reinheit von 95 % hergestellt werden könnte.
Unser Tipp:
Wählen Sie die Technik so gut wie nötig und so schlecht wie möglich, wenn Sie einen Generator für Stickstoff zum Laserschweißen oder für andere Anwendungen kaufen. Auf diese Weise sparen Sie bei den Anschaffungs- und Betriebskosten und der Stickstoffgenerator lässt sich am schnellsten wirtschaftlich betreiben.
Stickstoff kaufen oder selbst herstellen: Ein Vergleich
Sobald Betriebe Stickstoff zum Laserschweißen oder für andere Anwendungen kontinuierlich verbrauchen, lohnt es sich, über die Anschaffung eines Stickstoffgenerators nachzudenken. Denn das hat verschiedene Vorteile.
Vorteil 1:
Niedrigere Kosten als bei der Flaschenbestellung
Vor allem beim Bezug von Gasflaschen fallen häufig hohe Kosten an, welche die Wirtschaftlichkeit von Betrieben beeinflussen. Indem Anlagenbetreiber einen Stickstoffgenerator kaufen, senken sie die laufenden Kosten diesbezüglich um bis zu 75 Prozent. Das führt dazu, dass sich die Eigenerzeugung des technischen Gases für viele schon nach zwei bis drei Jahren rentiert.
Unser Tipp:
Ermitteln Sie, wie viele Gasflaschen Sie regelmäßig bestellen und welche laufenden Kosten dabei anfallen. Lassen Sie sich ein Angebot für einen Stickstoffgenerator machen und berücksichtigen die laufenden Stromkosten! Ein Vergleich beider Ergebnisse zeigt, welche Lösung zu bevorzugen ist.
Vorteil 2:
Einfacheres Handling mit selbst hergestellten N2
Gasflaschen liefern, zur Anlage transportieren, anschließen und später wieder zur Abholung bereitstellen: Vor allem bei Gasflaschen und Gasflaschenbündeln ist das Handling aufwendig. Mit einem Generator zur Stickstoffherstellung fällt der gesamte Aufwand weg. Anlagenbetreiber sparen viel Zeit und zudem auch Platz, da sich Stickstoffgeneratoren häufig sehr kompakt aufstellen lassen.
Vorteil 3:
Unabhängigkeit von Lieferanten und deren Plänen
Ist ein Lieferant ausgebucht? Kam es zu Verzögerungen im Betriebsablauf oder zu einem Stau auf der Straße? All das beeinflusst die Stickstofflieferung und führt im Ernstfall dazu, dass Anlagenbetreiber Prozesse vorübergehend abschalten müssen. Ein Stickstoffgenerator bietet hier ein Höchstmaß an Unabhängigkeit. Er ist zudem wartungsarm und zuverlässig im Betrieb.
Stickstoffgenerator kaufen: Aktuelle Preise der Anlagen
Mit einer Anlage zur Stickstoff Eigenerzeugung senken Betriebe ihre Verbrauchskosten um bis zu 75 Prozent. Die Stickstoffgenerator Preise hängen dabei vor allem von der gewünschten Reinheit (Bauart), dem Gasdruck und der benötigten Gasmenge ab. Je reiner das Produkt und je höher der Volumenstrom, umso höher sind in der Regel auch die Kosten. Letztere beginnen bei etwa 3.500 Euro für Laborgeräte und steigen auf über 25.000 Euro, wenn es um industriell nutzbare Anlagen mit großem Volumenstrom geht. Eine zuverlässige Preisauskunft ermöglicht hier allein das individuell kalkulierte Angebot von einem Anbieter.
FAQ: Häufige Fragen zur Eigenerzeugung von Stickstoff
Was ist ein Stickstoffgenerator und wie funktioniert er?
Stickstoffgeneratoren sind technische Anlagen, die Sauerstoff und andere Bestandteile aus der Umgebungsluft abtrennen, um den enthaltenen Stickstoff zum Laserschweißen und für andere Anwendungen zu isolieren. Sie basieren dazu auf speziellen Membranen oder Molekularfiltern, die jeweils nur bestimmte Stoffe ungehindert hindurchlassen.
Wie viel Stickstoff kann ein Generator selbst herstellen?
Abhängig von der Anlagengröße sind Generatoren für weniger als einen bis zu mehr als 100 Normkubikmeter pro Stunde erhältlich. Der individuelle Bedarf entscheidet dabei darüber, welche Anlage tatsächlich zum Einsatz kommt.
Welchen Reinheitsgrad hat selbst hergestellter Stickstoff?
Der Reinheitsgrad hängt vom Herstellungsprozess ab. Membrangeneratoren erreichen etwa 95 bis 99,9 Prozent. Stickstoffgeneratoren mit Druckwechseladsorptionstechnik (PSA) erzeugen technische Gase mit einer Reinheit von 99,999 Prozent – in einigen Fällen sogar bis zu 99,9999 Prozent (N2 6.0). Über die Steuerung lässt sich das in der Regel flexibel einstellen.
Für wen lohnt es sich, einen Stickstoffgenerator zu kaufen?
Wer regelmäßig Stickstoff benötigt und aktuell noch Flaschen bezieht, sollte darüber nachdenken, einen Stickstoffgenerator zu kaufen. Denn dieser reduziert die laufenden Kosten um bis zu 75 Prozent. Gegenüber großen Tankanlagen sind die Einsparungen geringer – hier punkten vor allem Vorteile wie Unabhängigkeit und Platz- sowie Aufwandsersparnis.
Wie hoch sind bei einem Generator für Stickstoff die Preise?
Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist nicht möglich. Denn die Stickstoffgenerator Preise hängen von Leistung, Druck und Reinheit ab. Während kleine Laboranlagen 2.500 bis 5.000 Euro kosten, sind die Preise für industriell einsetzbare Lösungen in der Regel höher. Eine verlässliche Auskunft gibt hier das Angebot eines Anbieters für Stickstoffgeneratoren.
Welche Voraussetzungen sind für die Technik zu erfüllen?
Voraussetzung ist in der Regel genügend Platz für die Aufstellung. Außerdem benötigen Sie einen Druckluft- sowie einen entsprechend starken Stromanschluss. Die Stromstärke hängt von der Leistung ab und liegt bei 32 bis 63 Ampere. Detaillierte Informationen gehen aus den entsprechenden Datenblättern hervor.
