Tur­bo Kom­pres­so­ren für hoch­rei­ne Isotopenprozesse

In der Iso­to­pen­an­rei­che­rung sind hoch­rei­ne Trä­ger­ga­se wie Heli­um zen­tral, etwa für Anwen­dun­gen in medi­zi­ni­scher Dia­gnos­tik und For­schung, erneu­er­ba­ren Ener­gien sowie der Halb­lei­ter­indus­trie. ASP Iso­to­pes, ein inter­na­tio­nal täti­ger Her­stel­ler mit Sitz in den USA, ent­wi­ckelt und betreibt Anla­gen zur Anrei­che­rung von Iso­to­pen, die unter ande­rem in bild­ge­ben­den Ver­fah­ren sowie in Dia­gnos­tik und The­ra­pie ein­ge­setzt wer­den. Für die Pro­zess­füh­rung sind sta­bi­le Betriebs­be­din­gun­gen, Gas­rein­heit und eine hohe Sys­tem­ver­füg­bar­keit ent­schei­dend, da bereits gerin­ge Ver­un­rei­ni­gun­gen oder insta­bi­le Zustän­de die Pro­dukt­qua­li­tät beein­träch­ti­gen oder Pro­zes­se gefähr­den können.

Heli­um wird dabei häu­fig im Kreis­lauf als Trä­ger- und Pro­zess­gas geführt. Kom­pres­so­ren stel­len das erfor­der­li­che Druck­ver­hält­nis bereit, um Druck­ver­lus­te im Rezir­ku­la­ti­ons­kreis­lauf zu über­win­den, und sol­len dies mit gerin­gen Ver­lus­ten und ohne Kon­ta­mi­na­ti­on leis­ten. Ölge­schmier­te Sys­te­me erfor­dern dafür Abschei­de- und Fil­ter­pro­zes­se, erhö­hen den War­tungs­auf­wand und brin­gen ein Kon­ta­mi­na­ti­ons­ri­si­ko mit sich. ASP Iso­to­pes setzt des­halb auf hoch­dre­hen­de, gas­ge­la­ger­te, ölfreie Tur­bo Kom­pres­so­ren der Schwei­zer Celero­ton AG samt Steu­er­elek­tro­nik. In der Pro­duk­ti­ons­an­la­ge sind zehn Ein­hei­ten mit jeweils 48 Tur­bo Kom­pres­so­ren inte­griert; pro Strang sind jeweils vier Kom­pres­so­ren in Serie geschal­tet, um Mas­sen­strom und Druck­ver­hält­nis für einen Iso­to­pen-Sepa­ra­tor zu liefern.

Tech­ni­sche Grund­la­ge ist eine kon­takt­lo­se Rotor­la­ge­rung über Her­ring­bo­ne-Gas­la­ger, bei der die Roto­ren auf einem selbst­tra­gen­den Gas­film schwe­ben. Das redu­ziert mecha­ni­schen Ver­schleiß und eli­mi­niert poten­zi­el­le Kon­ta­mi­na­ti­ons­quel­len. Die Kom­pres­so­ren arbei­ten mit Dreh­zah­len von über hun­dert­tau­send Umdre­hun­gen pro Minu­te, sind dadurch kom­pakt und lie­fern einen kon­ti­nu­ier­li­chen, pul­sa­ti­ons­frei­en Gas­strom. Durch die gas­ge­la­ger­te Aus­füh­rung ent­ste­hen laut Anbie­ter kei­ne mecha­nisch beding­ten Mikro­vi­bra­tio­nen, wie sie bei ölge­schmier­ten oder mecha­nisch gela­ger­ten Ver­dich­tern auf­tre­ten kön­nen. Hei­no van Wyk, Lei­ter Engi­nee­ring bei ASP Iso­to­pes, ver­weist auf die Anfor­de­run­gen an Gas­rein­heit und sta­bi­le Pro­zess­füh­rung sowie auf das Ziel, Ener­gie­ver­brauch und War­tungs­auf­wand zu senken.

Als wirt­schaft­li­cher Aspekt wird die nahe­zu voll­stän­di­ge War­tungs­frei­heit genannt: Ölwech­sel, der Aus­tausch von Dich­tun­gen oder der Betrieb von Ölma­nage­ment­sys­te­men ent­fal­len. Die Sys­te­me sind laut Celero­ton für Lauf­zei­ten bis zu meh­re­ren zehn­tau­send Betriebs­stun­den und für eine hohe Anzahl von Start-Stopp-Zyklen aus­ge­legt, was die Plan­bar­keit von Ser­vice­fens­tern unter­stüt­zen soll. Neben Ver­füg­bar­keit und Betriebs­kos­ten betont das Unter­neh­men den Res­sour­cen­aspekt, da Heli­um ein begrenzt ver­füg­ba­res Edel­gas ist. Ein geschlos­se­ner Kreis­lauf und hohe Dich­tig­keit sol­len Heli­um­ver­lus­te mini­mie­ren; zudem wird dar­auf ver­wie­sen, dass Iso­to­pe im Trä­ger­gas gelöst sein kön­nen und toxi­sche oder explo­si­ve Ver­bin­dun­gen bil­den, die nicht in die Umwelt gelan­gen dür­fen. Damit adres­siert die Lösung Anfor­de­run­gen an Rein­heit, Effi­zi­enz, Dicht­heit und Pro­zess­sta­bi­li­tät in sen­si­blen Gasprozessen.