Ölfreie Heliumrezirkulation als Schlüssel für präzise Isotopenanreicherung

In der Halbleiterindustrie, der erneuerbaren Energien, der medizinischen Diagnostik und Forschung und weiteren Märkten spielen Isotope eine zentrale Rolle. Bei der Anreicherung dieser Isotope ist das Zirkulieren von hochreinen Trägergasen wie Helium die Grundlage. Dabei sind stabile Prozessbedingungen, maximale Reinheit und höchste Verfügbarkeit der eingesetzten Systeme essenziell. Um die Heliumrezirkulation effizienter, wartungsärmer und prozesssicherer zu machen, kommt bei einem international tätigen Hersteller von Isotopen mit Sitz in den USA moderne, ölfreie Turbo Kompressortechnologie zum Einsatz – und setzt damit neue Massstäbe.

Das im Bereich der Isotopenproduktion tätige Unternehmen ASP Isotopes entwickelt und betreibt Anlagen zur Anreicherung von Isotopen. Diese Isotope werden unter anderem in der Halbleiterindustrie, in der Medizinaltechnik bei bildgebenden Verfahren sowie in der Diagnostik und Therapie eingesetzt. Die zugrunde liegenden Prozesse sind hochsensibel: Bereits geringste Verunreinigungen oder instabile Betriebszustände können die Produktqualität beeinträchtigen oder den gesamten Prozess gefährden.

„Unsere Prozesse erfordern eine extrem hohe Gasreinheit und eine jederzeit stabile Prozessführung. Helium spielt dabei eine zentrale Rolle als Träger- und Prozessgas“, erklärt Heino van Wyk, Leiter Engineering bei ASP Isotopes. „Gleichzeitig stehen wir vor der Herausforderung, Ressourcen effizient zu nutzen und Ausfallzeiten konsequent zu vermeiden.“

Herausforderung: Helium effizient, sauber und zuverlässig im Kreislauf führen

Helium ist ein wertvolles und begrenzt verfügbares Edelgas. In der Isotopenanreicherung wird es häufig als Trägergas für verschiedene Isotope im Kreislauf geführt. Die Kompressoren stellen dabei das benötigte Druckverhältnis zur Verfügung um die Druckverluste in diesem Kreislauf zu überwinden, dies bei geringsten Verlusten und kontaminationsfrei. Konventionelle Kompressor Lösungen stossen hier schnell an ihre Grenzen: Ölgeschmierte Systeme erfordern aufwendige Abscheide- und Filterprozesse, erhöhen den Wartungsaufwand und bergen stets das Risiko von Verunreinigungen. „Bei unseren Prozessen ist jede Form von Kontamination kritisch“, betont Heino van Wyk. „Zusätzlich wollten wir den Energieverbrauch senken und den Wartungsaufwand unserer Anlagen deutlich reduzieren.“

Technologischer Ansatz: Ölfreie Turbo Kompressoren mit Gaslagerung

Um diese Anforderungen zu erfüllen, setzt ASP Isotopes auf eine Lösung von Celeroton, die vollständig ohne Öl auskommt und speziell für die Rezirkulation von Edel- und Inertgasen ausgelegt ist. Zum Einsatz kommen dabei hochdrehende, gasgelagerte Turbo Kompressoren von uns. Wir haben ASP Isotopes mit Turbo Kompressoren und der dazugehörigen Steuerelektronik beliefert. Total beinhaltet die Produktionsanlage bei ASP Isotopes zehn Einheiten mit je 48 Turbo Kompressoren, wobei jeweils 4 Turbo Kompressoren in einer Serienschaltung arrangiert sind um den benötigen Massenstrom und das geforderte Druckverhältnis für einen Isotopen-Separator zu liefern.

Herzstück dieser Turbo Kompressoren sind Rotoren, die über sogenannte Herringbone-Gaslager auf einem selbsttragenden Gasfilm schweben. Der kontaktlose Betrieb verhindert mechanischen Verschleiss, eliminiert potenzielle Kontaminationsquellen und ermöglicht einen dauerhaft stabilen, hochreinen Heliumkreislauf. „Der Verzicht auf Öl erweist sich als ein entscheidender Vorteil“, erläutert unser Kollege Raphael Moser, Sales Manager bei der Celeroton AG. „Dadurch entfallen nicht nur Ölabscheider und zusätzliche Filterstufen, sondern auch potenzielle Fehlerquellen. Gleichzeitig wird die Reinheit des Prozessgases dauerhaft sichergestellt.“

Effiziente Prozesse auch bei hohen Anforderungen

Die von Celeroton entwickelten Turbo Kompressoren zeichnen sich durch äusserst hohe Drehzahlen von über 100‘000 Umdrehungen pro Minute, eine dadurch sehr kompakte Bauweise sowie einen kontinuierlichen, pulsationsfreien Gasstrom aus. Durch die gasgelagerte Ausführung entstehen zudem keine mechanisch bedingten Mikrovibrationen, wie sie bei ölgeschmierten oder mechanisch gelagerten Verdichtern auftreten können.

„Für uns war ausschlaggebend, dass das System nicht nur effizient arbeitet, sondern auch über eine lange Zeit im kontinuierlichen Betrieb zuverlässig bleibt“, so Moser. „Insbesondere die geringe Wartungsanforderungen und die Ölfreiheit der eingesetzten Turbo Kompressoren wirken sich positiv auf den Erfolg des Kunden aus.“ Auch aus Sicht des Technologieanbieters ist diese Anwendung ein typisches Beispiel für die Stärken der gasgelagerten Turbo Kompressortechnologie. „Unsere Systeme sind für Anwendungen konzipiert, in denen Reinheit, Effizienz und Verfügbarkeit oberste Priorität haben“, erläutert Moser. „Die Heliumrezirkulation in der Isotopenanreicherung vereint all diese Anforderungen in besonderem Masse.“

Wartungsfreiheit und Effizienz als wirtschaftlicher Vorteil

Ein weiterer zentraler Aspekt der eingesetzten Lösung ist die nahezu vollständige Wartungsfreiheit unserer Turbo Kompressoren von Celeroton. Durch die kontaktlose Lagerung treten weder mechanischer Verschleiss noch klassische Reibungsverluste auf. Ölwechsel, der Austausch von Dichtungen oder der Betrieb komplexer Ölmanagementsysteme entfallen vollständig. Die Systeme sind für sehr lange Laufzeiten von bis zu mehreren zehntausend Betriebsstunden sowie für eine hohe Anzahl von Start-Stopp-Zyklen ausgelegt. Gerade in industriellen Anlagen mit kontinuierlichem Betrieb stellt dies einen erheblichen Vorteil dar.

„In vielen Anwendungen laufen unsere Turbo Kompressoren über Jahre hinweg ohne ungeplante Stillstände“, erklärt Moser. „Für Betreiber bedeutet das nicht nur eine höhere Anlagenverfügbarkeit, sondern auch eine deutlich bessere Planbarkeit von Service- und Wartungsfenstern.“ Bei ASP Isotopes wirkt sich dieser Aspekt zusammen mit der Effizienz direkt auf die Wirtschaftlichkeit der Anlagen aus. „Wartungsbedingte Stillstände sind für uns besonders kritisch“, sagt van Wyk. „Die hohe Zuverlässigkeit der eingesetzten Technik reduziert dieses Risiko erheblich und senkt gleichzeitig, zusammen mit dem hohen Wirkungsgrad, die Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus.“

Dichtigkeit als Beitrag zur Nachhaltigkeit

Neben den prozesstechnischen und wirtschaftlichen Vorteilen spielt auch der nachhaltige Umgang mit Ressourcen eine zunehmend wichtige Rolle. Helium ist ein endlicher Rohstoff, dessen Gewinnung aufwendig ist und der in vielen Hightech-Branchen benötigt wird. Eine effiziente Rezirkulation leistet daher einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung.

Durch den geschlossenen Kreislauf und die hohe Dichtigkeit der eingesetzten Celeroton-Turbo Kompressoren lassen sich Heliumverluste auf ein Minimum reduzieren. Zudem sind die Isotope vielfach im Trägergas gelöst und bilden toxische oder explosive Verbindungen, die nicht in die Umwelt gelangen dürfen.

„Die Kombination aus ölfreiem Betrieb und hoher Dichtigkeit ist für uns ein entscheidender Faktor“, sagt Heino van Wyk. „Sie ermöglicht es uns, Helium und Isotope effizient im Kreislauf zu führen und gleichzeitig höchste Sicherheits- und Qualitätsanforderungen einzuhalten.“

Aus Sicht von Celeroton adressiert diese Anwendung einen zentralen Trend in der Industrie: „Effizienz und Technologie lassen sich hier sehr gut miteinander verbinden“, resümiert Moser. „Unsere Technologie hilft dabei, kritische Gase in einen gut gedichteten Kreislauf zu halten und gleichzeitig den Energieeinsatz zu optimieren.“

Fazit

Unsere gasgelagerte, ölfreie Turbo Kompressortechnologie der Celeroton AG hebt die Heliumrezirkulation in der Isotopenanreicherung von ASP Isotopes auf ein neues Niveau. So wird deutlich, dass sich höchste Anforderungen an Gasreinheit, Prozessstabilität und Anlagenverfügbarkeit zuverlässig erfüllen lassen.

Die Kombination aus wartungsfreiem Betrieb, hoher Energieeffizienz, kompakter Bauweise und präziser Regelbarkeit wirkt sich sowohl technisch als auch wirtschaftlich positiv aus. Gleichzeitig unterstützt die effiziente Rezirkulation von Helium einen nachhaltigeren Umgang mit einem knappen Rohstoff.

Für Betreiber sensibler Prozesse in der Medizintechnik, Forschung und Prozessindustrie bietet dieser Ansatz eine zukunftssichere Lösung, um komplexe Anwendungen stabil, effizient und ressourcenschonend zu realisieren.