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In der Technik, am Bau und sogar auf Partys: Trockeneis (chemische Formel CO2) ist in vielen Bereichen gefragt. Denn der weiße, wassereisähnliche Feststoff hat ganz besondere Eigenschaften: Er kühlt, reinigt und sorgt beim Sublimieren für außergewöhnliche Show-Effekte. Doch was ist Trockeneis? Aus welchen Bestandteilen setzt es sich zusammen und wie erfolgt die Herstellung?
Wir geben Antworten auf die wichtigsten Fragen und zeigen, wie sich Trockeneis in der Praxis verwenden lässt.
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Die Themen im Überblick
Definition und Eigenschaften des besonderen Stoffs
Vielleicht kennen einige Trockeneis aus dem Chemie-Unterricht. Denn bei dem Stoff handelt es sich um nichts anderes als festes Kohlendioxid (CO2 oder Kohlensäure), das in schulischen Experimenten für großes Staunen sorgt. Der Grund dafür: Trockeneis sublimiert – es geht bei Luftdruck direkt von der festen in die gasförmige Phase über und erzeugt dabei einen dichten weißen Nebel.
Als Feststoff ist das Medium weiß. Es ähnelt Wassereis und hat eine Temperatur von weniger als −78,48 Grad Celsius oder 194,67 Kelvin. Es wiegt etwa 1.500 Kilogramm pro Kubikmeter und damit rund 760-mal mehr als ein Kubikmeter Flüssiggas.
Wenn Trockeneis sublimiert, also vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht, dehnt es sich damit um den Faktor 760 aus! Pro Kilogramm benötigt es für den Phasenübergang eine Energiemenge von etwa 573 Kilojoule. Zum Vergleich: Schmelzendes Wassereis nimmt mit 334 Kilojoule pro Kilogramm deutliche weniger Energie auf.
Trockeneis: Die Eigenschaften im Überblick
Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Trockeneis-Eigenschaften im Überblick:
| Trockeneis | Eigenschaften |
|---|---|
| Chemische Formel | CO2 |
| Bestandteile | Kohlenstoffdioxid (Kohlensäure) |
| Temperatur | -78,48 °C |
| Spezifisches Gewicht | 1,56 g/cm³ |
| Sublimationswärme (unter Tripelpunkt) | 573 kJ/kg |
| Schmelzwärme (ab Tripelpunkt) | 196,7 kJ/kg |
| Tripelpunkt | -56,57 °C (216,58 K) und 5,185 bar |
| Kritischer Punkt | 30,98 °C (304,13 K) und 73,75 bar |
| Mohs-Härte | 1 bis 3 (abhängig vom |
| Typische Lieferform | Pellets, Nuggets, Scheiben |
| Stoffeigenschaften | weiß, eisähnlich, ungiftig, nicht brenn-/entflammbar, geruchs- und geschmackslos, bakterien- und pilzhemmend, reaktionsträge (inert) |
| Gefahren und Risiken | Kälteverbrennung, Erstickung durch gasförmiges CO2 nach Sublimation, Druckentladung dicht schließender Behälter |
Sublimieren oder schmelzen: am Phasendiagramm erklärt
Wann Stoffe vom festen in den flüssigen und/oder gasförmigen Zustand übergehen, hängt von ihren individuellen Eigenschaften ab. Aufschluss gibt das Phasendiagramm für Trockengas.
Zu erkennen sind der Tripelpunkt (-56,57 °C; 5,185 bar) und der kritische Punkt (30,98 °C; 73,75 bar). Die folgende Übersicht erklärt, was das bedeutet:
Tripelpunkt von Trockeneis:
Am sogenannten Dreiphasen-Punkt kommen die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig gleichzeitig vor. Auch wenn sich die Mengenverhältnisse nicht verändern, ist der Stoff doch immer in Bewegung. Unterhalb des Tripelpunktes sublimiert Trockeneis – es geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über.
Kritischer Punkt des Stoffs:
Am kritischen Punkt gleichen sich die Dichten der flüssigen und der gasförmigen Phase an, sodass die Unterschiede beider Zustände nicht mehr existieren. Oberhalb des kritischen Punktes lässt sich ein Gas durch Druck nicht verflüssigen.
Trockeneis: Herstellung einfach erklärt
Anders als auf dem Mars kommt Kohlendioxid auf der Erde nicht natürlich als Feststoff vor, sodass Anbieter Trockeneis herstellen müssen. Bei kleinen Mengen funktioniert das mit einer umgedrehten CO2-Flasche. Wird diese geöffnet, läuft flüssiges CO2 aus. Es verdampft, kühlt sich stark ab und gefriert zu CO2-Schnee. Dieses Prinzip machen sich übrigens auch CO2-Feuerlöscher zunutze.
Im großen Stil erfolgt die Herstellung grundsätzlich ähnlich. Dabei setzen Unternehmen CO2 zunächst unter Druck, sodass es in die flüssige Phase übergeht. Anschließend lassen sie einen Teil des Kohlendioxids verdampfen. Der Vorgang entzieht dem übrigen Medium Wärme, wodurch sich dieses so stark abkühlt, dass es zu Kohlensäureschnee gefriert.
Der Schnee läuft anschließend durch Pressen, die Trockeneis in Block-, Pellet-, Nugget- oder Scheibenform bringen.
Haltbarkeit und sicherer Transport der Stoffe
Genau wie bei Wassereis ist auch bei Trockeneis die Haltbarkeit begrenzt. Denn Wärme von außen führt dazu, dass der Stoff in die gasförmige Phase übergeht und allmählich verschwindet. Wie hoch die sogenannte Sublimationsrate ist, hängt dabei von der Trockeneismenge und der Lieferform ab. Dabei gilt: Je mehr Eis fest zusammen ist und je besser die Transportbehälter isoliert sind, umso länger hält sich Trockeneis.
Trockeneis: Haltbarkeit bei verschiedenen Lieferformen
Über den Verlust pro Tag bei verschiedenen Lieferformen und -mengen informiert folgende Tabelle.
| Trockeneis: Haltbarkeit | Pellets (10 kg) | Pellets (20 kg) | Coolbags (9 kg) | Coolbags (30 kg) | Blöcke (14 kg) | Blöcke (28 kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Masse nach 24 Stunden | 7,3 kg | 16,9 kg | 7,9 kg | 26,4 kg | 12,6 kg | 25,7 kg |
| Masse nach 48 Stunden | 4,5 kg | 12,5 kg | 5,7 kg | 22,4 kg | 10,6 kg | 22,0 kg |
| Masse nach 72 Stunden | 1,8 kg | 6,9 kg | 2,8 kg | 16,8 kg | 7,0 kg | 15,6 kg |
(Basisdaten: Lagerung in Styroporboxen bei 20 °C Außentemperatur)
Bei der Lieferung von Großmengen (40 bis > 500 kg) Trockeneis ist der Verlust pro Tag mit etwa 2 Prozent deutlich geringer. Grund dafür sind speziell isolierte Behälter, die Anbietern ihren Kunden leihweise zur Verfügung stehen.
Transport erfolgt in geeigneten Behältern und Boxen
Geht es um den Transport, kommen verschiedene Behälter und Boxen zum Einsatz. Für Liefermengen von bis etwa 50 Kilogramm eignen sich Styroporboxen. Da der Verlust pro Tag hier bei 2 bis 5 Kilogramm liegt, ist das Trockeneis nach Lieferung kühl zu lagern oder schnell zu verwenden.
Größere Liefermengen lagern in speziell isolierten Rollcontainern. Diese verringern den Wärmeeintrag und sorgen dafür, dass der Trockeneis-Verlust pro Tag geringer ausfällt. Kunden können die Behälter für die Dauer der Lagerung/Nutzung üblicherweise von den Anbietern mieten.
Wichtig:
Transportbehälter für Trockeneis sind nicht gasdicht, um einen hohen Druckanstieg durch das bei der Sublimation entstehende CO2-Gas zu vermeiden. Gerade beim privaten Transport ist es umso wichtiger, sich genau an die Sicherheitsbestimmungen zu halten, um Unfälle zu vermeiden!
Transport im PKW oder Versand per Lieferdienst
Liefern Anbieter Trockeneis nicht selbst aus, ist unter bestimmten Umständen auch der Transport im gut belüfteten PKW ohne abgetrennten Laderaum erlaubt. Dabei gelten allerdings folgende Voraussetzungen:
Voraussetzungen für den privaten Transport von Trockeneis
Transportmenge maximal 50 kg
geeignete Verpackung ist Pflicht
Beförderung lose, in Papier, Tüten oder defekten Boxen ist untersagt
Versand muss im Kofferraum bei geschlossener Abdeckung erfolgen
KEINE Beförderung im Fahrgastraum
Kennzeichnung der Transportboxen ist Pflicht
Alternativ ist der Versand auch über verschiedene Botendienste möglich. Beispiele dafür sind DHL Express, UPS, Fedex oder TNT Express. Da die Lieferanten teils unterschiedliche Mengenbeschränkungen und Anforderungen haben, ist es wichtig, diese vor dem Versand genau zu beachten.
Richtige Lagerung begünstigt Trockeneis-Haltbarkeit
Durch den relativ hohen Verlust ist es wichtig, dass Nutzer Trockeneis richtig lagern. Am besten funktioniert das in isolierten Lagerbehältern oder Styroporboxen. Während das Aufbewahren in Kühltruhen nur wenig bringt, hilft es, die Boxen möglichst selten zu öffnen.
Die Lagerung in Kühlboxen (zum Beispiel aus dem Camping-Bereich) ist nicht zulässig. Der Grund dafür: Kühlboxen haben einen vergleichsweise dichten Verschluss. Entsteht bei der Sublimation Gas, steigt der Druck und die Behälter könnten platzen.
Trockeneis-Alternativen: Wassereis, Aquariumkies, Stickstoff und Co.
Abhängig vom Anwendungsgebiet kommen auch verschiedene Alternativen zum Eis aus CO2 infrage. So haben Forscher herausgefunden, dass sich Laborproben für kurze Zeit auch mit gekühltem Aquariumkies kühlen lassen. Weitere Alternativen sind flüssiger Stickstoff, Wassereis oder Kühlaggregate, die mit den Eigenschaften von festem Kohlendioxid oft nicht mithalten können.
Ein Pluspunkt für Trockeneis: Wie lange es kalt bleibt, hängt nur von der Menge ab. Beim Sublimieren erwärmt sich der Stoff nicht. Er hat eine hohe Sublimationswärme (Kühlleistung), löst sich rückstandslos auf und kommt beim Transport ohne zusätzliche Apparate wie Kühlaggregate aus.
Verwendung: Vom Event über die Baustelle bis ins Labor
Die positiven Eigenschaften von festen Kohlendioxid lassen sich heute in vielen Bereichen nutzen. So gibt es kaum Grenzen, wenn es um die Trockeneis-Verwendung geht, wie die folgende Übersicht zeigt.
Trockeneis zur Reinigung für Industrie und Bau
Sublimiert festes CO2, entweicht das Gas in die Luft und feste Partikel bleiben nicht übrig. Zudem entstehen keine Flüssigkeiten, die sensiblen Geräten oder Apparaturen schaden könnten. Ein Grund, aus dem sich Trockeneis zur Reinigung in der Industrie eignet.
Dabei bestrahlen Arbeiter Maschinen in der Automobil-, Lebensmittel- oder Chemieindustrie mit feinen Trockeneiskörnern. Zum Einsatz kommt das Verfahren aber auch am Bau, etwa zum Abtragen alter Beschichtungen von Wänden, Trägern oder anderen Bauteilen.
Interessant ist das Eis aus Kohlendioxid auch in der Haustechnik: Hier frieren Monteure Rohrabschnitte für anstehende Arbeiten ein. Das Wasser kann in der Anlage verbleiben und Reparaturen oder Umrüstarbeiten gehen schneller vonstatten.
Chemiebetriebe und Labore kühlen Proben mit Eis
In Chemie- und Laboranlagen geht es häufig darum, biologische Substanzen sicher zu transportieren. Mit Trockeneis im Labor lassen sich Proben schnell und zuverlässig herunterkühlen. Da der Stoff seine Temperatur beim Sublimieren nicht verändert, eignet er sich gleichermaßen für den Probentransport. Weitere Anwendungsgebiete im Chemie- und Laborbereich sind:
Herstellung von Kühlbädern und Kühlfallen
Vorkühlen von biologischen Proben
Transportkühlung verschiedener Substanzen
Frosten von Blut- und Gewebeproben
Darüber hinaus kommt Trockeneis in Chemie- und Prüflaboren auch für Werkstoffprüfungen zum Einsatz.
Trockeneis zur Eisherstellung verwenden
Nicht nur in der Technik – auch im Lebensmittelbereich ist das Eis aus Kohlenstoff eine beliebte Zutat. So lassen sich beispielsweise Speiseeis-Kreationen und Sorbets innerhalb weniger Sekunden frisch zubereiten. Haben sich die Eiswürfel aufgelöst, verschwindet das Gas in der Umgebung. Es entsteht aber keine Feuchtigkeit, die den Geschmack und die Konsistenz verändern würde.
Außergewöhnliche Momente in der Eventtechnik
Gefrorene Speisen, elegant rauchende Getränke oder aufregend intensive Farben: Trockeneis in der Küche bringt Gäste zum Staunen. Die besonderen Eigenschaften geben Köchen neue Möglichkeiten, die neben dem Auge auch den Gaumen erfreuen.
Beispiele sind:
Trockeneis in der Küche – Exotische Zutat für aufregende Rezepte!
Nebelschwaden über Apparatives oder Desserts
Zubereitung einzigartiger Cocktails mit Trockeneis
Kühlen von Crushed-Ice für langsameres Schmelzen
Lebensmittel vor dem Kochen von Bakterien befreien
Blanchieren zum Erhalten von Geschmack und Farbe
Erzeugen besonderer Aromen durch Duftstoffe im Eis
Herstellen sprudelnder Früchte für erfrischende Getränke
Trockeneis zur Kühlung von Lebensmitteln und Getränken
Über den Event-Bereich hinaus kommt das besondere Eis auch in der Lebensmittelbranche zum Einsatz. Hier lässt es sich verwenden, um Lebensmittel schnell herunter zu kühlen oder, um Getränke mit niedrigen Temperaturen zu lagern. Relevant ist Trockeneis außerdem zum gekühlten Versand von Lebensmitteln. Dazu legen Anbieter den Pakten kleine Coolbags bei oder legen verderbliche Lebensmittel selbst in Versandtaschen mit integrierten Trockeneisscheiben.
Ungezieferbekämpfung mit Eis aus Kohlendioxid
Was kaum einer weiß ist, dass sich Trockeneis gegen Ratten und Wühlmäuse einsetzen lässt. Dazu füllen Schädlingsbekämpfer Pellets des weißen Stoffs in die Eingänge der Tunnel. Beim Sublimieren entsteht CO2, das den Sauerstoff verdrängt und das Ungeziefer tötet. Im Gegensatz zu Giftstoffen hat die Eisbehandlung keine schädlichen Nebenwirkungen für andere Tiere oder die Natur selbst. Denn das Gas verflüchtigt sich schnell und es bleiben keine Reststoffe zurück.
Kosten und Preise hängen von Liefermengen- und formen ab
Was kostet Trockeneis ist eine Frage, die sich nur schwer pauschal beantworten lässt. Denn die Preise hängen neben der Lieferform auch von der Liefermenge ab. Wer Dienstleistungen wie das Trockeneisreinigen in Auftrag gibt, zahlt darüber hinaus auch für Experten, welche die Arbeiten durchführen.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über typische Lieferformen, Liefermengen sowie anfallende Preise.
| Lieferform und Liefermenge | Trockeneis Kosten | Preise pro Kilogramm |
|---|---|---|
| Block (2 kg) | 30 Euro | 15 Euro/kg |
| Block (8 kg) | 50 Euro | 6,25 Euro/kg |
| Block (25 kg) | 100 Euro | 4 Euro/kg |
| Block (30 kg) | 120 Euro | 4 Euro/kg |
| Pellets/ Nuggets (2 kg) | 30 Euro | 15 Euro/kg |
| Pellets/ Nuggets (8 kg) | 50 Euro | 6,25 Euro/kg |
| Pellets/ Nuggets (25 kg) | 100 Euro | 4 Euro/kg |
| Pellets/ Nuggets (30 kg) | 120 Euro | 4 Euro/kg |
| Pellets/Nuggets (Preise sinken mit Abnahmemenge) | 3 Euro/kg | 3 Euro/kg |
| Getränke-Stäbchen inkl. 8 kg Trockeneis-Pellets | 60 Euro | keine Angabe |
| Trockeneis-Reinigen | 100 bis 300 Euro pro Stunde | keine Angabe |
Wichtig zu wissen ist, dass sich die Preise in der Tabelle als Richtwerte inklusive Steuer verstehen. In der Praxis können die Kosten abhängig von individuellen Liefermengen und formen auch unterschiedlich ausfallen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Trockeneis und Wassereis?
Wassereis schmilzt, wenn es sich erwärmt. Es geht dabei in den flüssigen Aggregatzustand über, wohingegen Trockeneis unter atmosphärischen Bedingungen sublimiert und direkt in die gasförmige Phase übergeht. Letzteres besteht außerdem aus CO2. Es hat beim Phasenübergang eine Temperatur von -78 °C (schmelzendes Eis hat eine Temperatur von 0 °C) und nimmt dabei deutlich mehr Wärme aus der Umgebung auf.
Ist Trockeneis gefährlich?
Sofern sich Nutzer an gewisse Vorsichtsmaßnahmen halten, ist das Eis nicht gefährlich. Seine Nutzung ist aber mit Risiken verbunden. So kann das entstehende CO2 in nicht belüfteten Räumen bei großen Mengen zum Ersticken führen. Berührungen können Kälteverbrennungen nach sich ziehen und ein Druckanstieg in dicht schließenden, ungeeigneten Behältern bringt diese unter Umständen zum Platzen.
Wozu wird Trockeneis verwendet?
Die Einsatzgebiete sind weit gefächert. So kommt das Eis aus CO2 beispielsweise beim Reinigen von Oberflächen sowie bei der Maschinenreinigung zur Anwendung. Es ermöglicht Reparaturarbeiten in der Haustechnik, ohne wasserführende Systeme komplett ablassen zu müssen und ist ein gutes Kühlmittel, das sowohl in Laboren und Chemieunternehmen wie auch beim Versand von Lebensmitteln zum Einsatz kommt.
Warum hat Trockeneis eine konstante Temperatur?
Genau wie beim Schmelzen von Wassereis ist auch beim Tauen von Eis aus Kohlendioxid die gesamte aufgenommene Energie nötig, um den Phasenwechsel zu vollziehen. Der Stoff dehnt sich dabei um das 760-Fache aus, erwärmt sich aber nicht weiter. Eine Temperaturerhöhung erfährt erst das Gas in der Luft. Geht es bei Trockeneis darum, wie lange es kalt bleibt, entscheidet neben der Menge und der Lieferform auch die Stärke der Isolierung der Lagerbehälter.
Wann schmilzt Trockeneis?
Kohlendioxideis schmilzt nur dann, wenn der Umgebungsdruck über 5,2 bar liegt. Darunter sublimiert der Stoff – er überspringt die flüssige Phase und wird von Eis direkt zu Gas.
Was kostet Trockeneis?
Die Preise hängen von der Lieferform und der Liefermenge ab. Großabnehmer zahlen 3 Euro pro Kilogramm oder weniger. Kleinere Abpackungen (2 bis 15 Kilogramm) kosten hingegen bis zu 15 Euro pro Kilogramm.
