Membranverfahren: Nitrox bis 40 Prozent

Füllraum einer Tauchbasis mit senkrechter Trennsäule an der Wand und vier Tauchflaschen an der Füllbank. — Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Das Membranverfahren ist eines der Verfahren, mit denen Nitrox hergestellt wird: Druckluft wird durch eine halbdurchlässige Membran geführt, die einen Teil des Stickstoffs abtrennt, sodass das austretende Gas einen höheren Sauerstoffanteil hat als Luft. Es ist das Verfahren, dem die meisten Sporttaucher begegnen, ohne davon zu wissen – und der Grund, warum viele Basen ihr Nitrox nur bis vierzig Prozent anbieten.

Wie die Trennung zustande kommt

Die deutsche Wikipedia beschreibt den Vorgang knapp: Die Luft wird „durch einen N2-Filter gepresst, in dem ein Teil des Stickstoffs zurückbleibt“. DAN benennt dasselbe technisch: Das Verfahren „employs a semipermeable membrane to separate the nitrogen from air, creating a breathing gas with elevated oxygen content“. Der Kern ist in beiden Darstellungen derselbe: Die Bestandteile der Luft treten unterschiedlich schnell durch die Membranwand, und daraus entsteht ein Gasstrom mit höherem Sauerstoffanteil. Eine Membraneinheit besteht nicht aus einer einzigen Fläche, sondern aus einem Bündel feiner Hohlfasern, die die Luft durchströmt.

Anders als beim Partialdruckmischen wird dabei kein reiner Sauerstoff zugegeben. Das Gemisch entsteht aus Luft, und das ist der eigentliche Grund, warum Basen dieses Verfahren wählen.

Was eine solche Anlage ausmacht

Der Hersteller Bauer beschreibt seine Membrananlage als Zusammenstellung aus „Schraubenkompressor, Kältetrockner, Filter und Membraneinheit zum Trennen von N₂ aus der Atemluft“ und gibt den erreichbaren Sauerstoffgehalt mit „regelbar bis zu 40 % O₂“ an. Die Reihenfolge ist aufschlussreich: Vor der Membran stehen Trocknung und Filterung. Die englische Wikipedia nennt denselben Punkt als Betriebsvoraussetzung – für gleichmäßige Ergebnisse brauche die Anlage „a supply of clean low-pressure air at a constant temperature“. Eine Membran arbeitet also nur so genau, wie die Luft davor sauber und gleichmäßig warm ist. Der Kompressor der Anlage fördert nicht in die Flasche, sondern zunächst in die Trennstufe.

Wo die Grenze liegt – und warum sie bei vierzig Prozent liegt

Zwei Gründe stehen in den Quellen nebeneinander, und sie sind nicht derselbe.

Der erste ist verfahrenstechnisch: Die deutsche Wikipedia nennt für das Membranverfahren, der Sauerstoffgehalt lasse sich „bis auf 40 % erhöhen“; Bauer gibt für seine Anlage dieselbe Obergrenze an. Dem Anreicherungsverfahren, bei dem Sauerstoff beim Füllen konstant zugegeben wird, schreibt dieselbe Darstellung dagegen ausdrücklich zu, dass sich damit „Gemische mit einem Sauerstoff-Anteil über 40 % herstellen“ lassen.

Der zweite ist eine Frage der Ausrüstung: Die englische Wikipedia hält fest, die meisten Füllstationen füllten Gemische unter vierzig Prozent, ohne eine Bescheinigung über die Sauerstoffreinheit zu verlangen. Oberhalb dieser Schwelle wird die Sauerstoffreinigung von Flasche und Ventil zum Thema. Die vierzig Prozent sind damit zugleich eine technische Obergrenze des Verfahrens und eine organisatorische Schwelle des Füllbetriebs.

Was das an der Basis bedeutet

Als Tauchlehrer erkläre ich den Unterschied meist an der Frage, warum eine Basis EAN32 und EAN36 aus dem Schlauch gibt, ein Gemisch mit fünfzig Prozent aber erst nach Rückfrage. Eine Membrananlage liefert ihren Bereich zuverlässig und ohne Sauerstoffflasche im Haus – Bauer nennt das „Nitroxerzeugung ohne zusätzliche Sauerstofflogistik“. Wer darüber hinaus will, braucht ein Verfahren, das reinen Sauerstoff zumischt, und damit eine Basis, die ihn vorhält und handhabt.

Am Gas selbst ändert das Verfahren nichts. DAN fasst das in einem Satz: „Both systems achieve the same result: a breathing gas with a concentration of oxygen higher than the normal 21 percent.“ Die Analyse vor dem Tauchgang bleibt deshalb unabhängig davon Pflicht, aus welcher Anlage das Gemisch kommt.

Ist Nitrox aus der Membrananlage anders als Nitrox aus dem Partialdruckverfahren?

Nein. DAN hält fest, beide Verfahren führten zum gleichen Ergebnis: einem Atemgas mit höherem Sauerstoffanteil als die normalen 21 Prozent. Unterschiede liegen im Herstellungsweg und in der Handhabung an der Basis, nicht im Gas.

Warum braucht eine Membrananlage einen Kältetrockner?

Weil die Trennleistung von der Zuluft abhängt. Bauer führt Kältetrockner und Filter als feste Baugruppen der Anlage; die englische Wikipedia nennt saubere Niederdruckluft bei gleichmäßiger Temperatur als Voraussetzung für gleichmäßige Ergebnisse.

Bis zu welchem Sauerstoffanteil reicht das Verfahren?

Die deutsche Wikipedia und der Hersteller Bauer nennen beide vierzig Prozent als Obergrenze. Für höhere Anteile ist ein Verfahren nötig, das Sauerstoff zumischt – dem Anreicherungsverfahren wird das ausdrücklich zugeschrieben.

Quellen

Wikipedia: Nitrox (deutsch) – die drei Herstellungsverfahren, der N2-Filter, die Obergrenze von 40 Prozent beim Membranverfahren und der Hinweis, dass das Anreicherungsverfahren darüber hinauskommt.
Wikipedia: Nitrox (englisch) – die Hohlfasern der Membran, die Anforderung an saubere Niederdruckluft bei gleichmäßiger Temperatur und die Füllpraxis unterhalb von 40 Prozent ohne Reinheitsbescheinigung.
Bauer Kompressoren: B-MEMBRANE – die Baugruppen Schraubenkompressor, Kältetrockner, Filter und Membraneinheit, der regelbare Sauerstoffgehalt bis 40 Prozent und die Nitroxerzeugung ohne zusätzliche Sauerstofflogistik.
DAN / Alert Diver: Nitrox – die halbdurchlässige Membran und die Feststellung, dass beide Verfahren zum gleichen Gas führen.

Zur Quellenlage: Die Darstellungen, welcher der beiden Gasströme einer Membran für die Nitroxherstellung abgenommen wird, weichen zwischen der deutschen und der englischen Wikipedia voneinander ab; dieser Eintrag beschreibt deshalb nur die Wirkung, in der beide übereinstimmen. Eine Norm zur Nitroxherstellung liegt dem Eintrag nicht vor; die technischen Angaben zur Anlage stammen von einem Hersteller und beziehen sich auf dessen Baureihe.