Der Eismeister

Ammoniak // NH3 // R-717

Ammoniak ist ein natürlich vorkommendes Gas und eines der wichtigsten Kältemittel in der industriellen Kältetechnik und in nahezu allen modernen Eissporthallen. Es besitzt hervorragende thermodynamische Eigenschaften, ist klimaneutral und lässt sich sehr präzise regeln. Durch seinen markanten Geruch ist es außerdem bereits in sehr geringer Konzentration wahrnehmbar – ein natürlicher Sicherheitsvorteil.

Was ist Ammoniak?

Ammoniak besteht aus einem Stickstoffatom und drei Wasserstoffatomen (NH3). Das Molekül ist pyramidal aufgebaut und kommt in der Natur in vielen biologischen und geologischen Prozessen vor. Verwendet wird es als Düngemittel, Reinigungsmittel und – besonders wichtig – als Kältemittel.

Trotz vieler Vorteile ist Ammoniak ein Gefahrstoff. Es wirkt ätzend auf Haut und Augen und kann bei Einatmen giftig sein. Moderne Technik, Gaswarnanlagen und klare Sicherheitskonzepte sorgen jedoch dafür, dass Ammoniakanlagen in Eissporthallen sicher betrieben werden können.

Warum Ammoniak ein hervorragendes Kältemittel ist

1. Hervorragende thermodynamische Eigenschaften: Ammoniak hat einen sehr hohen Wirkungsgrad als Kältemittel. Anlagen mit NH₃ benötigen im Vergleich zu vielen synthetischen Kältemitteln deutlich weniger Energie.
2. Umweltfreundlich: Ammoniak besitzt einen ODP-Wert von 0. ODP (Ozone Depletion Potential) beschreibt, wie stark ein Stoff die Ozonschicht schädigt – 0 bedeutet: keinerlei Schädigung. Ebenso liegt das GWP (Global Warming Potential) bei 0 – Ammoniak trägt also nicht zum Treibhauseffekt bei.
3. Frühzeitig wahrnehmbar: Ammoniak hat einen stechenden Geruch und ist bereits ab ca. 5 ppm deutlich riechbar. ppm bedeutet parts per million („Anteile pro Million“) und beschreibt extrem geringe Konzentrationen in der Luft. Dadurch lassen sich Leckagen sehr früh erkennen.
4. Nicht brennbar unter üblichen Betriebsbedingungen: Ammoniak ist im normalen Anlagenbetrieb nicht entzündlich. Theoretisch wird es erst bei ca. 15–28 Vol.-% brennbar – das entspricht sehr hohen Konzentrationen, die in korrekt betriebenen Kälteanlagen nicht auftreten.
5. Selbstalarmierend: Durch den intensiven Geruch fällt ein Austritt sofort auf. Selbst kleine Mengen erzeugen eine deutliche Wahrnehmung, die das Erkennen von Leckagen erleichtert.
6. Kosteneffizient und natürlich: Ammoniak ist ein natürlich vorkommendes Kältemittel, preiswert verfügbar und benötigt geringe Füllmengen. Die Betriebskosten sind im Vergleich zu vielen synthetischen Kältemitteln meist niedriger.

Physiologische Eigenschaften

Die Wirkung von Ammoniak hängt stark von Konzentration und Einwirkdauer ab. Häufig wird die Konzentration in ppm angegeben. ppm bedeutet „parts per million“ – also „Teile pro Million“. Ein Beispiel: 10 ppm heißt, dass in einer Million Luftteilchen zehn Ammoniakteilchen enthalten sind.

Der Begriff MAK-Wert bedeutet „Maximale Arbeitsplatz-Konzentration“. Das ist die Konzentration eines Stoffes, der ein Arbeitnehmer bei 8-stündiger täglicher Exposition ein Leben lang ausgesetzt sein darf, ohne gesundheitliche Schäden befürchten zu müssen.

• 5 ppm: deutlich wahrnehmbar, aber ohne gesundheitliche Wirkung.
• 10 ppm: leicht reizend, normalerweise ohne dauerhafte Schäden.
• 25 ppm (MAK): offiziell als unbedenklich für den Arbeitsplatz eingestuft.
• 50–100 ppm: reizend, aber kurzfristig noch tolerierbar.
• 200 ppm: deutlich reizend, Atembeschwerden nach wenigen Minuten.
• 500 ppm: starke Reizungen, Gasmaske erforderlich.
• 1000–5000 ppm: akut giftig, Vollschutz und Sauerstoffversorgung notwendig.

Warum Ammoniak panikauslösend wirkt – und welche Folgen das haben kann

Ammoniak (NH₃) hat einen sehr stechenden, intensiven Geruch, der bereits in geringer Konzentration deutlich wahrnehmbar ist. In der Nähe eines Ammoniakaustritts wird dieser Geruch reflexartig mit Gefahr, Giftigkeit oder Bedrohung assoziiert – besonders bei ungeschulten Personen oder der allgemeinen Öffentlichkeit. Dies kann zu Panikreaktionen führen, noch bevor eine tatsächliche Gesundheitsgefährdung erreicht ist.

Eine plötzliche Panik kann erhebliche Folgen haben:

• Unkontrolliertes Fluchtverhalten, das zu Verletzungen führen kann (z. B. Stürze, Gedränge oder falsche Laufwege).
• Fehleinschätzungen der Gefahrensituation, wodurch Rettungsmaßnahmen erschwert werden.
• Blockieren von Fluchtwegen oder Ausgängen, wenn mehrere Personen panisch gleichzeitig reagieren.
• Zusätzliche Belastung für Einsatzkräfte, die nicht nur die Leckage sichern, sondern gleichzeitig Menschen beruhigen und evakuieren müssen.

Wichtig ist: Der Geruch von Ammoniak ist bereits bei etwa 5–10 ppm (ppm = „parts per million“, also ein Millionstel Anteil) wahrnehmbar. Allerdings nimmt die Konzentration mit zunehmender Entfernung vom Austrittsort rasch ab, sodass die Geruchsintensität oft stärker wirkt, als es der tatsächlichen Gefahr entspricht.

Trotz dieser schnellen Verdünnung kann schon der Geruch allein zu Verunsicherung führen – besonders bei Personen, die nicht mit der Technik vertraut sind. Daher sind Aufklärung, regelmäßige Schulungen des Personals, klare Alarmwege und eine gut abgestimmte Evakuierungsplanung essenziell, um in Notfällen Ruhe zu bewahren und Paniksituationen zu verhindern.

Aggregatzustände und physikalische Eigenschaften von Ammoniak

Ammoniak (NH₃) kann je nach Temperatur und Druck in drei Aggregatzuständen vorkommen: gasförmig, flüssig und fest. Unter normalen Umgebungsbedingungen ist Ammoniak gasförmig. In der Kältetechnik wird es jedoch häufig verflüssigt, um große Mengen kompakt lagern und transportieren zu können.

Gasförmiger Zustand:
Bei 1 bar und rund 20 °C liegt Ammoniak als Gas vor. Es besitzt einen sehr stechenden Geruch, der bereits in geringen Konzentrationen wahrnehmbar ist (ab ca. 5 ppm). Bei Raumtemperatur ist Ammoniak somit grundsätzlich gasförmig.

Flüssiger Zustand:
Durch Abkühlung oder Druckerhöhung geht Ammoniak in den flüssigen Zustand über. Der Siedepunkt unter Normaldruck (1 bar) liegt bei −33,34 °C. Unterhalb dieser Temperatur bleibt Ammoniak flüssig. In technischen Anlagen wird Ammoniak häufig unter Druck verflüssigt, um den Platzbedarf zu reduzieren.

Fester Zustand:
Wird Ammoniak weiter abgekühlt, erstarrt es. Der Gefrierpunkt unter Normaldruck liegt bei −77,73 °C. Unterhalb dieser Temperatur befindet sich Ammoniak in fester Form.

Druckabhängigkeit:
Sowohl der Siede- als auch der Gefrierpunkt verschieben sich mit dem Druck. Bei höherem Druck steigt der Siedepunkt – Ammoniak bleibt somit auch bei wärmeren Temperaturen flüssig. Dieses Verhalten wird in der Kältetechnik bewusst genutzt.

Weitere physikalische Eigenschaften:

• Aggregatzustand bei Raumtemperatur: gasförmig
• Geruch: stechend und sehr früh wahrnehmbar
• Siedepunkt: −33,34 °C
• Schmelzpunkt: −77,73 °C
• Löslichkeit: sehr gut wasserlöslich (Ammoniakwasser)

Ammoniak – Chemische Eigenschaften

Ammoniak besitzt eine Reihe von charakteristischen chemischen Eigenschaften, die es sowohl in der Kältetechnik als auch in der Industrie zu einem wichtigen Stoff machen. Viele dieser Eigenschaften leiten sich aus der Struktur des Ammoniakmoleküls (NH₃) ab.

1. Basische Eigenschaften: Ammoniak wirkt in wässriger Lösung basisch. Es nimmt Protonen (H⁺) aus dem Wasser auf und bildet Ammoniumionen (NH₄⁺). Diese Eigenschaft macht Ammoniak zu einer wichtigen Grundchemikalie in der Industrie.
2. Reaktivität mit Säuren: Ammoniak reagiert leicht mit Säuren und bildet Ammoniumsalze. Beispiel: Reaktion mit Salzsäure (HCl) zu Ammoniumchlorid (NH₄Cl). Solche Reaktionen sind typisch für basische Stoffe.
3. Bildung von Komplexverbindungen: Ammoniak kann als Ligand wirken. Dabei bindet sich das Molekül an Metalle und bildet Komplexverbindungen, wie zum Beispiel [Cu(NH₃)₄]²⁺. Diese Fähigkeit spielt in der analytischen Chemie eine wichtige Rolle.
4. Redoxreaktionen: Unter bestimmten Bedingungen kann Ammoniak sowohl oxidiert als auch reduziert werden. Es ist also in Redoxprozessen reaktionsfähig. Ein Beispiel ist die Oxidation zu Stickoxiden (NOₓ) bei hohen Temperaturen.
5. Flammbarkeit: Ammoniak gilt bei normalen Betriebsbedingungen als nicht brennbar. In sehr hohen Konzentrationen und in Gegenwart von Sauerstoff kann Ammoniak jedoch entzündlich werden. Die Zündgrenzen liegen ungefähr bei 15–28 Prozent Ammoniak in Luft. Solche Bedingungen treten in Kälteanlagen praktisch nicht auf.
6. Geruchscharakteristik: Der stechende Geruch ist chemisch darauf zurückzuführen, dass Ammoniak sofort mit Feuchtigkeit auf Schleimhäuten reagiert und dadurch als reizend wahrgenommen wird. Der Geruch ist schon ab rund 5 ppm deutlich wahrnehmbar.
7. Löslichkeit: Ammoniak ist gut in Wasser löslich und bildet Ammoniakwasser, eine alkalische Lösung. Diese Löslichkeit spielt eine wichtige Rolle bei Absorptionskälteanlagen und bei der natürlichen Verteilung von Ammoniak in der Umwelt.

Diese chemischen Eigenschaften machen Ammoniak vielseitig einsetzbar, erfordern aber gleichzeitig ein verantwortungsbewusstes und fachkundiges Handling – insbesondere in der Kältetechnik.

Kennzeichnung gemäß Verordnung (EG)

Die CLP-Verordnung schreibt vor, dass Gefahrstoffe klar gekennzeichnet werden. Die folgenden GHS-Piktogramme zeigen die wichtigsten Gefahren von Ammoniak.

GHS06: weist auf akute Giftigkeit hin.

GHS05: kennzeichnet ätzende Wirkungen auf Gewebe.

GHS09: zeigt Umweltgefährdung für Wasserorganismen.

Herstellung von Ammoniak

Ammoniak kann sowohl natürlich entstehen als auch industriell hergestellt werden. Für den technischen Einsatz – insbesondere in der Kältetechnik – stammt praktisch das gesamte Ammoniak aus der industriellen Produktion.

Chemische (industrielle) Herstellung – Haber-Bosch-Verfahren

Industriell wird Ammoniak fast ausschließlich über das Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren wurde Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt und ist einer der bedeutendsten chemischen Prozesse der Menschheitsgeschichte.

Beim Haber-Bosch-Verfahren reagieren Stickstoff (N₂) aus der Luft und Wasserstoff (H₂) miteinander zu Ammoniak (NH₃). Die Reaktion läuft unter hohem Druck (150–300 bar) und hoher Temperatur (400–500 °C) ab und benötigt einen Katalysator.

Der Prozess ist extrem energieaufwendig – er zählt zu den größten Energieverbrauchern der chemischen Industrie. Dennoch ist er unverzichtbar: Durch das Haber-Bosch-Verfahren kann Ammoniak in großen Mengen produziert werden, was vor allem die weltweite Herstellung von Düngemitteln ermöglicht. Dadurch spielt dieses Verfahren eine Schlüsselrolle für die Ernährung der Weltbevölkerung.

Natürliche Entstehung von Ammoniak

Auch in der Natur entsteht Ammoniak, wenn auch in deutlich kleineren Mengen. Typische Quellen sind:

• Zersetzung organischer Stoffe – zum Beispiel Kompost, Gülle, Abfälle
• Vulkanische Aktivität – Spuren von NH₃ in vulkanischen Gasen
• Biologische Prozesse im menschlichen und tierischen Körper – Abbau von Proteinen

Das natürlich entstehende Ammoniak hat für die Kältetechnik keine praktische Bedeutung, zeigt jedoch, dass NH₃ ein Stoff ist, der in der Umwelt vorkommt und nicht künstlich erfunden wurde.

Ist Ammoniak brennbar? – Zündtemperatur und Brandgefahr

Ammoniak (NH₃) ist grundsätzlich brennbar, allerdings nur unter bestimmten Bedingungen. Die Zündtemperatur von Ammoniak ist vergleichsweise hoch, was bedeutet, dass es nicht leicht entzündlich ist. In Gegenwart von Eisen als Katalysator liegt die Zündtemperatur bei etwa +630 °C. Ohne Eisen sind sogar rund +850 °C notwendig, damit sich Ammoniak entzündet.

Trotz dieser hohen Zündgrenzen sollte das Brandrisiko in Ammoniak-Kälteanlagen nicht unterschätzt werden – insbesondere in Bereichen mit heißen Oberflächen oder offenen Flammen. Auch wenn Ammoniak bei normaler Umgebungstemperatur nicht leicht Feuer fängt, kann es in geschlossenen Räumen unter bestimmten Voraussetzungen ein explosives Luft-Gas-Gemisch bilden.

Für den sicheren Betrieb von Anlagen mit Ammoniak ist es daher wichtig, mögliche Zündquellen zu vermeiden und alle sicherheitstechnischen Vorgaben gemäß TRAS 110 einzuhalten, insbesondere in Maschinenräumen und Verdichterbereichen.

Ammoniak und Wasser

Ammoniak und Wasser reagieren sehr stark miteinander. Sobald Ammoniak (NH₃) in Kontakt mit Wasser kommt, löst es sich nicht nur auf, sondern es entsteht eine alkalische Lösung, das sogenannte Ammoniakwasser. Dieser Vorgang ist exotherm – das bedeutet, dass dabei Wärme freigesetzt wird. Dadurch kann die Reaktion für ungeübte Personen überraschend heftig wirken.

Das folgende Video zeigt anschaulich, wie Ammoniak sich in Wasser verhält und warum dieser Stoff in der Natur und in der Kältetechnik eine so besondere Rolle spielt.

Sicherheitsdatenblatt (SDB) für Ammoniak

Ein Sicherheitsdatenblatt (SDB) – gemäß Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) – enthält alle sicherheitsrelevanten Informationen zu einem Stoff. Dazu gehören Gefahrenhinweise, physikalische und chemische Eigenschaften, Maßnahmen bei Unfällen, Hinweise zur Lagerung sowie Vorgaben zum Arbeits- und Gesundheitsschutz. Für den Umgang mit Ammoniak ist das Sicherheitsdatenblatt ein unverzichtbares Dokument, das jeder Betreiber kennen und jederzeit verfügbar haben sollte.

Merkblatt: Empfehlung für den Feuerwehreinsatz bei Gefahr durch Ammoniak

Für Einsatzkräfte ist es wichtig, bei Ammoniakunfällen schnell, sicher und strukturiert handeln zu können. Dieses offizielle Merkblatt beschreibt empfohlene Maßnahmen, Schutzstufen und taktische Vorgehensweisen beim Umgang mit Ammoniak in Notfallsituationen.