Die CO₂-Reinigung ist ein innovatives und besonders schonendes Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen auf empfindlichen Oberflächen. Dabei kommt Kohlendioxid als Reinigungsmedium zum Einsatz. Durch gezielte Strahlung auf die zu reinigende Fläche werden kleine Partikel und sogar feinste Rückstände wie Schmauchspuren oder Staub effektiv entfernt – ganz ohne Wasser, Lösungsmitteln oder abrasive Mittel zu verwenden. Die Methode basiert auf physikalischen Prozessen wie der Sublimation und ermöglicht eine rückstandsfreie Reinigung, die vor allem in Hightech-Branchen wie der Elektronik-, Luft- und Raumfahrt- oder Medizintechnik Anwendung findet.
Alles auf einen Blick:
- CO₂-Reinigung und Trockeneisreinigung sind ähnliche, aber keine gleichbedeutenden Reinigungsverfahren.
- Das Verfahren ist trocken, rückstandsfrei und umweltfreundlich.
- Kohlendioxid ist ungiftig und nicht brennbar, was die Sicherheit für die Anwender verbessert.
- Flüssiges und überkritisches CO₂ besitzt sehr gute Lösungseigenschaften, insbesondere wenn es um Fette und Öle geht.
- In einer speziellen Düse werden die Schneepartikel mithilfe von Druckluft gebündelt (Druckluftstrahl), auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und je nach Düsengeometrie als punktueller Rundstrahl oder breiter Flachstrahl gezielt auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet.
- Es bestehen hohe Anschaffungskosten für diese Art der Reinigung.
Was ist eine CO₂-Reinigung?
Die CO₂-Reinigung ist ein innovatives, umweltfreundliches Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen. Dabei wird Kohlendioxid eingesetzt, um Oberflächen effektiv von Fetten, Ölen und organischen Verbindungen zu befreien, ohne schädliche Rückstände. Unter hohem Druck und passenden Temperaturen wird CO₂ zum Lösungsmittel und findet Anwendung etwa in der Elektronikindustrie zur Reinigung empfindlicher Bauteile. Dank ihrer Vielseitigkeit eignet sich die CO₂-Reinigung für Oberflächen- und Tiefenreinigung gleichermaßen.
Wer nutzt die CO₂-Reinigung?
Die CO₂-Reinigung gewinnt zunehmend an Bedeutung in verschiedenen Industriezweigen, da sie eine umweltfreundliche und effektive Methode zur Entfernung von Verunreinigungen darstellt. Ein Hauptnutzer dieser Technologie ist die Elektronikindustrie. Hier wird die CO₂-Reinigung eingesetzt, um empfindliche Bauteile wie Leiterplatten von Rückständen und Partikeln zu befreien, ohne dabei die empfindlichen Strukturen zu beschädigen. Dies ist besonders wichtig, da herkömmliche Reinigungsmethoden oft aggressive Chemikalien verwenden, die die empfindlichen Oberflächen angreifen könnten.
Auch die Automobilindustrie profitiert von der CO₂-Reinigung. Bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten, insbesondere in der Metall- und Kunststoffverarbeitung, werden CO₂-basierte Reinigungsverfahren genutzt, um Öl, Fette und andere Produktionsrückstände effizient zu entfernen. Dies trägt nicht nur zur Verbesserung der Produktqualität bei, sondern reduziert auch den Einsatz von Wasser und Chemikalien, was die Umweltbelastung verringert.
Des Weiteren nutzen die Textil- und Modeindustrie CO₂-Reinigungstechniken, um Stoffe und Kleidungsstücke von Schmutz und Chemikalien zu befreien, die während der Produktion auftreten können. Diese Methode schont die Materialien und erhält deren Qualität, was für hochwertige Textilprodukte von entscheidender Bedeutung ist.
Insgesamt wird die CO₂-Reinigung von Unternehmen geschätzt, die Wert auf Nachhaltigkeit und Effizienz legen, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen.
Ist CO₂-Reinigung das Gleiche wie Trockeneisreinigung?
CO₂-Reinigung und Trockeneisreinigung sind zwei Verfahren, die im industriellen Kontext häufig als gleichbedeutend betrachtet werden. Tatsächlich bestehen enge Parallelen, da beide Technologien auf der Verwendung von Kohlendioxid basieren. Dennoch gibt es wichtige technische Unterschiede. Die Trockeneisreinigung ist eine spezielle Form der CO₂-Reinigung mit überwiegend mechanischer Wirkung, wohingegen andere CO₂-Reinigungsverfahren physikalisch-chemische Prozesse nutzen.
Was unterscheidet die beiden Verfahren?
| CO₂-Reinigung (CO₂-Schneestrahlen) | Trockeneisreinigung (Trockeneisstrahlen) |
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Wo wird die CO₂-Reinigung eingesetzt?
- Vorbehandlung von Kunststoffteilen zur Lackierung oder Verklebung
- Oberflächenreinigung sensibler Elektronikbauteile
- Reinigung medizinischer Komponenten wie Implantate und Prothesen
Die meisten Zwischenprodukte und Bauteile aus der industriellen Fertigung müssen vor der Weiterverarbeitung oder dem Verkauf von Produktionsrückständen befreit werden. Dafür kommen heute überwiegend nasschemische oder wässrige Reinigungsverfahren zum Einsatz. Eine interessante Alternative bietet komprimiertes Kohlendioxid, in flüssiger oder überkritischer Form. Flüssiges und überkritisches CO₂ besitzt hervorragende Lösungseigenschaften, insbesondere für Fette und Öle. Aufgrund seiner geringen Viskosität und niedrigen Grenzflächenspannung eignet es sich besonders gut für die Reinigung von Schüttgütern sowie komplexen Bauteilen mit schwer zugänglichen Hohlräumen. Im großtechnischen Maßstab findet überkritisches CO₂ übrigens bereits seit vielen Jahren Anwendung – etwa bei der Extraktion natürlicher Stoffe, wie bei der Entkoffeinierung von Kaffee.
Wie funktioniert die CO₂-Reinigung?
Die CO₂-Reinigung (meist als CO₂-Schneestrahlen bezeichnet) ist ein innovatives, trockenes und rückstandsfreies Reinigungsverfahren, das vor allem in der Industrie zur Entfernung von partikulären und filmischen Verunreinigungen auf empfindlichen Oberflächen eingesetzt wird. Der Prozess unterscheidet sich technisch vom klassischen Trockeneisstrahlen durch die Art der Strahlmittelzufuhr und die Partikelgröße.
Beim CO₂-Reinigungsverfahren wird flüssiges Kohlendioxid in einer Düse entspannt, wodurch es in festen Zustand übergeht und kleine Trockeneispartikel bildet. Diese festen CO₂-Partikel werden mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt. Der eigentliche Reinigungseffekt entsteht dabei durch die Sublimation: Beim Auftreffen auf die Oberfläche geht das feste Kohlendioxid direkt in den gasförmigen Zustand über ohne vorher zu schmelzen. Dieser rasche Phasenwechsel erzeugt eine mikrolokale Druckdifferenz, durch die Partikel, Staub und andere Verschmutzungen von der Oberfläche effektiv abgelöst werden. Der Übergang von flüssig zu fest in der Düse ist physikalisch gesehen keine Sublimation, sondern ein Gefrierprozess, nur der direkte Übergang von fest zu gasförmig beim Auftreffen ist als Sublimation zu bezeichnen und stellt den zentralen Wirkmechanismus der CO₂-Reinigung dar.
Ablauf des CO₂-Schneestrahlens in 3 Schritten
Beim CO₂-Schneestrahlen wird flüssiges Kohlendioxid unter Druck durch eine Düse expandiert, wodurch feine Schneekristalle entstehen. Diese werden mit Druckluft beschleunigt und auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt. Beim Aufprall lösen die kalten CO₂-Partikel Verunreinigungen durch eine Kombination aus thermischem, mechanischem und physikalischem Effekt. Der Reinigungsvorgang ist trocken, rückstandsfrei und besonders materialschonend, da das CO₂ vollständig sublimiert und keine zusätzlichen Reinigungsmittel benötigt werden.
1. Erzeugung des Strahlmittels
Flüssiges CO₂ wird aus einem Tank oder einer Gasflasche unter Druck in das Strahlgerät geleitet. Dort wird es durch eine schnelle Entspannung (Druckabfall) in feine CO₂-Schneepartikel umgewandelt, die eine Temperatur von etwa -78,5 °C haben.
2. Beschleunigung und Auftrag
Die Schneepartikel werden mit Druckluft in einer speziellen Düse (zum Beispiel Zweistoff-Ringdüse) gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Je nach Düsengeometrie entsteht ein punktueller Rundstrahl oder ein breiter Flachstrahl, der gezielt auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird.
3. Reinigungsmechanismus
Die abgelösten Verunreinigungen werden durch den Luftstrom und eine integrierte Absaugung entfernt. Das CO₂ selbst verdampft rückstandsfrei, sodass keine Feuchtigkeit oder Strahlmittelreste auf dem Bauteil verbleiben. Moderne Anlagen arbeiten mit automatisierten Düsen, die den Strahl präzise steuern und so komplexe Bauteile rückstandsfrei reinigen.
Beim Auftreffen auf die Oberfläche wirken mehrere Effekte gleichzeitig:
- thermischer Effekt: Die Verunreinigungen werden durch die extreme Kälte spröde und lösen sich leichter ab.
- mechanischer Effekt: Die beschleunigten Schneepartikel „sprengen“ durch ihre kinetische Energie und den Sublimationseffekt (Übergang von fest zu gasförmig) Schmutzpartikel von der Oberfläche.
- Sublimationseffekt: Die Schneepartikel sublimieren schlagartig, wodurch Mikro-Druckstöße entstehen, die auch in Poren und feinen Strukturen Verunreinigungen ablösen.
- Lösemittel-Effekt: CO₂ kann organische Stoffe wie Öle und Fette physikalisch lösen und so auch filmische Rückstände entfernen.
Die Vorteile und Nachteile dieser Reinigungsmethode
Die CO₂-Reinigung vereint
- Effizienz,
- Umweltfreundlichkeit und
- Materialschonung
in einem innovativen Verfahren. Als trockenes und vollständig rückstandsfreies Reinigungsverfahren kommt sie ohne Feuchtigkeit und Strahlmittelreste aus. Aufwändige Trocknungsprozesse entfallen somit vollständig. Durch den Einsatz extrem feiner CO₂-Schneepartikel und präzise gesteuerter Druckluft arbeitet sie besonders schonend und eignet sich selbst für empfindliche Oberflächen wie Elektronikkomponenten oder medizinische Implantate, ohne diese zu beschädigen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der ökologischen Nachhaltigkeit des Verfahrens: Das verwendete Kohlendioxid stammt häufig als Nebenprodukt aus industriellen Prozessen, etwa der Ammoniaksynthese, und wird so sinnvoll weiterverwendet. Dadurch verringert sich der Bedarf an primären Rohstoffen, während gleichzeitig ein potenziell schädliches Treibhausgas nutzbringend eingesetzt wird.
Die Reinigung mit CO₂ ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch wirtschaftlich attraktiv. Der Prozess ist schnell, kostengünstig und verursacht keine Emissionen organischer Lösemittel (VOCs). Durch die Möglichkeit einer lokalen und bedarfsgerechten Anwendung wird die Ressourceneffizienz deutlich erhöht. Gleichzeitig vereinfacht sich die Produktion durch den Wegfall von Trocknungs- und Nachbehandlungsprozessen. Die Methode lässt sich leicht automatisieren und in bestehende Produktionslinien integrieren, wodurch eine zuverlässige Prozessüberwachung gewährleistet ist.
Dank ihrer hohen Reinigungswirkung auf unterschiedlichste Materialien und Materialverbunde trägt die CO₂-Reinigung entscheidend zur Erhöhung der Fertigungssicherheit und Prozessstabilität bei. Darüber hinaus lässt sie sich flexibel mit anderen Verfahren der Oberflächenvorbehandlung kombinieren. [1]
Die CO₂-Reinigung hat allerdings auch Nachteile. Dazu gehören:
- hohe Anschaffungskosten für Strahlanlage, CO₂-Tank und Druckluftsystem
- laufende Betriebskosten durch Drucklufterzeugung und CO₂-Verbrauch
- Kälteempfindlichkeit und damit Gefahr von Mikrorissen bei sensiblen Materialien
- begrenzte Abrasivität; kein effektiver Abtrag bei hartnäckigem Schmutz auf weichen Materialien
- schwierige Reinigung komplexer Geometrien
- effizienz stark abhängig von Strahlwinkel und Düsenabstand
- Gesundheitsrisiken bei CO₂-Austritt in geschlossenen Räumen
- Lärmemissionen durch Freistrahl können Arbeitsschutzmaßnahmen erfordern
- kein Haftungsaufbau – Nachteil für Beschichtungs- oder Klebeanwendungen
- keine Tiefenreinigung bei chemisch gebundenen oder eingebrannten Rückständen
- Abhängigkeit von stabiler CO₂-Versorgung in bestimmten Regionen
- Partikelabsaugung erforderlich
Lässt sich die Reinigungsmethode mit anderen kombinieren?
Bei der integralen Bauteilereinigung werden die guten Löseeigenschaften von flüssigem CO₂ mit mechanischer Unterstützung kombiniert – zum Beispiel durch den Einsatz von Ultraschall. Das sogenannte Batch-Verfahren läuft in einer geschlossenen Kammer ab: Das Reinigungsgut wird darin mit flüssigem CO₂ bei niedrigen Temperaturen (etwa 20 °C) und moderatem Druck (~56 bar) behandelt. Während der Reinigung lösen sich Fette, Öle und andere Rückstände. Diese Verunreinigungen werden anschließend aus dem System entfernt und das CO₂ wird fast vollständig zurückgewonnen und wiederverwendet.
Besonders anspruchsvoll ist die Reinigung von Bauteilen mit komplexen Innengeometrien, zum Beispiel Sackbohrungen oder Gewindebohrungen mit großem Aspektverhältnis (also tief und sehr schmal). Solche Stellen sind mit herkömmlichen Reinigungsverfahren kaum zu erreichen.
Hier bietet CO₂ eine effiziente Lösung: Zuerst wird das in den Bohrungen enthaltene Öl mit überkritischem CO₂ gelöst. Anschließend wird die Bohrung mit einem gezielten CO₂-Schneestrahl ausgeblasen. Dieses kombinierte Verfahren ermöglicht eine vollständige Entfernung von Ölresten, selbst in schwer zugänglichen Bereichen wie Hinterschneidungen oder porösen Oberflächen. [2]
Wie sicher ist CO₂-Reinigung?
Die CO₂-Reinigung gilt grundsätzlich als sicheres Verfahren, wenn sie korrekt betrieben wird. Es handelt sich um ein nicht brennbares, ungiftiges und rückstandsfreies Reinigungsverfahren, das zudem keine explosionsfähigen Gemische erzeugt – ein großer Vorteil gegenüber lösemittelbasierten Reinigungen. Aber: CO₂ ist in hohen Konzentrationen gesundheitsschädlich, weil es farb- und geruchlos ist und die Sauerstoffverdrängung in geschlossenen Räumen zur Gefahr werden kann. Deshalb sind technische und organisatorische Schutzmaßnahmen Pflicht:
- Belüftung sicherstellen: CO₂ ist schwerer als Luft und sammelt sich bei Leckagen am Boden. Deshalb ist eine wirksame Raumlüftung essenziell.
- CO₂-Konzentration überwachen: In geschlossenen Räumen sollten Gasmelder eingesetzt werden. Bereits ab 0,5 bis1 Vol.% sind Langzeitexpositionen kritisch, ab 5 Vol.% drohen Kopfschmerzen, ab 8 bis 10 Vol.% Bewusstlosigkeit und im schlimmsten Fall Tod. [3]
- persönliche Schutzausrüstung (PSA): In der Regel sind keine speziellen PSA nötig, aber beim Umgang mit flüssigem CO₂ sind Kälteschutzmaßnahmen sinnvoll.
- Lärmschutz: CO₂-Schneestrahlen erzeugt hohe Geräuschpegel, daher sind Gehörschutzmaßnahmen gegebenenfalls notwendig.
- Drucksicherheit: Anlagen stehen unter hohem Druck. Nur zertifizierte Komponenten und regelmäßige Wartung gewährleisten die Betriebssicherheit.
- Not-Aus und CO₂-Stopp: Anlagen sollten über Notabschaltungen und Schnellverschlussventile verfügen, falls eine Leckage auftritt.
Fazit
Die Reinigung mit Co₂ etabliert sich zunehmend als innovatives und nachhaltiges Verfahren für die industrielle Bauteil- und Oberflächenreinigung. Sie kombiniert hohe Reinigungsleistung mit außergewöhnlicher Materialschonung und Umweltverträglichkeit. Durch den Einsatz von flüssigem oder überkritischem Kohlendioxid lassen sich selbst empfindlichste Komponenten wie Elektronikbauteile, Medizintechnikprodukte oder Präzisionsteile zuverlässig und rückstandsfrei reinigen, ganz ohne den Einsatz klassischer Lösemittel oder aufwändiger Trocknungsschritte.
Quellen
[1] „CO₂-Schneestrahlen“. Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, 17. April 2025, https://www.ifam.fraunhofer.de/de/technologien/co2-schneestrahlen.html.
[2] „Reinigen mit komprimiertem Kohlendioxid“. Fraunhofer.de, https://www.ipk.fraunhofer.de/content/dam/ipk/IPK_Hauptseite/dokumente/themenblaetter/ps-themenblatt-reinigen-mit-kompco-web.pdf. Zugegriffen 25. April 2025.
[3] nnenraumanalytik.at, https://www.innenraumanalytik.at/pdfs/co2.pdf. Zugegriffen 25. April 2025.
