Neu und nachhaltig: Helium-Rückgewinnung am MPI für Kohlenforschung
Innovative Heliumrückgewinnungsanlage reduziert Verbrauch und steigert Versorgungssicherheit in der NMR-Spektroskopie.
In der NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanz) wird flüssiges Helium zum Kühlen der Magneten verwendet. Die Magnetspulen müssen konstant bei etwa -269 °C (4 Kelvin) gehalten werden, damit sie supraleitend bleiben. Hierfür eignet sich Helium aufgrund seines extrem niedrigen Siedepunktes sowie seiner chemischen Inertheit besonders gut. Die Preise für hochreines Helium haben sich in den vergangenen fünf Jahren jedoch drastisch erhöht. Produktionsausfälle, geopolitische Entwicklungen und die steigende Nachfrage – etwa aus der Halbleiterindustrie – verschärfen die Situation zusätzlich.
„Wir haben schon lange über die Einrichtung einer Helium-Rückgewinnungsanlage nachgedacht, da die Mengen an Helium, die kontinuierlich aus unseren NMR-Geräten verdampfen, enorm sind. Die KOFO verbraucht ca. 4.400 l Helium pro Jahr, das MPI CEC etwa 3.200 l pro Jahr (Zahlen von 2023). Alle zwei bis drei Monate müssen wir rund 50 bis 60 Liter flüssiges Helium in jeden von den 10 NMR Magneten am Institut nachfüllen. Als ich hier vor 16 Jahren angefangen habe, lag der Preis für einen Liter Helium bei etwa 9,50 Euro. Inzwischen sind es rund 35,00 Euro. Es war eine Frage der Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit.“, erzählt Christophe Farès.
Das Projekt Helium-Rückgewinnung startete im Jahre 2022 im Auftrag des Vorstandes. Auf Basis der vorgestellten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde die Rückgewinnung als Pilotprojekt zunächst in der NMR-Abteilung beschlossen und eine Anlage der Firma Quantum Technology Solution (Kanada/USA) bestellt. Seit 2025 ist sie im Keller des Physikgebäudes installiert und seit Februar 2026 in Betrieb.
Wie die Helium-Rückgewinnung funktioniert
Bei der Helium-Rückgewinnung wird das kontinuierlich verdampfende Helium aus den Magneten aufgefangen. Ein neu installiertes Rohrsystem transportiert das Gas über Spezialschläuche in den Keller. Alle sechs Großgeräte der zentralen NMR-Abteilung im Physikgebäude wurden umgerüstet und mit der Helium-Aufbereitungsanlage verbunden, welche die Besonderheit hat, dass sie direkt verflüssigen kann, bei Lastspitzen selbständig agiert und hochreines Helium liefert. Denn für große Speicher war auf dem Campus kein Platz. „Wir können jetzt etwa 90 Prozent des eingesetzten Heliums zurückgewinnen.“, erklärt Christophe Farès. „Mit dem Anschluss nur an unsere Abteilung lassen sich die Anschaffungskosten innerhalb von etwa zehn bis fünfzehn Jahren amortisieren.“
Eine Umsetzung in Eigenleistung mit viel Ideenreichtum
Von der Planung bis zur Umsetzung wurde bei der Helium-Rückgewinnung fast alles in Eigenleistung durchgeführt. „Unsere Schlosserei und das Gebäudemanagement haben Hervorragendes geleistet und gemeinsam mit den Kolleginnen und Kollegen aus der NMR viel Engagement und Ideenreichtum eingebracht.“, erzählt Christophe Farès.
Die Anlage hat das Potenzial, größere Mengen Helium zu verflüssigen. Das Konzept ist modular aufgebaut und kann um weitere Heliumverbraucher erweitert werden. Damit ließe sich der Heliumverbrauch auf dem Chemistry Campus weiter reduzieren und die vorhandene Infrastruktur noch effizienter nutzen. Der Vorstand des MPI hat beschlossen, dass dies schrittweise erfolgen soll.
