Ein „CO₂-Durchbruch“ klingt zunächst relativ einfach: CO₂ gelangt durch den Scrubber. Technisch betrachtet steckt jedoch mehr dahinter.

Ein CO₂-Durchbruch im Rebreather tritt auf, wenn der Scrubber das CO₂ nicht mehr ausreichend entfernt, bevor das Atemgas wieder zum Taucher zurückkehrt. Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass das gesamte Absorbermaterial vollständig verbraucht ist. Ein Durchbruch kann durch fortschreitende Erschöpfung des Atemkalks entstehen, durch eine ungünstige Gasströmung innerhalb des Absorberbetts oder dadurch, dass das Gas das Absorberbett über einen Bypass teilweise oder vollständig umgeht.

Die bessere Frage lautet deshalb:

Was passiert im Scrubber, wenn CO₂ nicht mehr ausreichend entfernt wird?

Diese Unterscheidung ist wichtig, denn ein CCR-Scrubber ist nicht einfach nur ein Behälter mit Sofnolime. Er ist ein vollständiges CO₂-Entfernungssystem, bei dem Absorbermaterial, Gasströmung und der vorgesehene Gasweg gemeinsam funktionieren müssen.

CO₂ Durchbruch im Rebreather auf einen Blick

Der entscheidende Punkt ist: Ein CO₂-Durchbruch ist ein Leistungsproblem und nicht einfach ein Zeitproblem. Part 03 beschäftigte sich damit, wie die Nutzungsdauer eines Scrubbers verwaltet wird. Part 04 erklärt, was passiert, wenn die CO₂-Entfernung selbst nicht mehr ausreichend funktioniert.

Was bedeutet ein CO₂ Durchbruch im Rebreather eigentlich?

Während des normalen CCR-Betriebs atmet der Taucher metabolisch erzeugtes CO₂ in den Atemkreislauf aus. Dieses Atemgas strömt durch den Scrubber, bevor es wieder zum Taucher zurückkehrt. Die Aufgabe des Scrubbers besteht darin, das CO₂ aus dem zirkulierenden Gas zu entfernen.

Ein CO₂-Durchbruch bedeutet, dass CO₂ den Scrubber passiert, ohne ausreichend entfernt zu werden. Anstatt dass CO₂-reiches Gas in den Scrubber eintritt und ausreichend von CO₂ befreites Gas ihn verlässt, beginnt CO₂ stromabwärts des Absorberbetts aufzutreten.

Ein Durchbruch beschreibt damit die tatsächliche Leistungsfähigkeit des CO₂-Entfernungssystems. Er bedeutet nicht einfach, dass der Scrubber eine bestimmte Anzahl von Stunden benutzt wurde.

Diese Frage gehört zur Scrubber-Dauer. Beim Durchbruch geht es um etwas anderes:

Entfernt der Scrubber das durchströmende CO₂ noch ausreichend?

Wird der gesamte Scrubber gleichzeitig erschöpft?

Nein. Ein CCR-Scrubber sollte nicht so verstanden werden, als würden alle Körner des Absorbermaterials im exakt gleichen Moment von „frisch“ zu „verbraucht“ wechseln.

Die Reaktion im Absorberbett schreitet durch den Scrubber hindurch fort. Dieser Prozess wurde auch experimentell untersucht, unter anderem mit Temperatursensoren, die an verschiedenen Stellen im Rebreather-Scrubber positioniert wurden und die Bewegung der exothermen Reaktion durch das Absorberbett erfassen können. Wenn CO₂-haltiges Gas in das Absorbermaterial eintritt, konzentriert sich die chemische Reaktion, die für die Entfernung des CO₂ verantwortlich ist, in einem aktiven Bereich des Betts. Dieser Bereich wird häufig als Reaktionszone oder Reaktionsbereich bezeichnet.

Während das Absorbermaterial näher am Gaseinlass zunehmend verbraucht wird, bewegt sich der aktive Bereich weiter durch den Scrubber. Vereinfacht lässt sich der Ablauf so darstellen:

CO₂-reiches Gas → zunehmend verbrauchtes Absorbermaterial → aktive Reaktionszone → weniger verbrauchtes Absorbermaterial → gescrubbtes Gas

Mit zunehmender Nutzung schreitet die Reaktionszone durch das Absorberbett weiter voran. Irgendwann kann stromabwärts der Reaktionszone nicht mehr genügend wirksames Absorbermaterial vorhanden sein, um das einströmende CO₂ ausreichend zu entfernen, bevor das Gas den Ausgang des Scrubbers erreicht. CO₂ beginnt dann stromabwärts aufzutreten.

Das ist ein CO₂-Durchbruch infolge fortschreitender Erschöpfung des Absorbermaterials.

Das genaue Durchbruchsprofil hängt vom Scrubbersystem, vom verwendeten Absorbermaterial und von den Betriebsbedingungen ab. Es sollte deshalb nicht als eine universelle Kurve oder als ein einzelner Moment verstanden werden, in dem plötzlich der gesamte Scrubber aufhört zu funktionieren.

Die Reaktionszone und verbleibendes Absorbermaterial

Die Bewegung der aktiven Reaktionszone erklärt einen wichtigen Punkt der Scrubberleistung: Ein CO₂-Durchbruch setzt nicht voraus, dass das gesamte Absorberbett vollständig erschöpft ist.

In einzelnen Bereichen kann noch chemische Kapazität vorhanden sein. Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass der Scrubber als Gesamtsystem noch genügend CO₂ aus dem austretenden Gas entfernen kann. Für den Taucher ist nicht entscheidend, ob sich irgendwo im Behälter noch chemisch aktives Material befindet, sondern ob das Gas, das den Scrubber verlässt, ausreichend von CO₂ befreit wurde.

Deshalb sind die Aussagen „Im Behälter ist noch Sofnolime vorhanden“ und „Der Scrubber entfernt CO₂ noch ausreichend“ nicht gleichbedeutend. Die erste beschreibt, was sich physisch im Behälter befindet. Die zweite beschreibt die Leistungsfähigkeit eines Lebenserhaltungssystems.

Warum der Gasfluss durch den Scrubber wichtig ist

Ein Scrubber entfernt CO₂ nicht allein deshalb, weil sich irgendwo im Rebreather Absorbermaterial befindet. Das CO₂-haltige Gas muss dieses Material erreichen und ausreichend wirksam damit in Kontakt kommen, damit die CO₂-Entfernung wie vorgesehen stattfinden kann.

Ein granularer Scrubber enthält viele einzelne Körner des Absorbermaterials mit Zwischenräumen. Das Atemgas bewegt sich durch diese Zwischenräume. Der Scrubber ist so konstruiert, dass das Gas kontrolliert durch das Absorberbett strömt.

Verändert sich dieser Gasfluss, sagt die Menge des physisch vorhandenen aktiven Sofnolime möglicherweise nicht mehr ausreichend darüber aus, wie gut der Scrubber tatsächlich arbeitet. Hier kommen zwei unterschiedliche Probleme ins Spiel: Channeling und Bypass.

Was ist Scrubber-Channeling?

Channeling tritt auf, wenn ein Teil des Atemgases einen bevorzugten Weg durch das Absorberbett nimmt, anstatt sich so durch das Bett zu verteilen, wie es vorgesehen ist.

Das Gas strömt weiterhin durch das Absorberbett; es umgeht den Scrubber also nicht vollständig. Das Problem besteht darin, dass ein unverhältnismäßig großer Anteil des Gasstroms einer bestimmten Route durch das Bett folgt und dadurch der wirksame Kontakt mit dem verfügbaren Absorbermaterial reduziert werden kann.

Bietet dieser Weg nicht genügend wirksamen Kontakt mit aktivem Absorbermaterial, kann die CO₂-Entfernung beeinträchtigt werden. Gleichzeitig können andere Bereiche des Absorbermaterials im Behälter vergleichsweise wenig genutzt werden.

Ein Scrubber kann deshalb noch wirksames Absorbermaterial enthalten und dennoch CO₂ nicht ausreichend entfernen. Entscheidend ist nicht nur, wie viel Atemkalk vorhanden ist, sondern ob das Gas entsprechend der vorgesehenen Scrubberkonstruktion mit ihm in Kontakt kommt.

Warum die korrekte Vorbereitung des Scrubbers wichtig ist

Das granulare Absorberbett muss entsprechend den für das jeweilige CCR festgelegten Verfahren vorbereitet werden. Die vorgesehene Verteilung und der Zustand des Absorberbetts beeinflussen, wie das Atemgas durch den Scrubber strömt.

Hohlräume, eine ungleichmäßige Verteilung oder andere Veränderungen des vorgesehenen Absorberbetts können den Gasfluss verändern. Entsteht ein unbeabsichtigter Strömungsweg mit geringerem Widerstand, kann ein unverhältnismäßig großer Anteil des Gases durch diesen Bereich strömen, anstatt sich wie vorgesehen durch das Absorbermaterial zu verteilen.

Für den Taucher besteht die praktische Konsequenz nicht darin, eigene Theorien über die optimale Befüllung eines Scrubbers zu entwickeln. Entscheidend ist vielmehr, zu verstehen, warum das jeweilige Verfahren existiert, und die für den tatsächlich verwendeten Rebreather festgelegten Vorgaben einzuhalten.

Ein Verfahren, das für ein CCR geeignet ist, sollte nicht automatisch auf ein anderes System übertragen werden, nur weil beide granuläres CO₂-Absorbermaterial verwenden.

Was ist ein Scrubber-Bypass?

Ein Bypass unterscheidet sich vom Channeling. Beim Channeling strömt das Gas weiterhin durch das Absorberbett, nimmt dort jedoch einen unbeabsichtigten Weg. Bei einem Bypass strömt ein Teil des Gases am vorgesehenen Absorberbett vorbei, anstatt korrekt hindurchzufließen.

Bietet das montierte Scrubbersystem einen alternativen Gasweg um das Absorbermaterial herum, kann CO₂-haltiges Gas möglicherweise die stromabwärtige Seite erreichen, ohne ausreichend gescrubbt worden zu sein. Das Absorbermaterial selbst kann weiterhin chemisch in der Lage sein, CO₂ zu entfernen und sogar frisch sein. Frisches Absorbermaterial kann jedoch kein CO₂ aus Gas entfernen, das es gar nicht durchströmt.

Deshalb muss der Scrubber als vollständiges System verstanden werden und nicht lediglich als eine bestimmte Menge Sofnolime. Eine wirksame CO₂-Entfernung hängt vom Absorbermaterial, dem Scrubberbehälter, den relevanten Verbindungen und Dichtungen sowie dem vorgesehenen Gasweg durch das System ab.

Wenn das Gas nicht wie vorgesehen durch das System strömt, kann aktives Absorbermaterial allein keine ausreichende CO₂-Entfernung garantieren.

Erschöpfung vs. Channeling vs. Bypass

Diese drei Mechanismen sollten voneinander unterschieden werden, weil sie verschiedene Ursachen für eine unzureichende Scrubberleistung beschreiben.

Erschöpfung des Absorbermaterials: Das Gas strömt wie vorgesehen durch den Scrubber, aber es steht nicht mehr genügend wirksame chemische Kapazität zur Verfügung.

Channeling: Das Gas strömt durch das Absorberbett, aber ein unbeabsichtigter bevorzugter Strömungsweg reduziert den wirksamen Kontakt mit aktivem Absorbermaterial.

Bypass: Das Gas findet einen Weg um das vorgesehene Absorberbett herum.

Alle drei Mechanismen können letztlich zum gleichen kritischen Ergebnis führen: CO₂ wird nicht ausreichend entfernt, bevor das Atemgas zum Taucher zurückkehrt. Der Mechanismus, der zu diesem Ergebnis führt, ist jedoch unterschiedlich.

Experimentelle Rebreather-Forschung beschreibt die Erschöpfung des Absorbermaterials, Channeling und Bypass als unterschiedliche Mechanismen, durch die es zu einem CO₂-Durchbruch kommen kann.

Diese Unterschiede zu verstehen vermittelt ein wesentlich besseres Modell der Scrubberleistung als die vereinfachte Vorstellung, dass Sofnolime lediglich entweder „gut“ oder „verbraucht“ sei.

Kann noch Sofnolime vorhanden sein und trotzdem ein CO₂-Problem bestehen?

Ja. Die bloße Anwesenheit von Absorbermaterial bedeutet nicht, dass das Atemgas ausreichend mit wirksamem Absorbermaterial in Kontakt kommt.

Bei fortschreitender Erschöpfung können einzelne Bereiche des Betts noch Kapazität besitzen, obwohl die CO₂-Entfernung stromabwärts bereits nicht mehr ausreichend ist. Beim Channeling kann ein größerer Anteil des Gases einen bestimmten Strömungsweg nutzen, während andere Bereiche vergleichsweise wenig beansprucht werden. Bei einem Bypass kann das Gas das vorgesehene Absorberbett sogar vollständig oder teilweise umgehen.

In allen drei Fällen lautet die entscheidende Frage nicht, wie viel Sofnolime scheinbar noch vorhanden ist. Entscheidend ist, ob der Scrubber als vollständiges System noch ausreichend CO₂ entfernt.

Das ist der Unterschied zwischen dem Blick auf den Inhalt eines Behälters und dem Verständnis der Leistungsfähigkeit eines Lebenserhaltungssystems.

Warum CO₂-Durchbruch nicht einfach bedeutet: „Der Timer ist bei null“

Part 03 — CCR Scrubber Dauer: Was bestimmt die Scrubberzeit wirklich? — erklärt, warum sich die Nutzungsdauer eines Scrubbers nicht auf eine universelle Anzahl von Stunden reduzieren lässt. Der Zusammenhang mit einem Durchbruch ist wichtig, aber Scrubber-Dauer und CO₂-Durchbruch sind keine austauschbaren Begriffe.

Ein Zeitlimit oder eine dokumentierte Laufzeit ist Teil der betrieblichen Methode, mit der die Nutzung eines Scrubbers innerhalb der festgelegten Verfahren und Grenzen kontrolliert wird. Ein Timer misst nicht direkt jede chemische Reaktion im Absorbermaterial. Ebenso wenig bestätigt er, dass das Atemgas tatsächlich dem vorgesehenen Weg durch den Scrubber folgt.

Das Absorbermaterial weiß nicht, was die Stoppuhr anzeigt.

Die sinnvolle Unterscheidung lautet:

Die Scrubber-Dauer beschreibt, wie die erwartete nutzbare Lebensdauer des Scrubbers verwaltet wird.

Der CO₂-Durchbruch beschreibt, was passiert, wenn die tatsächliche CO₂-Entfernung nicht mehr ausreichend ist.

Das Verständnis dafür, dass die Scrubberleistung von den jeweiligen Bedingungen abhängt, sollte einen Taucher dazu bringen, die für das jeweilige CCR festgelegten Verfahren und Betriebsgrenzen konsequenter einzuhalten. Es sollte nicht als Begründung dafür dienen, eigene Verlängerungen dieser Grenzen festzulegen.

Warum der Gasweg Teil des Scrubbers ist

Es ist leicht, die Leistungsfähigkeit eines Scrubbers hauptsächlich als Eigenschaft des Absorbermaterials zu betrachten. Das Absorbermaterial ist jedoch nur ein Teil des Systems.

Für eine ausreichende CO₂-Entfernung muss das Atemgas über den vorgesehenen Weg in den Scrubber eintreten, wie konstruiert durch das Absorberbett strömen, wirksam mit aktivem Material in Kontakt kommen und den Scrubber wieder verlassen, ohne dass ein alternativer Strömungsweg unzureichend gescrubbtes Gas am Absorberbett vorbeiführt.

Damit ist der Gasfluss selbst ein Bestandteil der Scrubberleistung.

Aus diesem Grund sind auch die Verfahren für Vorbereitung und Einbau wichtig. Es handelt sich nicht einfach um mechanische Schritte, die durchgeführt werden, weil sie im Handbuch stehen. Sie dienen dazu, die Bedingungen sicherzustellen, unter denen der Scrubber seine Funktion als Teil eines Lebenserhaltungssystems erfüllen kann.

Ein sachkundiger CCR-Taucher sollte daher nicht nur wissen, welche Verfahren vorgeschrieben sind, sondern auch verstehen, vor welchen Fehlermechanismen diese Verfahren schützen sollen.

Was passiert, wenn CO₂ durch den Scrubber gelangt?

Im normalen Betrieb atmet der Taucher CO₂ aus, das Atemgas strömt durch den Scrubber, das CO₂ wird entfernt und das gescrubbte Gas kehrt zum Taucher zurück.

Bei einem CO₂-Durchbruch verändert sich diese Abfolge:

Der Taucher atmet CO₂ aus → der Scrubber entfernt nicht mehr genügend CO₂ → ein Teil des CO₂ verbleibt im zirkulierenden Gas → der Taucher kann dieses CO₂ erneut einatmen.

Ab diesem Punkt beginnt sich das Problem vom Rebreather auf den Taucher zu verlagern. Das Hinzufügen von Sauerstoff entfernt kein Kohlendioxid, und die Einhaltung des vorgesehenen Sauerstoffpartialdrucks kompensiert keine unzureichende CO₂-Entfernung.

Wenn der Scrubber CO₂ wieder in das inspirierte Atemgas gelangen lässt, kann der Taucher beginnen, sein metabolisch erzeugtes Kohlendioxid erneut einzuatmen. Was danach physiologisch passiert, verdient eine eigene Betrachtung.

Genau dort beginnt Part 05.

Ist CO₂-Durchbruch dasselbe wie Hyperkapnie?

Nein. Die beiden Begriffe beschreiben unterschiedliche Teile des Problems.

CO₂-Durchbruch beschreibt, was im Rebreather passiert: CO₂ gelangt durch den Scrubber, ohne ausreichend entfernt zu werden.

Hyperkapnie beschreibt, was im Taucher passiert: Der CO₂-Gehalt im Körper ist pathologisch erhöht.

Ein CO₂-Durchbruch kann zu einer Hyperkapnie beitragen, weil der Taucher CO₂ erneut einatmen kann. Hyperkapnie ist jedoch ein umfassenderes physiologisches Thema und kann auch durch andere Mechanismen als einen Scrubber-Durchbruch beeinflusst werden.

Part 04 folgt dem Problem durch den Scrubber. Part 05 folgt ihm weiter in den Taucher.

Was sollte ein CCR-Taucher daraus mitnehmen?

Ein CCR-Scrubber benötigt mehr als aktives Absorbermaterial. Er benötigt ein vollständiges System, in dem Absorbermaterial, Behälter und Gasweg wie vorgesehen zusammenarbeiten.

Fortschreitende Erschöpfung des Absorbermaterials kann schließlich dazu führen, dass CO₂ den Scrubber passiert. Channeling kann den wirksamen Kontakt zwischen Gas und vorhandenem Absorbermaterial reduzieren, während ein Bypass dazu führen kann, dass das Gas das Absorberbett umgeht.

Das sind unterschiedliche Mechanismen, aber sie führen alle zur gleichen grundlegenden Anforderung zurück: Das vom Taucher produzierte CO₂ muss ausreichend entfernt werden, bevor das Atemgas zum Taucher zurückkehrt.

Beim Verständnis eines CO₂-Durchbruchs geht es deshalb nicht nur darum, eine weitere Definition zu lernen. Es geht darum zu verstehen, warum Verfahren zur Vorbereitung, Montage und Nutzung eines Scrubbers überhaupt existieren.

Für Taucher, die in das CCR-Tauchen einsteigen oder ihr Rebreather-Wissen weiterentwickeln, ist diese Unterscheidung wichtig. Gute CCR-Ausbildung sollte nicht nur den Ablauf vermitteln. Sie sollte dem Taucher helfen zu verstehen, warum dieser Ablauf existiert und welchen Fehlermechanismus er verhindern soll.

Bei Lagona Divers Technical basiert die CCR-Ausbildung darauf, den Rebreather als vollständiges Lebenserhaltungssystem zu verstehen – und nicht lediglich die notwendigen Bedienungsschritte auswendig zu lernen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein CO₂-Durchbruch im Rebreather?

Ein CO₂-Durchbruch tritt auf, wenn CO₂ den Scrubber eines Rebreathers passiert, ohne ausreichend entfernt zu werden, bevor das Atemgas wieder zum Taucher zurückkehrt.

Bedeutet ein CO₂-Durchbruch, dass das gesamte Sofnolime vollständig verbraucht ist?

Nein. Eine fortschreitende Erschöpfung kann zu einem Durchbruch führen, bevor das gesamte Absorberbett vollständig erschöpft ist. Eine unzureichende CO₂-Entfernung kann außerdem durch Probleme des Gasflusses wie Channeling oder Bypass entstehen.

Was ist Scrubber-Channeling?

Channeling bedeutet, dass ein Teil des Gases einen unbeabsichtigten bevorzugten Weg durch das Absorberbett nimmt. Dadurch kann der wirksame Kontakt zwischen Atemgas und aktivem Absorbermaterial reduziert werden.

Was ist der Unterschied zwischen Channeling und Bypass?

Beim Channeling strömt das Gas weiterhin durch das Absorberbett, jedoch entlang eines unbeabsichtigten bevorzugten Weges. Bei einem Bypass strömt das Gas am vorgesehenen Absorberbett vorbei, anstatt korrekt hindurchzufließen.

Kann frisches Sofnolime trotzdem an einem CO₂-Entfernungsproblem beteiligt sein?

Ja, grundsätzlich. Aktives Absorbermaterial kann kein CO₂ aus Gas entfernen, das nicht ausreichend mit ihm in Kontakt kommt. Channeling oder Bypass können deshalb die CO₂-Entfernung beeinträchtigen, obwohl noch wirksames Absorbermaterial vorhanden ist.

Ist CO₂-Durchbruch dasselbe wie Hyperkapnie?

Nein. Ein CO₂-Durchbruch beschreibt eine unzureichende CO₂-Entfernung durch den Rebreather. Hyperkapnie beschreibt einen erhöhten CO₂-Gehalt im Körper des Tauchers. Ein Durchbruch kann zu Hyperkapnie beitragen, weil CO₂ erneut eingeatmet werden kann.

Verstehe dein CCR – nicht nur den Scrubber-Timer

Zu wissen, wie lange ein Scrubber genutzt werden darf, ist wichtig. Zu verstehen, warum er CO₂ entfernt und wodurch diese Entfernung unzureichend werden kann, ist jedoch etwas anderes.

Ein sachkundiger CCR-Taucher sollte verstehen, dass Scrubberleistung mehr erfordert als lediglich Absorbermaterial in einem Behälter. Das Absorbermaterial benötigt ausreichende Kapazität, das Gas muss wie vorgesehen hindurchströmen und das montierte System muss verhindern, dass Gas das Absorberbett umgeht.

Dieses Verständnis sollte einen Taucher nicht dazu verleiten, mit den Grenzen der Scrubberleistung zu experimentieren. Es sollte vielmehr dazu führen, dass die für das CCR festgelegten Verfahren nachvollziehbarer und konsequenter eingehalten werden.

Deinen Rebreather verstehen – nicht nur bedienen

CCR-Ausbildung besteht nicht einfach darin, eine Reihe von Abläufen zu lernen. Ziel sollte es sein, die Ausrüstung und das System zu verstehen, ihre Grenzen zu kennen, die notwendigen Fertigkeiten zu entwickeln und zu wissen, warum die einzelnen Verfahren existieren.

Bei Lagona Divers Technical verfolgen wir genau diesen Ansatz in der Rebreather-Ausbildung: Wir möchten sachkundige und kompetente CCR-Taucher entwickeln, die ihren Rebreather als Lebenserhaltungssystem verstehen und nicht nur wissen, wie man ihn bedient.

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