Ein Stickstofftank im Labor ist ein doppelwandiger, vakuumisolierter Behälter, der biologische Proben in flüssigem Stickstoff oder in dessen Dampfphase bei bis zu –196 °C lagert. Die Bauformen unterscheiden sich in Halsweite, Werkstoff, Lagerphase und Kapazität. Diese vier Merkmale bestimmen, wie viele Proben hineinpassen, wie bequem der Zugriff ist und wie viel Stickstoff täglich verdampft.
Wer einen neuen Kryobehälter plant, steht schnell vor einem Katalog aus Modellnummern. Hinter den Bezeichnungen verbergen sich wenige grundlegende Konstruktionsentscheidungen. Dieser Beitrag ordnet sie ein: welche Bauformen es gibt, wie sich Kapazität sinnvoll beziffern lässt und welche Faktoren den Stickstoffverbrauch treiben. Er ist bewusst kein Kaufratgeber. Wer konkret beschaffen will, findet die Entscheidungskriterien in unserem Leitfaden zum Kauf von Stickstoffbehältern für Labore und Biobanken.
Jeder Stickstofftank folgt demselben Prinzip: Ein Innenbehälter nimmt den flüssigen Stickstoff (LN₂) und die Proben auf. Ein Außenbehälter umschließt ihn. Dazwischen liegt ein Hochvakuum, meist ergänzt durch eine Mehrlagen-Superisolation und ein Adsorbens, das Restgase bindet. Das Vakuum unterbindet Wärmeleitung und Konvektion fast vollständig.
Die einzige feste Verbindung zwischen innen und außen ist der Tankhals. Über ihn fließt der größte Teil der Wärme in den Behälter, und durch ihn entweicht das verdampfte Gas. Deshalb ist der Hals das Bauteil, an dem sich die Bauformen am deutlichsten unterscheiden.
Vier Konstruktionsmerkmale definieren einen Stickstofftank. Sie lassen sich weitgehend frei kombinieren, beeinflussen sich aber gegenseitig.
Enghals-Behälter haben eine kleine Öffnung. Die Verdampfungsoberfläche ist gering, der Wärmeeintrag niedrig, die Haltezeit entsprechend lang. Der Preis dafür ist der Zugriff: Proben lassen sich nur in schmalen Kanistern oder Röhren entnehmen.
Weithals-Behälter öffnen den Blick auf den gesamten Lagerraum. Racks mit Kryoboxen lassen sich direkt greifen, große Beutelformate passen hindurch. Dafür steigt der Wärmeeintrag beim Öffnen und im Ruhezustand.
Einen Mittelweg bietet die exzentrische Tanköffnung: Der Hals sitzt außermittig, die Öffnungsfläche bleibt klein, und ein drehbarer Boden bringt jedes Rack unter die Öffnung. Bei den Consarctic® Kryotanks senkt diese Bauweise den LN₂-Verbrauch um bis zu 30 % und hält die Temperatur in der Dampfphase niedriger.
Aluminium ist leicht und korrosionsbeständig. Es eignet sich für kleinere, häufig bewegte Behälter. Die ABV+ Serie von Consarctic® deckt mit Aluminiumbehältern von 4 bis 150 Litern Kryoröhrchen, Beutel und Straws ab.
Edelstahl ist robuster, leichter zu reinigen und auf lange Standzeiten ausgelegt. Er ist der Werkstoff der Wahl für stationäre Lagersysteme und GMP-Umgebungen. Die ABS+ Serie (ABS75+, ABS150+) sowie die Langzeitlager der BSD+ Serie und der BSF+ Serie sind aus Edelstahl gefertigt.
In der Flüssigphase liegen die Proben direkt im LN₂ bei –196 °C. Die Temperatur ist maximal stabil, der Behälter gleicht Störungen gut ab. Nachteil: Der flüssige Stickstoff kann Mikroorganismen zwischen undichten Probenbehältern übertragen.
In der Dampfphase lagern die Proben über dem Flüssigkeitsspiegel im kalten Stickstoffgas. Das Kontaminationsrisiko sinkt deutlich, weshalb viele Biobanken und GMP-Betriebe diese Lagerform vorziehen. Entscheidend ist dann ein flacher Temperaturgradient vom Boden bis zur obersten Lagerposition. Die Unterschiede beschreibt unser Beitrag zur Lagerung in Dampf- und Flüssigphase bei –196 °C ausführlich.
Großvolumige Lagersysteme gibt es mit rechteckigem oder rundem Gehäuse. Rechteckige Gehäuse lassen sich platzsparend an Wände und in Reihen stellen. Runde Gehäuse sind kompakter in der Grundfläche. Beim BSF420+ (rechteckig) und beim BSR420+ (rund) sind Kapazität und Verdampfungsrate laut Datenblatt identisch; die Wahl folgt also dem Raum, nicht der Leistung.
Die Modellnummer eines Stickstofftanks ist eine Bezeichnung, keine Mengenangabe. Für die Planung zählen zwei Größen: das Behältervolumen in Litern und die Probenkapazität im tatsächlichen Format.
Die Datenblätter der Consarctic® BSF+ Serie zeigen, wie weit diese Zahlen auseinanderliegen:
Varianten mit Drehteller (etwa BSF420R+) tauschen etwas Kapazität gegen Ergonomie: 20.800 statt 25.900 Röhrchen, dafür kommt jede Position zur Öffnung. Für Biobanken mit sehr großen Beständen reicht die BSD+ Serie bis zu 100.000 Kryoröhrchen.
Planen Sie die Kapazität immer im realen Format und mit Reserve. Wie Racks, Kassetten und Boxen die nutzbare Zahl verändern, zeigt unser Beitrag zur Maximierung der Lagerkapazität im Kryotank.
Zwei praktische Grenzen kommen hinzu. Erstens das Gewicht: Ein gefüllter BSF820R+ wiegt rund 890 kg, was die Bodenbelastung des Raums betrifft. Zweitens die Entnahmehöhe: Sie liegt in der BSF+ Serie zwischen 1.170 und 1.355 mm und bestimmt, wie ergonomisch der tägliche Zugriff ist.
Der Stickstoffverbrauch eines Stickstofftanks setzt sich aus der statischen Verdampfung und den betrieblichen Verlusten zusammen. Die statische Verdampfung beschreibt, wie viel LN₂ der geschlossene, ungestörte Behälter pro Tag verliert. Sie ist eine Konstruktionseigenschaft und steht im Datenblatt.
Die statische Verdampfung wird durch Halsdurchmesser, Vakuumqualität, Isolation und Behältergröße bestimmt. Laut Datenblatt verdampfen beim BSF220+ 4,8 Liter pro Tag, beim BSF420+ 8,3 Liter und beim BSF820R+ 10,3 Liter.
Aus diesen Werten ergibt sich die Haltezeit: wie lange der Behälter ohne Nachfüllen die Lagertemperatur hält. Sie ist für Ausfallszenarien wichtig, etwa wenn die automatische Befüllung oder die Versorgung ausfällt.
Aussagekräftiger als der Tagesverbrauch ist der Verbrauch pro gelagerter Probe. Rechnet man die Datenblattwerte auf 1.000 Kryoröhrchen um, zeigt sich ein klarer Skaleneffekt:
Ein großer Behälter lagert also mehr als viermal so viele Röhrchen wie der kleinste, verdampft aber nur gut doppelt so viel Stickstoff. Wer mehrere kleine Tanks durch ein größeres System ersetzt, senkt den spezifischen Verbrauch deutlich.
Zur statischen Verdampfung kommen Verluste im Alltag: jedes Öffnen des Deckels, lange Entnahmezeiten, Reif am Hals, ungünstige Nachfüllstrategien und Verluste in Zuleitungen. Mit dem Alter des Vakuums steigt zudem die statische Verdampfung schleichend an. Wo diese Verluste entstehen und wie man sie senkt, beschreibt unser Beitrag LN₂-Verbrauch senken im Kryolager.
Ein Stickstofftank ersetzt keinen Ultratiefkühlschrank, er ergänzt ihn. Bei –80 °C laufen in vielen Zellen noch langsame biochemische Prozesse ab. Erst unterhalb der Glasübergangstemperatur von Wasser, rund –135 °C, kommen sie praktisch zum Stillstand. Für vitale Zellen, Stammzellen und Zelltherapeutika ist deshalb die Lagerung in LN₂ oder in dessen Dampfphase der Standard.
Ein weiterer Unterschied ist die Abhängigkeit vom Strom: Ein Kryotank hält seine Temperatur ohne Kompressor. Fällt die Versorgung aus, bleibt die Haltezeit als Puffer. Der direkte Vergleich in unserem Beitrag Ultra Low Temperature Freezer vs. Kryotank zeigt, welches System für welche Probenart passt.
Für die Lagerung in Biobanken definiert ISO 20387 die Anforderungen an Kompetenz, Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung. In GMP-Umgebungen gehört zum Behälter eine Installations- und Funktionsqualifizierung (IQ/OQ). Consarctic® ist nach EN ISO 13485:2016 und ISO 9001:2015 zertifiziert und übernimmt die IQ/OQ mit zertifizierten Technikern.
Bei der Auswahl der Bauform lohnt es sich daher, die spätere Qualifizierung mitzudenken: Messstellen für das Temperaturmapping, Anschlüsse für Füllstand und Alarm und eine eindeutige Dokumentation pro Behälter.
Die richtige Bauform ergibt sich aus Probenformat, Zugriffshäufigkeit, Bestandsgröße und Raum. Häufiger Zugriff spricht für Weithals oder exzentrische Öffnung mit Drehteller. Große, langfristige Bestände sprechen für Edelstahl-Langzeitlager in der Dampfphase. Kleine, mobile Bestände sprechen für Aluminium.
Einen Überblick über alle Serien finden Sie auf unserer Seite zu den Kryotanks von Consarctic®.
Das hängt von Größe und Bauform ab. Laut Datenblatt liegt die statische Verdampfung der Consarctic® BSF+ Serie zwischen 4,8 Litern (BSF220+) und 10,3 Litern pro Tag (BSF820R+). Im Betrieb kommen Verluste durch Öffnen, Nachfüllen und Zuleitungen hinzu.
Enghals-Behälter verbrauchen weniger Stickstoff, erschweren aber den Zugriff. Weithals-Behälter erleichtern die Entnahme ganzer Racks, verdampfen aber mehr. Eine exzentrische Öffnung mit drehbarem Boden verbindet beides: kleine Öffnung, voller Zugriff und bis zu 30 % weniger LN₂-Verbrauch.
Ein Kryotank lagert bei bis zu –196 °C mit flüssigem Stickstoff und braucht keinen Kompressor. Ein –80-°C-Gefrierschrank arbeitet elektrisch und liegt oberhalb der Glasübergangstemperatur von Wasser (rund –135 °C). Für vitale Zellen ist deshalb die Lagerung in LN₂ oder dessen Dampfphase Standard.
Die Haltezeit ergibt sich aus Füllmenge und Verdampfungsrate. Große Edelstahl-Lagersysteme verdampfen pro Probe deutlich weniger als kleine Behälter. Im Routinebetrieb übernimmt eine automatische Befüllung das Nachfüllen; die Haltezeit dient als Reserve für Störungen.
Sie planen neue Lagerkapazität oder wollen bestehende Stickstofftanks konsolidieren? Sprechen Sie mit den Experten von Consarctic®, dem marktführenden Anbieter für Kryotechnik in den Life Sciences: Wir berechnen Kapazität und Verbrauch für Ihr Probenformat und liefern das passende System inklusive IQ/OQ.