Der Satz „bei Kälte friert das Gas ein“ ist so verbreitet wie falsch. Nichts friert. Das Butan in der Kartusche ist längst flüssig — dafür ist es ja dort drin. Was bei Kälte fehlt, ist Druck.
Und Druck lässt sich ausrechnen. Die Dampfdruckkurven der drei Gase, die in Kartuschen vorkommen, sind seit Jahrzehnten vermessen; das NIST Chemistry WebBook führt sie mit Koeffizienten und Gültigkeitsbereich. Damit lässt sich für jede Außentemperatur sagen, was in der Kartusche noch los ist.
Warum eine Kartusche überhaupt fördert
Weil die Flüssigkeit darin einen Dampfdruck aufbaut, der über dem Luftdruck liegt — und dieses Druckgefälle schiebt das Gas durch die Düse.
Eine Gaskartusche enthält Flüssigkeit und darüber Gas im Gleichgewicht. Wird oben Gas entnommen, sinkt der Druck kurz, und Flüssigkeit verdampft nach, bis das Gleichgewicht wieder steht. Wie hoch dieser Gleichgewichtsdruck ist, hängt allein an der Temperatur und an der Zusammensetzung der Flüssigkeit.
Unterschreitet er den Luftdruck von rund 1,01 bar, hört die Kartusche auf zu fördern. Sie ist dann nicht kaputt und nicht leer — sie ist nur zu kalt.
Die Grenztemperaturen der drei Gase
Sie liegen weit auseinander: rund −0,3 Grad Celsius für n-Butan, −11,7 Grad für Isobutan und −42,5 Grad für Propan.
| Temperatur | Propan | Isobutan | n-Butan |
|---|---|---|---|
| 20 °C | 8,59 | 3,01 | 2,08 |
| 10 °C | 6,55 | 2,20 | 1,49 |
| 0 °C | 4,89 | 1,58 | 1,04 |
| −10 °C | 3,56 | 1,10 | 0,70 * |
| −20 °C | 2,52 | 0,72 * | 0,46 * |
| fördert bis | −42,5 °C | −11,7 °C | −0,3 °C |
Ein Stern markiert Werte, die den Luftdruck nicht mehr überschreiten. Reines n-Butan ist bei null Grad genau an der Grenze — deshalb ist eine reine Butankartusche im Frost praktisch nutzlos, und deshalb steckt in jeder ernsthaften Trekkingkartusche Propan.
Der Effekt, den fast niemand nennt: die Kartusche entmischt sich
Propan verdampft zuerst. Deshalb wird eine angebrochene Kartusche mit jedem Kochvorgang kälteempfindlicher, ohne dass sich äußerlich etwas ändert.
Der Grund ist derselbe wie bei einer Destillation: Aus einem Gemisch geht immer der flüchtigere Anteil bevorzugt in die Dampfphase. Wer oben Gas abzapft, zieht damit überproportional Propan ab — und in der Flüssigkeit bleibt Isobutan zurück.
| entnommen | Propan in der Flüssigkeit | Druck bei 0 °C | fördert bis |
|---|---|---|---|
| 0 % | 20,0 % | 2,24 bar | −21,6 °C |
| 25 % | 14,2 % | 2,04 bar | −19,1 °C |
| 50 % | 8,0 % | 1,84 bar | −16,1 °C |
| 75 % | 2,5 % | 1,66 bar | −13,1 °C |
| 90 % | 0,5 % | 1,59 bar | −12,0 °C |
Zwischen der vollen und der zu vier Fünfteln geleerten Kartusche liegen rund 10 Kelvin. Das ist der Unterschied zwischen „geht noch“ und „geht nicht mehr“ an einem Morgen, an dem sich sonst nichts geändert hat.
Was das Modell nicht kann
Es rechnet mit idealen Gemischen und lässt die Selbstabkühlung außer Acht — beides verschiebt das Ergebnis, aber nicht seine Richtung.
Drei Einschränkungen gehören dazu:
Reale Gemische verhalten sich nicht exakt ideal. Das Raoultsche Gesetz ist eine Näherung. Für zwei chemisch so ähnliche Stoffe wie Isobutan und Propan ist sie gut, aber sie ist eine Näherung.
Die Kartusche kühlt sich selbst ab. Verdampfen kostet Energie, und die kommt aus der Flüssigkeit. Nach zehn Minuten Brennerbetrieb ist eine Kartusche deutlich kälter als die Umgebungsluft — die reale Grenztemperatur liegt also über der gerechneten.
Die Mischung ist eine Annahme. Achtzig zu zwanzig ist eine plausible Rechengrundlage, keine Herstellerangabe. Kein Hersteller veröffentlicht die Anteile, weil EN 417 sie nicht verlangt.
Wer die Rechnung für seine eigene Tour sehen will, findet sie im Brennstoff- und Wasserbedarfsrechner: Er gibt für die eingegebene Außentemperatur den Druck der vollen und der fast leeren Kartusche aus und warnt, sobald einer der beiden Werte den Luftdruck unterschreitet.
Was in der Kälte tatsächlich hilft
Vier Ansätze, geordnet nach dem, was physikalisch dahintersteckt.
Wärme zuführen. Die Kartusche über Nacht im Schlafsack, tagsüber in der Jackentasche. Das ist der wirksamste Hebel, weil er direkt an der Temperatur ansetzt, die den Druck macht.
Die Bauart wechseln. Ein Gaskocher mit Schlauch lässt sich mit umgedrehter Kartusche betreiben; dann fließt Flüssigkeit statt Dampf zum Brenner und wird erst dort verdampft. Der Dampfdruck der Kartusche ist damit weitgehend aus dem Spiel. Voraussetzung ist ein Gerät, das dafür gebaut ist — ein Vorwärmerohr gehört dazu.
Den Brennstoff wechseln. Benzinkocher sind vom Dampfdruck unabhängig, weil sie pumpen. Trockenbrennstoff ebenso, weil er fest ist. Was das an Gewicht kostet, steht in Brennwert und Heizwert im Vergleich.
Die volle Kartusche zuerst schonen. Siehe oben: Es ist die letzte Kartusche, die im Frost aufgibt.
Nicht hilft: die Kartusche in warmes Wasser stellen, wenn sie dabei aus dem Blickfeld gerät — und schon gar nicht eine offene Flamme daneben. Was auf der Kartusche steht, gilt: keine Temperatur über 50 Grad. Die Einordnung aller Entscheidungen rund um den Kocher steht im Themenbereich Kocher und Brennstoff.