CO2, Kohlendioxid

CO2, Kohlendioxid

CO2 ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff, chemisch wird sie sowohl "Kohlendioxid" als auch "Kohlenstoffdioxid" genannt. Weitere mögliche Bezeichnungen sind auch "Kohlensäuregas", "Kohlenstoff(IV)-oxid" oder Kohlensäureanhydrid, als Lebensmittelzusatzstoff wird es mit E290 gekennzeichnet, als Kältemittel trägt CO2 die Bezeichnung R744.

Umgangssprachlich hat sich (nicht zuletzt durch den Klimawandel) aber vor allem die chemische Summenformel für das Gas (CO2) eingebürgert.

Eigenschaften von CO2

Kohlenstoffdioxid ist ein in geringen Konzentrationen geruchloses, farbloses und unbrennbares Gas, das natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre (normal etwa 0,04 % Volumenanteil) ist und im sogenannten Kohlenstoffzyklus des Planeten gebildet und wieder abgebaut wird. Es entsteht bei Verbrennung aller kohlenstoffhaltigen Substanzen (z. B. Biomasse oder fossile Brennstoffe wie Öl und Gas), solange ausreichend Sauerstoff beim Verbrennungsvorgang zur Verfügung steht. Auch als Abfallprodukt der Atmung von Menschen und Tieren entsteht CO2, Pflanzen und Algen sowie manche Bakterien entziehen der Atmosphäre das freigesetzte Kohlenstoffdioxid dann wieder und wandeln es wieder in zusätzliche Biomasse um (Pflanzenwachstum).

CO2 ist auch ein sehr potentes Treibhausgas: wie alle anderen Treibhausgase ist es zwar durchlässig für die kurzwellige Sonnenstrahlung, aber wenig durchlässig für die von der Planetenoberfläche reflektierte Wärmestrahlung. Das führt bei einer Erhöhung des CO2-Gehalts der Atmosphäre zum sogenannten Treibhaus-Effekt, bei dem sich die Erde immer weiter erwärmt. Zusätzlich verändert sich auch der pH-Wert der Ozeane bei hohem Kohlenstoffdioxid-Gehalt der Atmosphäre, da es ein wasserlösliches Gas ist. Auch das hat weitreichende Folgen. Durch das menschliche Handeln seit dem Beginn der Industrialisierung stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre sehr stark an (von 218 ppm auf über 415 ppm im Zuge der Industrialierung, besonders massiv in den letzten 40 Jahren) und steigt noch weiter. Der hohe Kohlenstoffdioxid-Gehalt begünstigt den Treibhauseffekt und massive, katastrophale klimatische Veränderungen. Der Effekt, den der Mensch (sogenannter anthropogener Klimawandel) durch sein Handeln im 20. Jahrhundert verursacht hat, überschreitet dabei die Werte selbst aus den wärmsten Zeiten der Erdgeschichte um rund das Zehnfache.

Anwendungen von Kohlenstoffdioxid

CO2 kommt technisch als Kältemittel in Klimaanlagen und Supermarktkühlungen sowie in Getränkeautomaten zum Einsatz, daneben wird es auch bei der Gewinnung von Harnstoff in der chemischen Industrie aber auch als sogenanntes Trockeneis verwendet. In der Schweißtechnik ist es Schutzgas (Inertgas), in der Lasertechnik ist es Bestandteil der stärksten industriell eingesetzten Lasern (Kohlenstoffdioxid-Laser). Daneben kommt es in vielen weiteren Bereichen zum Einsatz, etwa als Betäubungsgas bei der Schlachtung (als Tötungsgas ist es dort nicht zugelassen) oder als Dünger in Gewächshäusern.

Auch die "Kohlensäure" in Getränken stellt in Wasser gelöstes CO2 dar. Obst und Gemüse wird in speziell abgestimmten CO2-Atmosphären gelagert, die ein Weiterreifen der Früchte oder Gemüsesorten unterbinden, für den globalen Lebensmittelhandel ist diese Technologie grundlegend, da nur so eine ausreichende Lagerfähigkeit während des Transports erreicht werden kann. Auch das Verpacken "unter Schutzatmosphäre" bei vielen anderen Lebensmitteln (auch bei Fleisch, Fisch, Meeresfrüchten, Backwaren, Teigwaren und Milchprodukten, auf der Verpackung immer angegeben) benutzt einen hohen bis sehr hohen CO2-Anteil (20 % - 50 % für Fleisch, 60 % - 80 % für Backwaren und Fisch) um das Verderben der Ware zu verhindern.

Kohlenstoffdioxid und Atmung

Ein zu hoher CO2-Gehalt der Raumluft wirkt sich schädlich auf Menschen und Tiere im Raum aus - sowohl durch das Gas selbst als durch die zunehmende Verdrängung des vorhandenen Luftsauerstoffs. Die enthaltene Menge CO2 in der Raumluft kann dann ebenfalls in Vol. % angegeben werden, alternativ kann als Maß auch hier ppm (parts per million, 100 ppm = 0,01 Vol. %) herangezogen werden.

Dabei gelten folgende Grenzen:

  • 0,08 % (800 ppm) gute Luftqualität
  • 0,08 % - 0,1 % (800 bis 1.000 ppm) mittlere Luftqualität
  • ab 0,14 % (1.400 ppm) niedrige Luftqualität (nach DIN EN 13779)
  • ab 1 % (10.000 ppm) Schläfrigkeit, Müdigkeit
  • ab 3 % (30.000 ppm) vermindertes Hörvermögen, gesteigerte Herzfrequenz, erhöhter Blutdruck, leichte Narkose
  • ab 5 % (50.000 ppm) Schwindel, Verwirrung, Kopfschmerz
  • ab 8 % (80.000 ppm) getrübte Sicht, Schwitzen, Zittern, Ohnmacht, innerhalb von 30 bis 60 Minuten tritt der Tod ein

Verbrennungvorgänge innerhalb eines geschlossenen Raums ohne Luftzufuhr verzehren nicht nur den vorhandenen Luftsauerstoff, sondern bilden auch eine Menge Kohlenstoffdioxid im Raum. Wegen der Gefahren einer zunehmenden CO2-Konzentration sind offene Feuerquellen in Räumen gesetzlich verboten. Heizungen von Campingmobilen stellen diesbezüglich aber immer noch eine Gefahrenquelle dar, ohne CO2-Warner kommt es hier immer wieder zu Vorfällen mit tödlichem Ausgang.

CO2 und Schornstein

Auch im Bereich der Heizung und des Schornsteins ist CO2 bedeutsam. Jede Art der Verbrennung - egal welchen Brennstoffs - produziert CO2. Das geschieht allerdings in unterschiedlich großen Mengen. Ölheizungen produzieren am meisten CO2, bei Biomasse-Heizungen wird nur das zuvor vom Holz während des Baumwachstums aufgenommene CO2 wieder der Atmosphäre zugeführt. Es handelt sich dabei also um einen geschlossenen CO2-Kreislauf, der Atmosphäre wird kein zusätzliches Kohlenstoffdioxid zugeführt.

Moderne Heizungen und insbesondere moderne Kaminöfen emittieren dabei deutlich weniger CO2 und Schadstoffe als Anlagen und Öfen älterer Baujahre. Verbrennungsfreie Heizungsarten (wie z. B. Wärmepumpenheizungen) wären zwar zu bevorzugen, aufgrund des geschlossenen CO2-Kreislaufs beim Heizen mit Biomasse gelten Holz- und Pelletsheizungen heute als besonders umweltfreundlich.

Dennoch sind Schornsteinfeger bei ihren regelmäßigen Überprüfungen dazu verpflichtet, die aus dem Kamin austretenden Abgasmassenströme und auch alle Abgase zu messen, darunter auch die CO2-Emissionen sowie die Konzentration an CO (Kohlenmonoxid) und Sauerstoff im Abgas. Bei kleinen Anlagen (bis 28 kW) ist nur eine CO-Messung vorgeschrieben, Grenzwerte für den CO2-Ausstoß gibt es dabei nicht (nur für den Kohlenmonoxid-Anteil). Die vorhandene CO2-Konzentration ist hier hauptsächlich von Interesse, um das Maß an Abgasverlusten (Wärme, die über das Abgas verloren geht) zu bestimmen und damit auch den Wirkungsgrad der Feuerstätte.