CO2 – Eigenschaften, praktische Anwendungen und klimatische Auswirkungen von Kohlenstoff

CO2 - Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Sauerstoff und Kohlenstoff, die im Periodensystem als Formel CO2 erscheint. Oft wird das Molekül schlicht Kohlendioxid genannt. CO2 ist ein geruch- und farbloses Gas und ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre, die Konzentration in der Luft liegt bei circa 0,04 %. Kohlenstoffdioxid wird von Lebewesen bei der Atmung abgegeben und entsteht, wenn kohlenstoffhaltige Stoffe verbrennen. Pflanzen wandeln das Molekül und Wasser mittels Fotosynthese in Sauerstoff und Glukose um.1

Die Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid

Das Gas CO2 ist unter atmosphärischen Bedingungen nicht brennbar, geschmacksneutral, farb- und geruchlos. Es besteht aus einem Teil Kohlenstoff und zwei Teilen Sauerstoff, die sich zu einem Molekül verbinden. Im Verbund mit Wasser entsteht Kohlensäure, ein Stoff, der isoliert nicht existiert. CO2 fällt durch die vollständige Oxidation von Kohlenstoff an.

Kohlendioxid wird in der Umwelt angereichert, die Erdatmosphäre hat rund 2300 Milliarden Tonnen gespeichert. Circa fünfzigmal so viel CO2 findet sich in den Ozeanen, es wandelt sich großteils in Karbonate um. Kohlenstoffdioxid gilt als nicht giftig und ist nicht als Gefahrstoff deklariert. Eine Konzentration von drei bis fünf Volumenprozent in der Luft löst allerdings Kopfschmerzen, Unwohlsein und Atemstörungen beim Menschen aus. Deshalb gilt für Kohlenstoffdioxid ein Arbeitsplatzgrenzwert von 0,5 Volumenprozent.2 Hier sind die wichtigsten Eckdaten zum CO2:3

  • Bezeichnungen: Kohlenstoffdioxid, Kohlendioxid, Dioxidokohlenstoff, Kohlenstoff(IV)-oxid
  • Atombindung: O=C=O
  • Molekulargewicht: 44,011 kg/kmol
  • Molekulares Normvolumen: 22,263 m3/kmol
  • Kritische Dichte: 466 kg/m3

Einfluss von CO2 auf den Treibhauseffekt

Seit Beginn der Industrialisierung verbraucht der Mensch immer mehr Energie. Besonders durch die Nutzung fossiler Brennstoffe ist die Menge des Kohlendioxids in der Atmosphäre angestiegen. Gleich ob Holz, Kohle, Heizöl, Benzin oder Gas verbrannt wird, es entweicht dabei CO2 in die Luft. Dadurch wird der Treibhauseffekt verstärkt, die Erde erwärmt sich und ein Klimawandel setzt ein.4 Seit der industriellen Revolution hat sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre um gut ein Drittel erhöht. Neben den fossilen Energieträgern ist vor allem die geänderte Landnutzung dafür verantwortlich, beispielsweise wurden viele Wälder in Agrarflächen umgewandelt.5

CO2-Rechner für die persönliche Klimabilanz

Um die globale Erderwärmung zu bremsen, wird politisch eine langfristige Senkung der CO2-Emissionen angestrebt. Auch wenn diese in Deutschland beständig abnehmen, ist das Ziel des Pariser Klimaabkommens, die globale Temperaturerhöhung auf unter 2 °C gegenüber der Zeit der Industrialisierung zu halten, noch lange nicht erreicht.6 Sowohl Klimaschutzmaßnahmen werden ergriffen als auch an die Bevölkerung appelliert, um die weitere Anreicherung von Kohlendioxid zu vermeiden. Wer seine persönliche Klimabilanz in Erfahrung bringen möchte, kann einen CO2-Rechner nutzen. Anhand des Konsums berechnet dieser den CO2-Ausstoß von Einzelnen, oft werden auch Optimierungsvorschläge angeboten. Der jährliche Pro-Kopf-Ausstoß liegt in Deutschland derzeit bei 11,6 Tonnen, plangemäß sollen die CO2-Emissionen auf unter eine Tonne pro Kopf und Jahr sinken.7

Energiewende zur Senkung von CO2

Mit dem Übergang von fossilen zu regenerativen Energiequellen soll unter anderem der Ausstoß von CO2 vermindert werden. Mit der Zielsetzung, dass Deutschland bis 2050 weitgehend treibhausneutral ist, hat die Bundesregierung das „Aktionsprogramm Klimaschutz 2020“ beschlossen. Da 80 Prozent der Treibhausemissionen energiebedingt entstehen, spielt die Energiewende eine wesentliche Rolle bei diesem Vorhaben. Statt Kohle, Öl oder Gas zu verbrennen und dabei Kohlenstoffdioxid zu verursachen, soll vor allem mittels Photovoltaik und Windkraftanlagen saubere Energie erzeugt werden.8

Kohlendioxid in der praktischen Anwendung

Abhängig von Druck und Temperatur der Umgebung kann Kohlendioxid in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig vorliegen. Je nach Zustand ist es für unterschiedliche praktische Anwendungsgebiete nutzbar. Festes CO2 ist auch als Trockeneis bekannt, mit ihm werden Nahrungsmittel gekühlt oder Oberflächen mit dem sogenannten Cold-Jet-Verfahren gesäubert. Gasförmiges Kohlenstoffdioxid wird unter anderem zum Karbonisieren von Getränken, zum Feuerlöschen und als Treibgas in Spraydosen genutzt. Flüssiges CO2 dient als Kältemittel, es findet sich beispielsweise in Klimaanlagen, in der industriellen Kältetechnik und in Getränkeautomaten.9

Kohlensäure im Wasser

Dass Kohlensäure entsteht, wenn sich Kohlenstoffdioxid mit Wasser verbindet, macht sich die Getränkeindustrie zunutze. Mineralwasser sorgt für ein prickelndes Gefühl auf der Zunge, während es den Durst löscht. Die Kohlensäure stabilisiert die Mineralien im Wasser und hat eine leichte desinfizierende Wirkung. Doch nicht jeder verträgt sie, sie kann Sodbrennen auslösen.

Mineralwasser enthält nicht besonders viel Kohlensäure, der Großteil des Kohlenstoffs besteht aus gelöstem CO2. Das Kohlendioxid verbleibt bei einer verschlossenen, unter Druck stehenden Flasche im Wasser, wird sie geöffnet, entweicht es als Gas. Im Gegensatz zu Leitungswasser mit einem neutralen hat Mineralwasser einen leicht sauren pH-Wert, was an sich nicht ungesund ist, doch die Gasbläschen können zu Sodbrennen führen, wenn sie mit Magensäure aus dem Magen in die Speiseröhre aufsteigen.10

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