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Was ist CO2?

Kohlendioxid (chemische Formel CO2) ist ein farb- und geruchloses Gas, das von Natur aus in der Atmosphäre vorkommt. Das Molekül ist linear (siehe Abbildung). Manche Leute bezeichnen es als Kohlensäure, was sie eigentlich und tatsächlich meinen, ist Hydrogencarbonat (H2CO3), gelöstes Kohlendioxid in Wasser.

CO2 und cannabis

Die Atmosphäre der Erde enthält heutzutage rund 383 ppm Kohlendioxid (Jan, 2007) [1]. Diese Konzentration steigt von Jahr zu Jahr an, zumeist als Folge des Einsatzes von fossilen Brennstoffen in großem Umfang, aber auch Entwaldung spielt eine Rolle [2]. Vor der industriellen Revolution betrug diese Konzentration etwa 280 ppm. Die ansteigende Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre spielt wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei der globalen Erwärmung.

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Entdeckung

Entdeckt wurde Kohlendioxid zu Beginn des 17. Jahrhunderts von dem in Brüssel geborenen Aristokraten Jan Baptista van Helmont, der es "Sylvester Gas" nannte. Er fand heraus, daß die verbleibende Masse nach der Verbrennung von Kohle in einer geschlossenen Schale kleiner als die ursprünglichen Masse war. Seine Schlussfolgerung hieraus war, daß diese Differenz zu einem "wilden Geist" (spiritus sylvestre) Gas umgewandelt wurde.

Chemische Eigenschaften

Kohlendioxid wird von Pflanzen bei dem Prozess der Photosynthese verwendet. Das ist der Prozess, bei dem Pflanzen Wasser und atmosphärisches Kohlendioxid aufnehmen und sie zu Glucose umwandeln, wobei der hierbei produzierte Sauerstoff (O2) zurück in die Atmosphäre abgegeben wird. Für diesen Prozess ist Energie erforderlich und diese wird durch Sonnenlicht zugeführt.

Photosynthese

In Gewächshäusern wird CO2 Gas als eine Art Nährstoff für die Pflanzen verwendet: bei höheren CO2 Konzentrationen wachsen viele Pflanzen schneller. Mit einem Anstieg der Konzentration von Kohlendioxid auf dem Planeten, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß auch die Vegetation schneller wachsen wird.

Tiere tun das Gegenteil von dem, was Pflanzen tun. Sie atmen Sauerstoff ein und Kohlendioxid aus, wobei der Sauerstoff verwendet wird, um Fette zuverbrennen und Kohlenhydrate zu verstoffwechseln, um Energie freizusetzen und bei diesem Prozess wird Kohlendioxid produziert.

Der einfachste Weg zur Herstellung von Kohlendioxid, ist das Verbrennen von Kohlenstoff (wie Kohle) in Gegenwart von Luft. Es wird bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen in riesigen Mengen freigesetzt. Für den Menschen ist dieser Prozess eine der wichtigsten Energiequellen.

<pNatürlicher terrestrischer CO2 Austausch entsteht aus Quellen wie Savannen- und Waldbränden (verursacht durch Blitzschlag), Vulkanausbrüche, die Gärungsprozesse in Feuchtgebieten und Mangroven und durch Austausch mit den Meeren und Ozeanen. Nach Stand der derzeitigen wissenschaftlichen Theorien beläuft sich der menschliche/industrielle CO2 Ausstoß auf rund 6% des gesamten natürlichen terrestrischen CO2 Austausches.

  • Kohlendioxid ist, unter Bildung von Kohlensäure, löslich in Wasser.
  • Physiologische Eigenschaften von Säugetieren

Zellen produzieren Kohlendioxid als Abfallprodukt des Stoffwechsels; besondere Anstrengungen erzeugen zusätzliche Kohlensäure, die durch das Blut abtransportiert wird. Kohlensäure senkt den pH-Wert, welcher vom Körper sorgfältig zwischen 7,35 und 7,45 gehalten wird. Wenn der pH-Wert droht, zu weit zu fallen, wird das Atemzentrum des Gehirns stimuliert und die Atemfrequenz wird beschleunigt und vertieft. Dadurch wird der Überschuß an Kohlendioxid über die Atemwege ausgeatmet. Obwohl Kohlendioxid nicht giftig ist, kann es in hohen Konzentrationen erstickend sein, weil es Sauerstoff verdrängt. In der Gegend um Lake Nyos, einem vulkanischen Kratersee in Kamerun, starben am 26. August 1986 mehr als 1700 Menschen, als eine riesige CO2 Gasblase ausgestossen wurde. Am 16. August 2008 wurden in der deutschen Stadt Mönchengladbach 107 Menschen krank, als in einem Feuerlöscher Werk versehentlich 25.000 m3 CO2 [3] freigesetzt wurde und es in eine Wohnsiedlung strömte [4].

Die Möglichkeit des Austretens großer Mengen Kohlendioxid ist eines der wichtigsten Besorgnisse bei der unterirdischen Verpressung von CO2.

Physikalische Eigenschaften

Zwei physikalische Eigenschaften von Kohlendioxid sind auf ihre jeweils eigene Weise im täglichen Leben wichtig. Die bekannteste Eigenschaft ist die als Treibhausgas. Außerdem wird Kohlendioxid aufgrund der Art, wie es den Aggregatzustand wechselt, für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Für den wichtigsten Artikel zu diesem Thema, siehe Erderwärmung. Die Konzentration von CO2 hat sich seit der industriellen Revolution dramatisch erhöht und seit 1960 explosionsartig.

GasDa Kohlendioxid Infrarotstrahlung absorbiert, reduziert es die Abstrahlung der Wärme, die die Erde von der Sonne erreicht, zurück in den Raum. Das ist, was mit dem Treibhauseffekt gemeint ist. Es wurde herausgefunden, daß die Konzentration von CO2 sich seit der industriellen Revolution [5] erhöht hat. Die Konzentration von Kohlendioxid auf der Erde schwankte während der letzten 10.000 Jahre in der Regel um 275 ppm. Doch mit Beginn der industriellen Revolution hat die Konzentration von Kohlendioxid zugenommen. Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es eine deutliche Beschleunigung der Steigerungsrate. Um das Jahr 2000 wurde festgestellt, daß die Konzentration von Kohlendioxid bereits 375 ppm erreicht hatte [6]. In erster Linie wurde der Anstieg von CO2 durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen (Öl und Gas) verursacht. Dies kann aus der Tatsache abgeleitet werden kann, daß der Anteil des Kohlenstoff Isotops C-13 im atmosphärischen CO2 sinkt, was auf eine pflanzliche Quelle hingewiesen hätte. Der Anteil des Isotopes C-14 in der atmosphärischen CO2 hat sich ebenfalls verringert, was auf eine Quelle von Kohlenstoff schliessen ließe, die für eine lange Zeit in der Biosphäre vorhanden war. Schließlich haben hochgenaue Messungen ergeben, daß die Konzentration von Sauerstoff in entsprechendem Maße abgenommen hat, was auf einen Oxidations- oder Verbrennungsprozess hinweist.

TreibhauseffektLaut ziemlich aller Experten wird der Treibhauseffekt als Folge der gestiegenen Kohlendioxid Konzentration verstärkt (der sogenannte verstärkte Treibhauseffekt). Im November 2007 hat das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der Vereinten Nationen verlauten lassen, daß Kohlendioxid aus von Menschen verursachten Emissionen das wichtigste Treibhausgas ist [7]. Zwar gibt es andere Gase, die einen stärkeren Treibhauseffekt haben, doch ist es die schiere Menge der Kohlendioxid Emissionen, die bedeutet, daß es dieses Gas ist, daß im Moment den größten Beitrag zum Treibhauseffekt liefert.

Die Atmosphäre des Planeten Venus besteht fast ausschließlich aus Kohlendioxid. Der Treibhauseffekt auf diesem Planeten ist im Ergebnis sehr groß.

Die Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre auf der Erde, kann zu einem schnelleren Wachstum der Pflanzen führen, was ein Gegengewicht zu den Wirkungen der vorher genannten Abholzung sein könnte. Ein anderer Effekt der Zunahme der Kohlendioxidkonzentration ist, daß der pH-Wert des Wassers, das im Gleichgewicht mit der Luft gehalten wird, sinkt. Dies bedeutet, daß das Wasser immer saurer wird, was wiederum Auswirkungen auf die Flora und Fauna im Wasser des Planeten beeinträchtigen könnte. Siehe auch: Erderwärmung und: CO2 auffangen und lagern.

Wechsel des Aggregatzustandes

Wechsel des AggregatzustandesWenn Kohlendioxid auf -78,5°C abgekühlt wird, wechselt es direkt in einen festen Zustand, in dem es auch als Trockeneis bekannt ist. Unter normalem Luftdruck schmilzt das Trockeneis nicht, wenn man es erwärmt, sondern sublimiert direkt in den gasförmigen Zustand. Fester Kohlendioxid sieht mehr oder weniger wie aus Wasser gebildetes Eis. Bei 15°C wird Kohlendioxid zu einer Flüssigkeit, wenn der Druck auf 50 bar erhöht wird.

Es gibt eine Reihe von spektakulären und doch relativ ungefährlichen Experimenten, die man mit festem Kohlendioxid machen kann. Wenn man ein paar Körner in ein Glas Wasser fallen läßt, verdampft das Trockeneis dank der relativen "Wärme" des Wassers. Das Wasser beginnt zu brodeln und eine beträchtliche Menge von Dampf wird abgegeben. Es sieht aus würde das Wasser kochen, obwohl es tatsächlich Raumtemperatur oder sogar ein wenig kälter als das ist. Da Kohlensäure Dämpfe schwerer als Luft sind, ergießt sich der Dampf über den Rand und läuft aus dem Glas. Dieser Effekt wird häufig im Theater oder im Fernsehen eingesetzt und in größeren Maßstab in Nebelmaschinen.

Geologische Eigenschaften

Kohlensäure, gelöst in (Regen-)Wasser, Hydrogencarbonat, ist auch von geologischer Bedeutung, weil es in der Lage ist, Kreide oder Kalkstein aufzulösen. Dies führt zu dem Karst Phänomen. In seiner gebundener Form als Kalziumkarbonat (CaCO3) tritt es als Kalkstein auf. Wenn Kalziumkarbonat in Säure gelöst oder bei der Herstellung von Klinker und Zement erhitzt wird, wird CO2 freigesetzt. Die Zementindustrie ist verantwortlich für rund 5% der weltweiten jährlichen Ausstoßes des Treibhausgases CO2.

CO2 Emissionshandel

Um die Emission von Treibhausgasen zuregulieren, wurde ein Kohlendioxid Emissionshandel [8] eingerichtet. Die Teilnehmer des CO2 Emissionshandels erhalten zu Beginn des Jahres eine gewisse Menge von Rechten.

Diese Menge wird von den nationalen Regierungen und Ministerien auf der Grundlage des nationalen Zuteilungsplanes (NAP) festgelegt. Ein Geschäft, das Emissionen verursacht (im Gesetz wird dies als "Betrieb" bezeichnet), hat einen Anteil an diesen Rechten, solange es eine gültige Genehmigung zur Emission besitzt. Die Erfassung und Kontrolle dieser Bestimmungen unterliegt in den Niederlanden der niederländischen Emissionen Authority (NEA) und andere teilnehmende Länder haben ähnliche Behörden.

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