Kohlendioxid-Messgeräte

Als Teil unserer Atemluft besteht Kohlendioxid vorwiegend aus Sauerstoff und Stickstoff, was auch in der Summenformel CO2 dieser chemischen Verbindung zum Ausdruck kommt. Es ist nicht entflammbar und besitzt einen leicht säuerlichen Geruch. Neben dem gasförmigen Aggregatzustand kann Kohlendioxid auch in flüssiger Form, als Kohlensäure, auftreten. Gekühlt bis auf über minus achtundsiebzig Grad Celsius kennen wir Kohlendioxid in fester Konsistenz als Trockeneis. Sofern der Anteil von Kohlendioxid in unserer Luft acht Prozent übersteigt, droht dem Menschen Erstickungsgefahr. Bereits eine Sättigung der Luft mit vier Prozent Kohlendioxid genügt, um auf den menschlichen Organismus eine betäubende Wirkung zu entfalten. Diese toxische Wirkung kommt während des normalen Atmens nicht zum Tragen. Dies gilt ebenfalls für den Genuss typischer Getränke, welche mit Kohlendioxid angereichert wurden, u.a. Brause, oder für Flüssigkeiten, welche Kohlendioxid durch Gärung enthalten, beispielsweise Sekt und Bier. Die vermutung, dass bei Verbrennungsprozessen kohlenstoffhaltiger Produkte wie beispielsweise Holzkohle ein Gas erzeugt wird, stellte der flämische Chemiker Johan Baptista van Helmont erstmals im siebzehnten Jahrhundert auf. Er hatte beobachtet, dass die Masse der Asche nach der Verbrennung von Holzkohle geringer war als die Masse der verwendeten Holzkohle.

Joseph Black, ein schottischer Mediziner, entdeckte beim Versetzen von Calciumcarbonat-Lösungen mit Säuren die Freisetzung eines nicht brennbareren Gases, welches schwerer als Luft war. Er konnte beweisen, dass Kohlenstoffdioxid von atmenden Lebewesen umgesetzt wird. Ende des achtzehnten Jahrhunderts war Joseph Priestley der erste Mensch, der Sodawasser durch Einleitung von Kohlenstoffdioxid in einen Becher mit Wasser herstellte. Anfang des neunzehnten Jahrhunderts gelang Michael Faraday und Humphry Davy die Verflüssigung von Kohlenstoffdioxid mittels Druckerhöhung. Wenig später beschrieb Charles Thilorier die Herstellung von festem Kohlenstoffdioxid.

Vorkommen von Kohlendioxid

Kohlendioxid gehört zu den häufigsten auf der Erde vorkommenden Gasen. Das Element findet man in allen Sphären der Erde, in der Luft, im Wasser, im Erdboden sowie in organischer Materie. Die höchsten Vorkommen von Kohlendioxid befinden sich in den Ozeanen. Man schätzt dieses Reservoire um fünfzig mal höher als das innerhalb der Atmosphäre ein. Zudem ergaben Befunde aus der Weltraumforschung, dass Kohlendioxid Bestandteil ausserirdischer, extrasolarer Himmelskörper ist sowie auch im interstellaren Raum existiert. Zum Nachweis dieses Elements bedient man sich häufig des Verfahrens der Infrarotspektroskopie.

Biologischer Kreislauf

Innerhalb der organischen, d.h. belebten, Natur funktioniert der Kreislauf des Kohlendioxids als komplexes System, bei welchem der Transport dieses von allen Pflanzen und Tieren benötigten anorganischen Stoffs erfolgt. Durch wissenschaftliche Untersuchungen konnten sogenannte Zyklen von Kohlendioxid festgestellt werden. Am Tage kommt es zu Schwankungen des Kohlendioxidgehalts in der Luft durch den Austausch zwischen Bios- und Atmosphäre. Bezogen auf das Kalenderjahr erscheint der Anteil von Kohlendioxid in der Luft im Frühling höher als im Herbst. Zurückzuführen ist dies auf die Umsetzungsprozesse während der Vegetationsperiode und die Photosynthese der Pflanzen. Dabei wird mittels Sonnenlicht sowie dem grünen Farbstoff Chlorophyll Wasser in die Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Die Biomasse entwickelt sich unter Nutzung von Kohlendioxid und Wasser.

Geochemischer Austausch

Kohlendioxid muss auch im Zusammenhang mit geo-chemischen Prozessen betrachtet werden. Das Gas gilt als Resultat vollständiger Verbrennungsprozesse kohlenstoffhaltiger Elemente, u.a. bei Vulkanausbrüchen oder beim Verheizen fossiler Brennstoffe. Dies geschieht unter Bindung von Sauerstoff. Davon ausgehend ist Kohlendioxid an der Regulierung des Wärmehaushalts unseres Planeten beteiligt. Weil dieses Gas kurzwellige Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche zulässt, zugleich jedoch Anteile der langwelligen, von der Erde emittierten Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) absorbiert, korrespondiert die Zunahme des Kohlendioxid-Anteils auf der Erde mit einer Klimaveränderung auf unserem Heimatplaneten. Kohlendioxid gilt daher als gefährliches Treibhausgas.

Folgen klimatischer Veränderungen

In der wissenschaftlichen Forschung konnte aufgezeigt werden, dass der Anteil von Kohlendioxid in der Atmosphäre der Erde heute den höchsten Wert seit einigen Millionen Jahren erreichte. Die auf menschliches Handeln zurückführbaren Kohlenstoffdioxid-Emissionen umfassen jährlich rund vierzig Gigatonnen. Und der atmosphärische Anteil von Kohlendioxid innerhalb der Erdatmosphäre befindet sich weiterhin im Anstieg! Aufgrund der Erkenntnis, dass ein Wachstum von Kohlendioxid zur weiteren globalen Klimaerwärmung führt und der Anteil an Kohlendioxid jährlich durchschnittlich um 0,4 Prozent steigt, haben sich zahlreiche Länder eine drastische Reduzierung des Ausstosses von Kohlendioxid zum Ziel gesetzt. Im Fokus der Aufmerksamkeit stehen vor allem eine eränderte Gestaltung der Produktionsverfahren in den Industrienationen sowie die Reduktion der Abholzung grosser zusammenhängender Waldflächen auf der Erde. Nach politischen Beschlüssen soll es in der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahre 2020 zur Reduktion der Kohlendioxid-Abgabe um weitere zwanzig Prozent kommen.

Anwendungsspektrum

Kohlendioxid wird vor allem im technischen Sektor benötigt. In der chemischen Industrie nutzt man die Eigenschaften von Kohlendioxid zur Produktion von Harnstoff. In der Lebensmittelindustrie wird Kohlendioxid als Triebhilfe oder in Form von Trockeneis zur Kühlung von Nahrungsmitteln verwendet. Darüber hinaus verbessert Kohlendioxid als Zusatz zu Getränken deren Genuss. Kohlendioxid wird noch eingesetzt als Extraktions- und Lösemittel, zur Feuerlöschung, zum Betrieb von Klimaanlagen sowie von Wärmekreisläufen. Es ist in reiner Form oder gemeinsam mit Helium oder Argon Schutzgas in der Schweisstechnik. Darüber hinaus dient Kohlendioxid als Lasergas.

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