CO2

Vorkommen in der Natur
Kohlendioxid ist ein häufiger Bestandteil der Erdatmosphäre und seine Konzentration[4] in der Atmosphäre variiert je nach örtlichen Bedingungen, Höhe und relativer Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre. Vor allem aufgrund von Industrieemissionen steigt seine durchschnittliche Konzentration in der Luft immer noch an (siehe Abschnitt „Der Einfluss von Kohlendioxid auf die globale Erwärmung“).

Lokal gibt es eine sehr hohe Konzentration an Stellen, an denen es aus dem Boden austritt, in vulkanisch aktiven Gebieten und in einigen natürlichen Mineralwässern. Da es schwerer als Luft ist, kann es sich an solchen Stellen ansammeln und eine gefährliche Falle für Tiere und Menschen darstellen. Jährlich tragen vulkanische Aktivitäten auf diese Weise etwa 130 bis 230 Tg zur Erdatmosphäre bei, was nur 0,5 % der CO2-Produktion der Menschheit ausmacht [5].

Kohlendioxid wurde auch im interstellaren Raum gefunden. Es ist der Hauptbestandteil der Atmosphären der Planeten Venus und Mars. Auch bei Kometen wurde es spektroskopisch nachgewiesen.

Nutzung
Kohlendioxid ist ein industriell leicht verfügbares Gas. Es wird verwendet als:

chemischer Rohstoff für die Produktion:
anorganische Carbonate
Methanol
Polycarbonate
Polyurethane
Carbamate
Isocyanate
andere organische Verbindungen
Treibgas und Schutzatmosphäre für Lebensmittelzwecke
Bestandteil prickelnder Getränke
Befüllen von Schneelöschern
Kühlmedium (Trockeneis)
In der Medizin wird es dem Sauerstoff zugesetzt (bis zu 5 %), um die Atmung effizienter zu machen
in Aquarien zur Unterstützung des Wachstums von Aquarienpflanzen
Die Wirkung von Kohlendioxid auf die globale Erwärmung
CO2 ist nicht grundsätzlich schädlich, da es nicht giftig ist. Ende 1997 einigten sich die Verhandlungsländer auf der Luftfahrtkonferenz in Japan (Kyoto) auf Beschränkungen der CO2-Produktion. Diese Beschränkungen werden als Kyoto-Protokoll bezeichnet. Der Anstieg des CO2 in der Luft gilt als Hauptursache der globalen Erwärmung, er wird hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und den Verlust von Wäldern verursacht. Glücklicherweise ist das effizienteste Ökosystem, das atmosphärisches Kohlendioxid bindet – das marine Phytoplankton – bisher nicht allzu sehr gestört.

Große Mengen Kohlendioxid sind auch in den Meeren und Ozeanen der Welt gelöst und regulieren so den Anteil in der Atmosphäre. Der allmähliche Anstieg der globalen Temperatur wirkt sich jedoch negativ auf die Löslichkeit von CO2 im Meerwasser aus und bei positiver Rückkopplung wird eine weitere zusätzliche Menge dieses Treibhausgases wieder in die Luft freigesetzt. Glücklicherweise ist der größte Teil des Kohlendioxids im Meerwasser aufgrund seiner Reaktion mit Kalziummineralien nach der Gleichung chemisch in Form von Carbonat- und Bicarbonationen gebunden:

CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca2+ + 2 HCO3-
Allerdings verschiebt sich dieses Gleichgewicht mit steigender Temperatur nach links.

Auch die Intensität der Photosynthese des Phytoplanktons hängt von der optimalen Temperatur ab und nimmt mit seinem Wachstum über dem Optimum ab.

Kohlendioxid und Biomasse
Neben der Verbrennung von Biomasse bzw Bei der Kompostierung von Biogas entsteht auch Kohlendioxid. Ein Teil der organischen Substanz verbleibt in Form von Ernterückständen und Wurzelwerk auf dem Feld.

Bei der Kompostierung wird ein Großteil der organischen Substanz in einen stabilisierten organisch-mineralischen Dünger mit einem hohen Anteil an Huminstoffen umgewandelt, so dass ein großer Anteil des Kohlenstoffs lange im Humus gebunden bleibt, was die Bodeneigenschaften verbessert (Wasserretention, Pufferkapazität usw.). Darüber hinaus führen verbesserte Bodeneigenschaften zu höheren Erträgen und damit zu einer intensiveren Aufnahme von CO2 bei der Photosynthese.

Historische Zusammenhänge
Kohlendioxid war die erste chemische Verbindung, die als anderes Gas als Luft beschrieben wurde. Im 17. Jahrhundert entdeckte der flämische Chemiker Jan Baptist van Helmont, dass beim Verbrennen von Holzkohle in einem geschlossenen Gefäß das Gewicht der Asche geringer ist als das der ursprünglichen Kohle. Er erklärte dies, indem er einen Teil der Kohle in eine unsichtbare Substanz umwandelte, die er Spiritus Sylvestre-Gas nannte.

Mitte des 18. Jahrhunderts untersuchte der schottische Arzt Joseph Black die Eigenschaften dieses Gases genauer. Er entdeckte, dass beim Erhitzen von Kalkstein oder bei der Reaktion mit Säuren ein Gas entstand, das er „feste Luft“ nannte, weil es durch starke Basen (z. B. Calciumhydroxid) gebunden werden konnte. Er entdeckte auch, dass es schwerer als Luft ist und im Gegensatz zu normaler Luft die Verbrennung nicht unterstützt und Tiere darin sterben. Mithilfe der Bindung an Calciumhydroxid bewies er, dass es sich in der ausgeatmeten Luft befindet und auch während des Fermentationsprozesses freigesetzt wird.
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