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Kohlendioxid,

 

Kohlenstoffdioxid, CO₂, das Anhydrid der Kohlensäure, häufig ungenau selbst Kohlensäure genannt; ein farbloses, nicht brennbares, in kleinen Konzentrationen ungefährliches Gas von etwas säuerlichem Geschmack, das Atmung und Verbrennung nicht unterhält: Kohlendioxid wirkt in geringen Konzentrationen stimulierend auf das Atemzentrum; 4-5 % in der Atemluft wirken betäubend, 8 % Kohlendioxid führen nach wenigen Minuten zum Tod durch Ersticken. Seine Dichte ist etwa 1,5-mal so groß wie die der Luft; Kohlendioxid sammelt sich daher an vertieften Stellen in der Nähe seiner Entstehung an (Erstickungsgefahr in Gärkellern; Hundsgrotte bei Neapel). Bei —78,5 ºC und Normaldruck geht Kohlendioxid unmittelbar in den festen Zustand über. Unter Druck kann es auch verflüssigt werden. Die kritische Temperatur des Kohlendioxids liegt bei 31,04 ºC, der kritische Druck bei 73,83 bar. Die (grau gestrichenen) Stahlflaschen des Handels enthalten flüssiges Kohlendioxid unter einem Druck von rd. 57 bar bei 20 ºC (technische Verflüssigung meist bei 10-20 bar und —40 bis —20 ºC). Infolge des starken Wärmeverbrauchs bei der Verdunstung von flüssigem Kohlendioxid erstarrt ausströmendes, flüssiges Kohlendioxid teilweise zu einer weißen Masse von festem Kohlendioxid (Kohlensäureschnee). Festes Kohlendioxid kommt in Blöcke gepresst als Trockeneis in den Handel und dient als Kühlmittel. Kohlendioxid ist in Wasser gut löslich (Löslichkeit bei 0 ºC 1,7 l, bei 20 ºC 0,9 l pro l Wasser), die Lösung reagiert schwach sauer infolge Bildung der eigentlichen Kohlensäure. - Kohlendioxid kommt frei in der Luft (etwa 0,03 Volumenprozent) und gelöst in vielen Mineralwässern sowie v. a. im Meerwasser vor. In gebundenem Zustand ist es in Form von Carbonaten (v. a. Calcium- und Magnesiumcarbonat in Kalkstein, Magnesit, Dolomit u. a.) weit verbreitet.

 

Kohlendioxid ist Endprodukt der Verbrennung von Kohlenstoff und allen organischen Substanzen. Die grünen Pflanzen führen mittels Lichtenergie das Kohlendioxid der Luft in organischen Verbindungen über (Assimilation, Calvin-Zyklus), die durch den Stoffwechsel von Mensch, Tier und v. a. Mikroorganismen wieder in Kohlendioxid zurückverwandelt werden (Kohlenstoffkreislauf). Im Stoffwechsel wird Kohlendioxid v. a. durch Decarboxylierung von α-Ketosäuren gebildet. Es befindet sich somit in der intra- und extrazellulären Flüssigkeit aller Organismen sowie besonders in der Ausatmungsluft. Kohlendioxid ist daher lebensnotwendig für praktisch alle Lebewesen.

 

Der natürliche Kreislauf des Kohlenstoffs wird in zunehmendem Maße durch die steigende Verbrennung fossiler Brennstoffe gestört und führt zu einer Erhöhung des Kohlendioxidgehaltes der Atmosphäre. 1995 betrug der globale Kohlendioxidausstoß 23,1 Mrd. t. Verursacher der Kohlendioxidemissionen waren zu 65 % die Industriestaaten und zu 35 % die Entwicklungsländer. Zusätzlich trägt auch die Abholzung von Waldflächen zur Erhöhung des Kohlendioxids in der Atmosphäre bei. Wegen der dadurch bewirkten verstärkten Absorption der von der Erdoberfläche abgestrahlten Infrarotstrahlung erhöht sich die Temperatur der Lufthülle (etwa 0,5 Grad in den letzten 100 Jahren; Kohlendioxidhypothese). - Im März 1994 trat die von 159 Staaten unterzeichnete Klimarahmenkonvention in Kraft, die eine Stabilisierung der Kohlendioxidemissionen auf einem bestimmten Niveau vorsieht. In der Folge fanden sieben Vertragsstaatenkonferenzen statt, bei denen es um die Stabilisierung oder Reduzierung der Emission von Treibhausgasen ging. Im Abschlussprotokoll (Kyōto-Protokoll) der Konferenz von Kyōto (1997) verpflichteten sich die Industrieländer, die Emissionen in der Zeit von 2008 bis 2012 zusammen um durchschnittlich 5,2 % gegenüber 1990 zu senken; dafür bekamen die einzelnen Industriestaaten unterschiedliche Vorgaben. Auf der Weltklimakonferenz in Bonn im Juli 2001 kamen 177 Staaten zu einem Kompromiss bezüglich des CO₂-Ausstoßes, der allerdings weit hinter den Vorgaben des Kyōto-Protokolls zurückblieb. Danach können biologische Senken, besonders Wälder, als Speicher von Kohlendioxid in weit höherem Umfang als ursprünglich vorgesehen auf die CO₂-Ausstoßreduzierung angerechnet werden.

 

Die Bundesregierung hatte schon 1990 beschlossen, die Kohlendioxidemission bis zum Jahr 2005 um 25 % zu reduzieren. Im Oktober 2000 wurde ein nationales Klimaschutzprogramm verabschiedet, das die Verringerung des Kohlendioxidausstoß in Deutschland zunächst bis zum Jahre 2005 um bis zu 70 Mio. t vorsieht, darunter in Gebäuden um 18-25 Mio. t, in der Industrie um 20-25 Mio. t und im Verkehr um 15-20 Mio. t. Eine wichtige Maßnahme dazu ist der Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung, der bis 2005 eine Reduzierung des Kohlendioxidausstoß um 10 Mio. t und bis 2010 um 23 Mio. t bringen soll. (Weltklimakonferenz,Treibhauseffekt, Klimaänderungen)

 

Im Laboratorium erhält man Kohlendioxid durch Zersetzung von Carbonaten mit Säuren; technisch wird Kohlendioxid v. a. aus Verbrennungsabgasen, als Nebenprodukt beim Kalkbrennen und als Nebenprodukt bei alkoholischen Gärprozessen, ferner auch aus natürlichen Gasquellen (Quellkohlensäure) gewonnen. Verwendung findet Kohlendioxid als Kühlmittel, als Feuerlöschmittel, als Inertgas, als Treibgas sowie als Lösungsmittel, ferner zur Herstellung kohlensäurehaltiger Getränke und als Rohstoff in der chemischen Industrie (u. a. bei der Herstellung von Soda und Harnstoff). - Kohlendioxid wurde schon zu Beginn des 17. Jahrhunderts durch J. B. van Helmont entdeckt.