1.

Einleitung

Kohlendioxid, farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas, das etwa um den Faktor 1,5 dichter als Luft ist. Bei 20 °C und einem Luftdruck von 1 Bar lösen sich in einem Volumen Wasser etwa 0,9 Volumen Kohlendioxid – mit zunehmendem Druck lassen sich mehr Anteile Kohlendioxid in Wasser lösen. Bei Druckverminderung verflüssigt sich das Gas, wobei ein Teil der entstehenden Flüssigkeit derart schnell verdampft, dass der verbleibende Rest durch die sich bildende Kälte fest wird. Diesen Kohlensäureschnee verwendet man u. a. als Feuerlöschmittel und Kühlmittel (Trockeneis).

Kohlendioxid kommt in der Natur sowohl in freiem als auch in gebundenem Zustand vor. In freier Form ist Kohlendioxid zu 0,03 Volumenprozent an der Luft beteiligt und zu fünf zehntausendstel Volumenprozent im Meerwasser enthalten (Volumenprozent = 100 × Volumen des Gelösten/Volumen der Lösung). In gebundener Form findet man Kohlendioxid vor allem in Calciumcarbonat (CaCO₃: z. B. Kalkstein, Kreide) und in Magnesiumcarbonat (MgCO₃). Darüber hinaus wird Kohlendioxid auch bei der Förderung von Erdgas angetroffen.

Kohlendioxidmoleküle bestehen aus einem Atom Kohlenstoff und zwei Atomen Sauerstoff (CO₂). Die Moleküle sind gestreckt und symmetrisch aufgebaut (O9C9O).

Kohlendioxid lässt sich auf unterschiedliche Arten herstellen: durch Verbrennen bzw. Oxidation von kohlenstoffhaltigen Materialien, wie z. B. Kohle oder Holz, dann durch Gärung von Zucker und auch durch den Abbau von Carbonaten unter Einwirkung von Wärme oder Säuren. Technisch gewinnt man Kohlendioxid vor allem aus den Abgasen von Brennstoffen, durch Kalkbrennen und bei Gärprozessen (z. B. bei der Bierherstellung).

Am häufigsten nutzt man die Gewinnung aus Abgasen. Diese werden zunächst in Waschtürmen von Staub und Schwefeldioxid befreit. Dann leitet man das Rohprodukt z. B. in eine konzentrierte Alkalicarbonatlösung. Durch Erwärmen lässt sich das Gas wieder freisetzen. Mit Hilfe von Kompressoren wird es verflüssigt und anschließend in Stahlzylinder gepresst.

Die Erdatmosphäre enthält etwa drei Teile Kohlendioxid auf 10 000 Teile Luft – das entspricht den oben angegebenen 0,03 Volumenprozent. Diese Menge nimmt jährlich um 0,4 Prozent zu (siehe Treibhauseffekt). Kohlendioxid wird von grünen Pflanzen in der Photosynthese zum Aufbau von Kohlenhydraten verwendet. Letztere sind Teile des Kohlenstoffkreislaufes.

2.

Anwendungen

Kohlendioxid dient u. a. zur Herstellung von Natriumcarbonat (Na₂CO₃ · 10 H₂O), z. B. Waschpulver, und Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃), z. B. Backpulver. Wenn Kohlendioxid bei einem Druck von 2 bis 5 Bar gelöst wird, ruft es die erfrischende Wirkung von kohlensäurehaltigen Getränken hervor.

Im November 1997 stellten Wissenschaftler der Universität Karlsruhe ein Verfahren der Öffentlichkeit vor, mit dem sich hochkomprimiertes Kohlendioxid als Reinigungsmittel einsetzen lässt. Die Forscher fanden heraus, dass bei Drücken um 100 Bar Kohlendioxid ähnlich gute Löslichkeitseigenschaften besitzt wie organische Lösungsmittel. Auf diese Weise gelang die Reinigung von Wäschestücken, die zuvor mit Schmierstoffen und Ähnlichem verschmutzt wurden. Mit diesem Verfahren hätte man eine umweltfreundliche Alternative zu Lösungsmitteln, wie beispielsweise Trichlorethylen und Perchlorethylen in Händen. Komprimiert man Kohlendioxid auf superkritische Werte (über 73 Bar), lässt es sich ersten Versuchen eines amerikanischen Forscherteams zufolge auch als Reinigungsmittel bei der Chipherstellung nutzen. Hierbei fallen weit geringere Giftstoffmengen an als bei den herkömmlichen Reinigungsverfahren.

Kohlendioxid lässt sich auch zur Rückgewinnung von Uran und Plutonium aus radioaktiven Abfällen einsetzen. Eine entsprechende Methode entwickelten russische Forscher 2003. Sie behandelten zunächst uranhaltige Abfälle in einer speziellen Reaktionskammer mit überkritischem Kohlendioxid. Gleichzeitig wurde dem Gemisch eine weitere chemische Substanz zugesetzt, die nur mit dem Uran einen Komplex bildet, der sich in Kohlendioxid löst. So herausextrahiert, konnten die russischen Chemiker das Uran in Form eines Salzes zurückgewinnen. Weitere Experimente zeigten, dass sich auch Plutonium auf ähnliche Weise recyceln lässt.

3.

Kohlendioxid in lebenden Organismen

Im Organismus wird Kohlendioxid zur Carboxylierung von organischen Substraten benötigt – unter Carboxylierung versteht man die Übertragung von Kohlendioxid auf organische Verbindungen. Diese Stoffwechselreaktionen laufen meistens mit Hilfe von Enzymen ab. Das Vorhandensein von Kohlendioxid im Blut stimuliert die Atmung. Aus diesem Grund wird bei der künstlichen Beatmung dem Sauerstoff oder der normalen Luft Kohlendioxid zugesetzt. In größeren Mengen ist Kohlendioxid giftig.