🌍 Kohlenstoffdioxid (CO2)

[★ Ronald Johannes deClaire Schwab]

Kohlendioxid ist ein als Bestandteil der Luft natürlich vorkommendes Gas. Wir nehmen es täglich beim Trinken aus der Sprudelflasche zu uns, und Pflanzen brauchen es zum Wachsen. Kohlendioxid entsteht auch bei der Erzeugung von Energie aus Kohle, Erdöl und Erdgas. Pflanzen benötigen Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese, den Kohlenstoff benutzen sie als Baumaterial für ihre Zellen. Ein erhöhtes Angebot des Treibhausgases CO2 in der Luft kann diesen Mechanismus anregen, die Rate der Photosynthese und damit das Wachstum der Pflanzen steigern. Die chemische Formel CO2 steht für Kohlenstoffdioxid. Das Gas ist farb- und geruchslos und weder brennbar noch explosiv. Die Zusammensetzung von CO2 lässt sich aus seiner Formel ableiten: Es handelt sich um eine Verbindung von einem Kohlenstoffatom (C) und zwei Sauerstoffatomen (O2).
 ➦ Wie entsteht CO2?
CO2 entsteht beim Stoffwechsel im menschlichen Körper und bei Tieren. Mithilfe des Sauerstoffs aus der Luft werden im Körper die Nahrungsbestandteile verbrannt und bei diesem Prozess entsteht CO2. Das gelangt über das Blut in die Lunge und wird beim Ausatmen an die Umgebungsluft abgegeben.
Etwa 4 % der vom Menschen ausgeatmeten Luft besteht aus Kohlenstoffdioxid. Durch seine Atmung erhöht der Mensch nach und nach den CO2-Gehalt der Raumluft – pro Stunde sind das im Sitzen etwa 15 – 20 Liter Kohlenstoffdioxid.
Außerdem entsteht CO2 beim:
    Absterben tierischer und pflanzlicher Organismen
    Reifen von Obst und Gemüse
    Verbrennen kohlenstoffhaltiger Brennstoffe wie Gas, Kohle oder Öl
Hinweis: CO2 lässt sich in Wasser auflösen. Aus ungefähr anderthalb Gramm Kohlenstoffdioxid und einem Liter Wasser wird Kohlensäure (Sprudelwasser).       
Was ist der Unterschied zwischen Kohlenstoffdioxid und Kohlendioxid?
Beim Thema CO2 ist oft nicht nur von Kohlenstoffdioxid, sondern auch von Kohlendioxid die Rede. Worin liegt also der Unterschied zwischen Kohlendioxid und Kohlenstoffdioxid?
Ganz einfach: Es gibt keinen. Kohlenstoffdioxid ist der sachlich richtige Begriff für CO2, da es sich um eine Verbindung von Kohlenstoff (nicht Kohle) und Sauerstoff handelt. Da das Wort jedoch nicht gerade kurz ist, spricht man umgangssprachlich meist von Kohlendioxid.
Hinweis: Nicht zu verwechseln sind Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2). Hier gibt es sehr wohl einen Unterschied. Kohlenmonoxid entsteht bei der unvollständigen Verbrennung von Gas, Kohle oder Holz und ist wesentlich gefährlicher als Kohlendioxid. 
 ➦ Warum ist CO2 so wichtig?
Eine besonders wichtige Rolle spielt Kohlenstoffdioxid bei der Fotosynthese. Dabei werden CO2 und Wasser mithilfe von Lichtenergie in Biomasse umgewandelt und es entsteht der für uns lebenswichtige Sauerstoff.
Außerdem ist CO2 als Treibhausgas ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre, die unsere Erde umhüllt und warm hält. Gasen wie dem Kohlenstoffdioxid verdanken wir es, dass auf der Erde überhaupt Temperaturen herrschen, bei denen Mensch und Tier leben können. Ohne die Treibhausgase würde jegliche Wärmestrahlung einfach in das Weltall abgegeben werden und es wäre auf der Erde sehr kalt. Bildlich kann man sich das vorstellen, als versuche man, im Winter ein Haus ohne Dach zu heizen. Die Wärme geht dabei direkt nach oben verloren und es kann nicht richtig warm werden.
Die Treibhausgase bilden mit der Atmosphäre jedoch eine Art Hülle und strahlen die Wärme nicht nur in Richtung Weltraum, sondern auch in Richtung Erdoberfläche ab. Man spricht hier von dem sogenannten Treibhauseffekt.
 ➦ Warum ist CO2 schlecht fürs Klima?
Wenn CO2 doch eigentlich ein lebenswichtiges Gas ist, warum ist es dann so schlecht fürs Klima?
Das Problem liegt bei dem zuvor beschriebenen Treibhauseffekt. Da wir Menschen seit der Industrialisierung immer mehr CO2 produzieren, verstärkt sich dieser natürliche Treibhauseffekt auf nachteilige Art und Weise.
Umso mehr CO2 in die Luft steigt, desto dichter die Atmosphäre und das verändert letztendlich das Klima auf der Erde – es wird immer wärmer. Die Folge ist eine globale Klimaerwärmung und damit einhergehende Auswirkungen wie schmelzendes Eis an den Polkappen, ein steigender Meeresspiegel, extremere Wetterereignisse und Klimaleugner. Hinweis: Neben Kohlenstoffdioxid gehören, Wasserdampf, Methan, Ozon und Distickstoffoxid zu den wichtigsten natürlichen Treibhausgasen.
 ➦ Warum ist CO2 schädlich für Menschen?
Dass CO2 sich auf das Klima auswirkt, ist bekannt, doch was ist mit seiner Wirkung auf den Menschen?
Eigentlich ist Kohlendioxid für den Menschen nicht giftig. In geringer Konzentration ist CO2 für den Menschen nicht schädlich, bei einer erhöhten Konzentration kann es jedoch gefährlich werden. Insbesondere in geschlossenen Räumen besteht diese Gefahr. Hier verdrängt CO2 den Sauerstoff in der Luft und behindert die für uns lebenswichtige Sauerstoffaufnahme.
 ➦ Was passiert, wenn man zu viel CO2 im Körper hat?
 🌍 Pflanzen gegen CO2 im Büro
Mit etwas Sonnenlicht wandeln Pflanzen unaufgefordert Kohlendioxid in Sauerstoff um!
Neben der Verdrängung des Sauerstoffs in der Luft hat CO2 direkte Wirkungen auf den menschlichen Körper.
Bei zu viel CO2 im Körper bzw. in der Raumluft:
    verändert sich der Atemreflex
    verringert sich die Sauerstoffaufnahme in der Lunge
    verringert sich der Sauerstofftransport im Blut
Unser Atemreflex wird durch die Konzentration des im Blut gelösten CO2 reguliert. Ist die CO2-Konzentration im Blut leicht erhöht, führt das zu einer Aktivierung unseres Atemreflexes. Steigt die Konzentration weiter, vermindert sich der Atemreflex jedoch, bis es letztendlich zum Atemstillstand kommt.
Außerdem wirkt die CO2-Konzentration im Blut sich auch indirekt auf unseren Sauerstoffhaushalt aus. Damit das CO2, das bei der Verbrennung von Nahrung im Körper entsteht, über das Blut letztendlich in die Lunge übertreten kann, wird es in den Lungenbläschen über eine sehr dünne Membran gegen Sauerstoff „eingetauscht“: Der Sauerstoff geht in das Blut über und wird im Körper verteilt, während das Kohlendioxid in die Lunge übertritt und ausgeatmet wird. Dieser Gasaustausch erfolgt ganz nach dem Prinzip: Sauerstoffteilchen allez, CO2 adieu.
Um für ein gewisses Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und CO2 im Körper zu sorgen, bewegen sich die beiden Gase immer zu der jeweiligen niedrigeren Konzentration hin. Das heißt bei einer idealen Raumluft: Es ist mehr CO2 im Körper als in der Raumluft. Das CO2 geht in die Raumluft über, also die Luft mit der geringeren Konzentration an CO2. Genauso verhält es sich mit dem Sauerstoff. Der Sauerstoffgehalt im Körper ist niedriger als der der Raumluft. Der Sauerstoff bewegt sich demnach in Richtung Körper, wir nehmen ihn über die Lunge auf. Bei einem steigenden CO2-Gehalt in der Raumluft verringert sich der Unterschied zwischen dem CO2-Gehalt in den Blutbläschen und dem in der Raumluft. Der Gasaustausch wird dadurch abgeschwächt. Wir geben nicht mehr genügend CO2 ab und nehmen im Umkehrschluss nicht mehr ausreichend Sauerstoff auf. Etwa wie bei einer Wippe, die sich nur noch leicht auf und ab bewegt anstatt schwungvoll auf und ab zu wippen.
 ➦ Sauerstofftransport im Blut bei zu viel CO2 im Körper
Der größte Teil des über die Lungen aufgenommenen Sauerstoffs wird durch das Protein Hämoglobin zu den jeweiligen Zellen im Körper transportiert. Wie gut das Hämoglobin den Sauerstoff für den Transport binden kann, hängt von dem pH-Wert im Blut ab. Ist zu viel Kohlendioxid im Blut, sinkt der pH-Wert und das Hämoglobin kann den Sauerstoff schlechter binden. Selbst wenn in der Lunge genügend Sauerstoff aufgenommen wird, kann letztendlich zu wenig Sauerstoff zu unseren Körperzellen transportiert werden. Das Hämoglobin ist sozusagen unser Sauerstoff-Postbote. Wie gut ein Postbote die Post transportieren kann, hängt von seiner Ausrüstung ab. Nehmen wir an, für gewöhnlich arbeitet er mit einem kleinen Postwagen. Hat er an einem Morgen nur noch eine Tasche zur Verfügung, kann er die ganze Post nicht mehr wie gewohnt transportierten und er muss einiges an Post im Postzentrum zurücklassen. Auch wenn dort die gleiche Menge an Post wie immer anfällt.
 ➦ Was sind Folgen von zu viel CO2 in der Raumluft?
Nach den ganzen Erklärungen ist Ihnen schwummrig im Kopf? Oder liegt es vielleicht doch an zu viel CO2 in der Luft? Denn, dass zu viel CO2 sich negativ auf wichtige Vorgänge im Körper auswirkt, lässt sich nicht abstreiten. Doch wie fühlt es sich für uns an, wenn die CO2-Konzentration zu hoch ist?
 ➦ Typische Folgen von zu viel CO2 in der Raumluft sind:
    wachsende Konzentrationsschwäche
    Kopfschmerzen
    Müdigkeit
    sinkendes Hörvermögen
    abnehmende Leistung
    erhöhte Atemfrequenz
    erhöhter Puls und Blutdruck
    erhöhtes Ansteckungsrisiko
Wer sich über mehrere Stunden in Räumen mit einer erhöhten CO2-Konzentration und schlechter Luftqualität aufhält, hat vielleicht nicht nur mit den oben genannten Beschwerden zu kämpfen, sondern kann in der Zeit auch seine wahre Leistungsfähigkeit nicht abrufen. Dauerhaft schlechte Raumluft kann dazu führen, dass die Symptome chronisch werden und beispielsweise auch bei Verlassen des Raumes bestehen bleiben. Ständiges Unwohlsein und Schlafstörungen können ein Gefühl des Krankseins vermitteln. Außerdem kann es zu der Entwicklung von Allergien kommen. Hinweis: Neben einer zu hohen CO2-Konzentration können auch andere Faktoren wie zu viele Feinstaubpartikel oder Schadstoffe in der Luft zu gesundheitlichen Problemen beitragen. Zur Verbesserung des Raumklimas werden häufig auch Luftentfeuchter eingesetzt, die sich auch mit reinigenden Filtern kombinieren lassen. Die CO2-Konzentration in der Luft liegt normalerweise bei 0,04 %. Leichte Folgen wie Konzentrationsschwäche sind bereits bei einer erhöhten Konzentration von 1 bis zu 1,5 % zu spüren – jeder kennt es, wenn die Luft in schlecht gelüfteten oder überfüllten Räumen sich „verbraucht“ oder stickig anfühlt. Ab einer CO2-Konzentration von etwa 3 % setzen Kopfschmerzen, Müdigkeit, Veränderungen in der Atmung und nachlassendes Hörvermögen ein. Bei 4 bis 5 % lassen sich schon deutliche Vergiftungssymptome erkennen und die Atmung ist tiefer und schneller. Bei einer CO2-Konzentration von 5 bis 10 % wird es kritisch. Die Atmung fällt sehr schwer und ein Verlust des Urteilsvermögens setzt ein. Ab einem CO2-Gehalt von über 10 % besteht akute Lebensgefahr und es kommt innerhalb von einer Minute zur Bewusstlosigkeit.
Hinweis: Bei den Prozentangaben handelt es sich um Angaben in Volumenprozent.
 ➦ Was ist ppm bei CO2?
Der CO2-Gehalt in der Luft wird nicht nur in Volumenprozent, sondern häufig auch in ppm angegeben. Die Abkürzung ppm steht für parts per million (Anteile pro Million). Ein CO2-Gehalt von 1000 ppm entspricht 0,1 %. Demnach entsprechen 1500 ppm beispielsweise 0,15 % usw.. Sind Sie auf der Suche nach einer Möglichkeit, den CO2-Gehalt und damit die Luftqualität im Raum zu bestimmen, dann seien Sie beruhigt. Der Kanarienvogel im Käfig hat inzwischen einen moralisch völlig unbedenklichen Nachfolger: das Raumluftprüfgerät. Mit CO2-Messgeräten lässt sich der ppm-Wert jederzeit bestimmen und die Luft kann beispielsweise durch regelmäßiges Lüften erneuert werden, bevor gesundheitliche Probleme eintreten. Hochwertige Raumluftmessgeräte messen außerdem Werte wie die Luftfeuchte und die Temperatur, um die Luftqualität im Raum möglichst genau zu bestimmen. Wer die Werte hinterher auswerten möchte, kann diese aufzeichnen und per USB oder Bluetooth an Endgeräte übertragen.
Was bringen CO2-Messgeräte gegen Corona?
Wer mit dem Coronavirus infiziert ist, stößt beim Ausatmen nicht nur CO2, sondern höchstwahrscheinlich auch Viruspartikel aus. Je länger eine inifizierte Person im Raum ist, desto mehr Viruspartikel und CO2 gibt sie nach und nach an die Raumluft ab. Ist der CO2-Gehalt im Raum erhöht, heißt das im Umkehrschluss, dass bei Anwesenheit infizierter Personen auch die Konzentration der Viruspartikel in der Luft höher ist. Die Ansteckungsgefahr für alle anderen Anwesenden ist demnach größer. CO2–Messgeräte können die Corona-Partikel also zwar nicht messen, ihre Messwerte dienen allerdings zur Orientierung, wann es wieder Zeit wird, zu lüften. CO2-Messgeräte eignen sich deshalb für die Corona-Vorsorge in Räumlichkeiten wie Klassenzimmern und gemeinschaftlich genutzten Büros.
Hinweis: Das Ansteckungsrisiko hängt auch mit der Luftfeuchtigkeit zusammen. Je trockener die Luft im Raum, desto größer das Ansteckungsrisiko. Empfohlen wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 50-60 %.
Fazit: CO2 ist nur in Maßen zu genießen.
CO2 ist ganz klar lebenswichtig für uns. Ohne CO2 gäbe es keine Fotosynthese und wir hätten nicht genug Sauerstoff zum Einatmen. Ohne den Treibhauseffekt von Gasen wie CO2 wäre es auf der Erde so kalt, dass wir selbst in der Karibik nicht leben könnten. Doch wie so vieles ist Kohlendioxid nur in Maßen zu genießen. Bei zu viel Kohlendioxid in der Atmosphäre wird es uns auf der Erde zu warm und eine zu hohe CO2-Konzentration in der Raumluft und in unserem Körper beeinträchtigt wichtige Funktionen wie unseren Atemreflex, die Sauerstoffaufnahme und den Sauerstofftransport. Und wer kennt es nicht, wenn die Luft sich verbraucht anfühlt und man einen dicken Kopf bekommt? Liegt zu viel CO2 in der Luft, setzen Konzentrationsschwäche, Kopfschmerzen und Müdigkeit ein. Langfristig nimmt unsere Leistung immer weiter ab. Deshalb sollten selbst die leidenschaftlichsten Stubenhocker aus rein wissenschaftlichen Gründen hin und wieder frische Luft schnappen.
Bestimmen lässt sich der CO2-Gehalt in der Luft heutzutage problemlos mit dafür entwickelten Messgeräten. Sogenannte Raumluftprüfgeräte oder CO2-Messgeräte geben den CO2-Gehalt als ppm-Wert an und kommen einem erhöhten CO2-Gehalt noch bevor die Kopfschmerzen einsetzen auf die Schliche.
 🌍 Zusätzliches CO2 hat "Düngeeffekt"
Diese These wird von Klimawandel-Skeptikern immer wieder bemüht. Sie findet sich auch im Parteiprogramm der AfD. Dort steht: Der Weltklimarat und die deutsche Regierung „unterschlagen die positive Wirkung des CO2 auf das Pflanzenwachstum und damit auf die Welternährung. Je mehr es davon in der Atmosphäre gibt, umso kräftiger fällt das Pflanzenwachstum aus“. Das klingt auf den ersten Blick plausibel: Pflanzen betreiben Photosynthese, sie verwandeln mithilfe von Sonnenlicht CO2 und Wasser zu Biomasse. Man kann also sagen: CO2 ist die „Hauptnahrung“ von Pflanzen – je mehr CO2 in der Luft, desto besser müssten sie also wachsen. Im Labor stimmt das auch, und dieser Effekt wird sogar genutzt. In Gewächshäusern reichert man manchmal die Luft mit CO2 an, sodass die Tomaten besser wachsen. Zusätzliches CO2 hat insofern tatsächlich einen „Düngeeffekt“. Es gibt auch eine vielbeachtete Studie, die 2016 zum Ergebnis kam: Der Globus ist insgesamt grüner geworden – die grünen Flächen haben weltweit zugenommen, und die Ursachen dafür liegen zu etwa zwei Dritteln in der erhöhten CO2-Konzentration der Atmosphäre. Auch das klingt wie ein Beweis für die „Dünge-Theorie“. Doch die Natur ist etwas komplizierter.
 🌍 "Düngeeffekt" im Freiland schwächer als im Labor
Der CO2-Düngeeffekt wurde wissenschaftlich recht intensiv erforscht. Die wichtigsten Ergebnisse sind: Im Freiland ist er schon sehr viel schwächer als im Labor. Und es kommt sehr auf die Pflanze an. Bestimmte Pflanzen wie Mais oder Hirse können das zusätzliche CO2 gar nicht verarbeiten. Sie wachsen kein bisschen schneller. Andere Pflanzen wie Soja oder Weizen sehr wohl . Aber – auch das wurde gezeigt – das geht dann zulasten der Qualität, der schneller wachsende Weizen enthält weniger Eiweiß. Ernährungsphysiologisch ist das schlecht. Insofern hat CO2, anders als die AfD schreibt, nicht unbedingt eine „positive Wirkung auf die Welternährung“.
Kontraproduktiv im Regenwald: Lianen verdrängen Bäume
Aber es geht noch weiter: In tropischen Wäldern hat man festgestellt, dass bei einer erhöhten CO2-Konzentration Lianen schneller wachsen und dann andere Pflanzen verdrängen – Bäume zum Beispiel. Bäume sind aber wichtige Kohlenstoffspeicher. Und das zeigt schon, wie schwierig es ist, einfach zu sagen „Die grünen Flächen nehmen zu“. Wenn im Regenwald die Bilanz ist: Mehr Lianen, weniger Bäume, dann ist das kontraproduktiv, denn – obwohl ein lianenreicher Wald mehr grüne Blätter haben mag, speichert er dann trotzdem weniger Kohlenstoff.
Erhöhter Umsatz, aber stagnierender Gewinn
Bei Bäumen hat man aber noch etwas ganz anderes beobachtet. Es gab Experimente, etwa in der Schweiz, da hat man natürliche Wälder einer erhöhten CO2 -Konzentration ausgesetzt, indem man durch die Kronen perforierte Schläuche gelegt hat, durch die CO2 austritt. Und das über Jahre. Das Ergebnis war: Der Stoffwechsel der Bäume hat sich zwar beschleunigt, sie sind aber trotzdem nicht schneller gewachsen. Die Erklärung war: Die Bäume haben zwar mehr Photosynthese betrieben, konnten also aus dem zusätzlichen CO2 mehr Zucker und Stärke bauen. Aber daraus wurde keine Pflanzenmasse, sondern die Stärke landete im Boden und wurde dort wieder von Mikroorganismen abgebaut. Anders gesagt: Wäre der Wald ein Unternehmen, könnte man sagen: Der Umsatz hat sich durch das zusätzliche CO2 zwar erhöht, der Gewinn dagegen stagnierte. Und man darf eins nicht vergessen: Keine Pflanze lebt nur von CO2 alleine. Sie kann es nur dann verarbeiten, wenn auch andere Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff ausreichend vorhanden sind. Das ist aber oft nicht der Fall. Der Klimawandel führt in vielen Regionen auch zu verstärkter Trockenheit, und ohne Wasser nützt das zusätzliche CO2 den Pflanzen gar nichts. Im Gegenteil, sie geraten durch den Wassermangel noch eher in Stress.
Das Molekül CO2 spielt für das Leben auf der Erde eine wichtige Rolle. Pflanzen benötigen Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese, den Kohlenstoff benutzen sie als Baumaterial für ihre Zellen. Ein erhöhtes Angebot des Treibhausgases CO2in der Luft kann diesen Mechanismus anregen, die Rate der Photosynthese und damit das Wachstum der Pflanzen steigern. Im Jahr 2016 stellte eine satellitengestützte Studie einen weltweiten Trend zum »Ergrünen« fest, die Forscher nannten den gestiegenen CO2-Anteil in der Luft als einen Grund für das offenbar vermehrte Pflanzenwachstum. Der Effekt ist demnach aber begrenzt: Er schleift sich ab, wenn eine Pflanze ihren Stoffwechsel an das erhöhte CO2-Angebot angepasst hat. Ob und wie stark eine Pflanze wächst, hängt außerdem auch vom Angebot anderer Nährstoffe im Boden ab, etwa Phosphor. Wenn nicht genug davon vorhanden ist, helfen alle Wachstumsimpulse durch ein Mehr an CO2 nichts.
Leider lässt sich aus dem Zusammenhang zwischen CO2 und Pflanzenwachstum auch nicht so etwas wie eine »positive Seite des Klimawandels« konstruieren. Wissenschaftler sind sich einig, dass dessen negative Effekte auf Pflanzen durch Temperaturstress und häufigere Extremwetterlagen den »düngenden« Effekt des CO2 deutlich überwiegen. Darüber hinaus haben neue Studien ergeben, dass ein höheres CO2-Angebot in der Luft auch negative Auswirkungen auf die Pflanzen hat, vor allem was die Qualität von Nahrungspflanzen angeht: Mit Kohlenstoffdioxid gedüngtes Getreide reichert weniger Protein in den Körnern an, ist also weniger nahrhaft. Und schon eine gemäßigte Erhöhung des Treibhausgases führte zu deutlich weniger Eisen, Zink und B-Vitaminen in Reispflanzen. Es scheint, als würde die CO2-Menge nicht nur die Photosyntheserate beeinflussen, sondern die gesamte Biochemie der Pflanze verändern.
 🌍 https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid