!!!Kohlenstoffdioxid- Feind oder Freund?
(Februar 2019)
!!Einleitung
CO%%sub 2/% , wo also jedes Molekül aus einem Atom Kohlenstoff und zwei Atomen Sauerstoff besteht, ist ein unbrennbares, farb- und geruchloses, chemisch träges und in geringer Konzentration (unter 1%) ungiftiges Gas. Ohne CO%%sub 2/%  gäbe es keine Pflanzen, die ja auf Photosynthese angewiesen sind, damit auch keine Tiere (die fast alle vom Verzehr von Pflanzen oder anderer Tiere leben) und damit natürlich auch keine Menschen. 
Also ist CO%%sub 2/% für uns lebenswichtig und in diesem Sinn ein unverzichtbarer Freund. 




[{Image src='CO2.jpg' caption='Kohlenstoffdioxid Konzentration Messstation Hawaii.\\Photo: Delorme. From: [Wikicommons|https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mauna_Loa_CO2_monthly_mean_concentration_DE.svg]' alt='Konzenrationsverlauf' width='600' class='image_left' height='500' popup='false'}]
Die Konzentration von CO%%sub 2/% in der Atmosphäre ist gering: sie liegt bei  0,04 %,  bequemer als 400 ppm (parts per million) bezeichnet,  ist aber  seit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert von 300 ppm erstmals (zeitlich und örtlich verschieden) auf den gegenwärtigen Wert  angestiegen. Zwischen 1960 und 2005 stieg die Konzentration um durchschnittlich 1,4 ppm  pro Jahr. 

Freilich war vor 500 Millionen Jahren die Kohlendioxidkonzentration 20 Mal höher als sie heute ist, sank dann aber allmählich auf 300 ppm und blieb seit 800.000 Jahren recht stabil bei diesem Wert. Die gegenwärtige Konzentration von Kohlendioxid ist daher an sich nicht so Besorgnis erregend wie der andauernde rasche Anstieg.
!! Der Kohlenstoffdioxid Zyklus
Es ist wichtig, den Kohlenstoff- bzw. Kohlendioxid Kreislauf und die  Auswirkungen des Kohlendioxids im Groben zu verstehen:

Kohlendioxid  entsteht sowohl bei der [Verbrennung|Thema/Verbrennung] von kohlenstoffhaltigen Substanzen als auch im Organismus von Lebewesen durch Zellatmung. (Auch wir Menschen atmen ja Sauerstoff ein, aber eine stark mit CO%%sub 2/% angereicherte Gasmischung aus.) Pflanzen, Algen und manche Bakterien u.a. verwandeln Kohlenstoffdioxid  in „Biomasse“. Bei der Photosynthese entstehen aus anorganischem Kohlenstoffdioxid organische Stoffe, das Grundmaterial  aller Pflanzen. Die CO%%sub 2/% Konzentration regelt sich bis zu einem gewissen Grad selbst: Mehr davon in der Luft führt zu stärkerem Wachstum (darum erhöht man in Gewächshäusern den CO%%sub 2/% Gehalt und beschleunigt damit das Wachstum der Pflanzen), wodurch mehr CO%%sub 2/% gebunden wird.

Man beachte, dass manche [Algenarten besonders|Thema/Algen] (Blaualgen, in Wahrheit Cyanobakterien) effizient CO%%sub 2/% binden, sprich [Biomasse|Thema/Bioenergie] erzeugen und daher Kohlendioxid in wertvolle Substanzen überführen: Man kann aus der Biomasse Nahrung, Dünger, Pharmazeutika, Kosmetika, [Treibstoff|Thema/Bioenergie] und vieles mehr herstellen!

Es ist heute allgemeiner Konsens, dass diese Selbstregelung durch die Menschen, die z.B. durch Heizung oder Verbrennung viel CO%%sub 2/% erzeugen, nicht mehr ausreicht, wobei die seit 1900 eingetretene Verfünffachung (!) der Erdbevölkerung von 1,5 auf 7,5 Milliarden natürlich eine große Rolle spielt, die zu oft ignoriert wird.


Kohlenstoffdioxid absorbiert einen Teil der Wärmestrahlung, gibt diese Wärme aber auch allmählich an die Luft ab. Daher ist Kohlenstoffdioxid ein sogenanntes Treibhausgas, ist also für die Erwärmung der Luft mitverantwortlich („Treibhauseffekt“). Alle Treibhausgase zusammen erhöhen die mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche von circa −18 °C auf +15 °C. 

Kohlenstoffdioxid hat einen relativ großen Anteil am Gesamteffekt und ist somit für das lebensfreundliche Klima der Erde mitverantwortlich. 


Ergänzend sei noch erwähnt, dass CO%%sub 2/% für [viele wichtige chemische Prozesse|AustriaWiki/Kohlenstoffdioxid] eingesetzt wird, in der Form von Trockeneis als Kühlmittel, für die Erzeugung von Harnstoff, in manchen Situationen als Löse- und Extraktionsmittel, als Löschmittel, in der Lebensmitteltechnologie z.B. zur Frischhaltung, usw. Man beachte, dass Harnstoff (weltweite Produktion ca. 150 Millionen Tonnen pro Jahr!) und seine Derivate wichtige Stickstoffdünger und Rohstoffe für die chemische Industrie sind, etwa für die Herstellung von Harzen, die als Klebstoff, zur Imprägnierung oder Isolierung eingesetzt werden. Harnstoff dient als Grundlage für die Synthese von Barbitursäure, Koffein, Hydrazin und weiteren Chemikalien.


Die Bedeutung von CO%%sub 2/% für viele [Anwendungen|AustriaWiki/Kohlenstoffdioxid] wird auch dadurch belegt, dass es eine Reihe von Verfahren gibt, die reines CO%%sub 2/% herstellen.
!! Freund oder Feind?  
Bisher erscheint Kohlendioxid also nur als Freund. Als Feind wird CO%%sub 2/% (bzw. seine weitere Konzentrationszunahme) aus zwei Gründen eingestuft:

 
Erstens nimmt Ozeanwasser CO%%sub 2/% auf. Das führt zur „Übersäuerung“, was sich auf das Leben im Meer auswirkt. Siehe dazu auch den Beitrag über die [Bedrohung der Umwelt|AEIOU/Bedrohung_der_Umwelt].

 
Zweitens trägt es zur Verstärkung des Treibhauseffekts bei und damit zur globalen Erwärmung. Die Diskussion: Wie stark dies langfristig zu einem [Klimawandel|Allgemeinwissen/Themenlisten/Übersicht_über_Klimawandel_und_globale_Erwärmung] führt; wie weit das CO%%sub 2/% dazu beiträgt; wie weit die Zunahme durch Menschen verursacht wird; oder durch z. B. Waldbrände oder Vulkanausbrüche; oder nicht durch Handlungen der Menschen an sich, sondern durch die zunehmende Zahl von Menschen; und schließlich, ob eine Klimaerwärmung nur negativ zu sehen ist: All das sei einem etwaigen weiteren Beitrag vorbehalten. 

Es gibt dazu auch über 30 Beiträge unter dem [Thema Klimawandel|Allgemeinwissen/Themenlisten/Übersicht_über_Klimawandel_und_globale_Erwärmung] im Austria-Forum, und wird daher hier nicht weiter diskutiert.
!!Konsens
Unabhängig davon nämlich, wie man Auslösung und Effekt der CO%%sub 2/% Zunahme sieht, scheint ein Konsens zu bestehen: Dass die CO%%sub 2/% Konzentration eher ab- als zunehmen sollte.

Das führt u.a. dazu, dass man den Ausstoß von CO%%sub 2/% in der Luft verringern will. Das kann geschehen, indem man auf die Verwendung wiederverwendbarer [Energie|Thema/Energie] oder neuer Energiegewinnungs- und Speichermethoden an Stelle der heute dominierenden Verwendung fossiler Brennstoffe setzt. Dies ist ein sinnvoller Ansatz, solange man nicht zu konservativ und durch finanzielle Anreize auf langfristig wenig sinnvolle Methoden setzt.


Eine andere Möglichkeit, die CO%%sub 2/%  Konzentration in der Luft zu verringern, ist die Ausscheidung des CO%%sub 2/% aus der Luft und seine Speicherung mit Hilfe von CCS (Carbon Capturing and Storage) Verfahren, wie unter [Energie|AEIOU/Energie] genauer erläutert wird, oder in diesem Werbevideo einer Schweizer Firma. Das bietet sich bei Prozessen, die besonders viel CO%%sub 2/% erzeugen an, wie beim Kalkbrennen (Zementherstellung) oder bei kalorischen Kraftwerken. Für die Speicherung gibt es viele Möglichkeiten, sei es als Gas, durch Bindung an andere Substanzen (z.B. Mineralisierung, s.u.) oder durch Verwendung von z.B. bei Algenfarmen, die viel CO%%sub 2/% binden und gleichzeitig organisches Material als Ausgangsstoff für weitere Verwendung liefern. Die [Forschung ist in diesem Bereich sehr aktiv|https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_sequestration] .
!!Die optmistische Möglichkeit
Eine dritte Möglichkeit, die für den Autor besonders zukunftsträchtig erscheint, ist es, CO%%sub 2/% nicht als Feind, sondern als Rohstoff zu sehen. Tatsächlich gibt es intensive Forschung in diese Richtung und durchaus auch Erfolge, wie noch kurz berichtet wird, doch muss eines vorweg festgehalten werden: Viele der Prozesse werden nicht intensiv verfolgt, weil sie viel Energie benötigen. Sie sind also nur dann sinnvoll, wenn wir genug Energie gewinnen können, ohne dabei CO%%sub 2/% zu erzeugen! 

Das ist der Grund, warum Solarenergie und Windenergie erste interessante Ansätze sind, die aber langfristig durch mächtigere Methoden wie Energiegewinnung aus der Erdwärme und durch Fusionsenergie ersetzt werden könnten.

 
Es wird zu wenig oft beachtet, was ein unumstößliches Faktum ist: Diese Welt benötigt größere Energiemengen als wir zurzeit haben für viele Aufgaben: für die Entsalzung von Meerwasser, um die notwendigen Süßwassermengen herzustellen, für die [Mobilität|Thema/Mobilitaet] und für unzählbar viele technische Prozesse. Niemand argumentiert das besser als Michiu Kaku (''Die Physik der Zukunft: Unser Leben in 100 Jahren''):  Die Forschung in sauberer Energiegewinnung und Energiespeicherung ist so wichtig, dass sie mit höchster Energie (was für ein zufälliges Wortspiel!) und entsprechende finanzielle Mittel verfolgt werden muss.

 
Hätten wir billige und saubere Energie könnte man theoretisch CO%%sub 2/% auch in die Grundbausteine spalten, in Kohle(nstoff) und Sauerstoff. Bis heute ist eine technische Variante der Photosynthese nicht überzeugend gelungen: Aber wäre es nicht toll, eine Solarzelle zu haben, die Nahrungsmittel (Glycose) herstellt: Mit einem Liter Wasser und dem CO%%sub 2/% der Luft erzeugt so eine Zelle essbare Tabletten, eine nach der anderen…


Wie gesagt, dies ist ein Traum. Aber die Idee, eine technische Photosynthese zu entwickeln wurde schon 1863 (!)  in einer Publikation erwähnt. Gelungen ist sie bis heute nicht. Hingegen hatte man manche Erfolge, indem man CO%%sub 2/% mit Stickstoff und Wasser mit geeigneten Bakterien und Energiezufuhr bei einem Gärungsprozess studierte, der u .a. Protein liefern könnte. Der Energieaufwand dafür ist so groß, dass eine wirtschaftliche Umsetzung nicht sinnvoll ist, außer man hat billige saubere Energie. 


CO%%sub 2/% ist ein guter Rohstoff aus dem man mit Energie auch Polymere, Urea (Düngemittel), Baumaterialien, Treibstoffe  usw. herstellen kann. Es ist oft der Energiebedarf, der das wenig attraktiv macht, wobei CO%%sub 2/% als Basis für neue Treibstoffe wie Methanol (das man durch überflüssige elektrische Energie aus Windrädern, wenn die Energie gerade nicht benötigt wird, oder aus Solarkraftwerken in sonnenreichen Wüstengegenden durch Wasserstoff Erzeugung aus Wasser und Beimischung von Wasser und CO%%sub 2/%  günstig herstellen kann)), aber auch Polymere und Düngemittel besonders intensiv und zunehmend erfolgreich verfolgt wird. 

Bei der Herstellung von Treibstoffen wird aber CO%%sub 2/% nicht vernichtet, sondern als Ersatz für Erdöl gesehen, der „CO%%sub 2/% neutral“ ist: der aus CO%%sub 2/% erzeugte Brennstoff produziert bei Verwendung wieder CO%%sub 2/%. D.h. es ist dies mehr eine CO%%sub 2/% neutrale Speicherung von Energie, nicht eine direkte Reduktion von CO%%sub 2/% in der Luft. 

Alle solche Anwendungen sind  nicht unbegründete Spekulationen: Immerhin förderte das [Department of Energy der USA|http://energy.gov/fe/innovative-concepts-beneficial-reuse-carbon-dioxide-0] schon  2008 zwölf Projekte mit 1,4 Milliarden Dollar „''to test innovative concepts for the beneficial use of carbon dioxide''“.  Das deutsche [Bildungsministerium für Wissenschaft und Forschung|http://www.chemieundCO2.de] verfolgt ähnliche Ansätze. In der „Zeit“ war Mitte 2016 zu lesen: ''„Nun hat die Industrie eine neue Idee. "Kohlendioxid könnte Erdöl als Rohstoff ersetzen", sagt Martina Peters, Chemikerin beim Chemiekonzern Bayer. Auch die Nobelpreisträger George Olah und Josef Stiglitz preisen Kohlendioxid als "Kraftstoff der Chemieindustrie" und berufen sich auf ein unanfechtbares Vorbild – die Natur. Bäume und Sträucher verwandeln das Gas jeden Tag in lebendiges Grün. Allein Europas Wälder binden jährlich 1,4 Milliarden Tonnen Kohlendioxid.....Auch das Bundesforschungsministerium schwärmt inzwischen von der Verwandlung eines "Aschenputtels" in eine "Prinzessin" und fördert das CO₂-Recycling bis 2015 in Dutzenden Projekten mit 100 Millionen Euro.“''
!!Fazit
Insgesamt steckt die Wiederverwendung von CO%%sub 2/%, bei der man die CO%%sub 2/% Konzentration in der Luft verringert, und damit vielleicht beherrschen lernt, in den Kinderschuhen.  Die zahlreichen Forschungsinitiativen bis hin zu Tagungen wie „Carbon Dioxide Utilisation Summit“ erlauben aber eine gewisse Hoffnung, dass CO%%sub 2/% neben den beschriebenen positiven Eigenschaften langfrsitig noch mehr bietet, nämlich sich selbst als einen wertvollen Rohstoff der Zukunft.

Das darf aber nicht davon ablenken, dass CO%%sub 2/% als Treibhausgas bis noch mindestens 2040 insofern als Feind zu betrachten ist, weil es zur globalen Erwärmung beiträgt [1]. Ein Reduktion des CO%%sub 2/% Ausstosses, wie es bei allen Klimaabkomen gefordert und festgeschrieben wird ist daher sinnvoll, auch wenn ein Präsident der USA das einfach nicht zur Kenntnis nehmen will, weil mit fossilen Brennstoffen (Öl, Kohle, Gas) die USA (a) leichter energiemäßig unabhängig sein könnn und (b) die Vermarktung von fossilen Brennstoffen sehr viel Geld produziert, direkt und indirekt (durch z.B. Steuern auf Treibstoff [2]). 

!Weiterführendes

> [Soloarzelle schluckt CO2-Emissionen|Wissenssammlungen/Essays/Ökologie/Solarzelle_CO2] (Essay)
> [Mineralisierugn von CO2|Wissenssammlungen/Essays/Ökologie/Kohlendioxid_Basalt] (Essay)
> [Industrielle Forschung|http://energyfactor.com]
> [Bedrohung der Umwelt|AEIOU/Bedrohung_der_Umwelt] (Essay)
> [Klimawandel|Allgemeinwissen/Themenlisten/Übersicht_über_Klimawandel_und_globale_Erwärmung] (Themenliste)
> [Wir haben zu wenig Phantasie|web-books/zuwenigphantasie00de2017iicm/000007]
> [Greenhouse gas scenarios: 2017 update|web-books/greenhouse00en2017iicm/000001] (Provided under CC by IIASA)

!!Eine interessante Übersicht aus Statista, unter CC:

[{Image src='23-01-19-Energieherkunft.jpeg' caption='CO2_Emissionen_in_ausgewaehlten_Laendern_' alt='CO2 emissionen' width='900' height='641' popup='false'}]

[1] Wie stark dieser Beitrag ist und wie stark er auf menschlichen Aktivitäten zurück zu führen ist, ist umstritten.\\
[2] Auch der österreichische Staat lukriert täglich Millionen von Euros durch die Mineralölsteuer. 

%%information
Weitere Beiträge und Firmen zu den Themen [Energie|Thema/Energie], [Umwelt|Thema/Umwelt] und [Bioenergie|Thema/Bioenergie].
%%



[{Metadata Suchbegriff='Kohlenstoffdioxid, CO2 ' Kontrolle='Nein'}]