Kohlenstoffdioxid, auch Kohlendioxid oder in gelöster Form umgangssprachlich oft ungenau Kohlensäure genannt, ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff mit der Summenformel CO2. Kohlenstoffdioxid ist ein saures, unbrennbares, farb- und geruchloses Gas, das sich gut in Wasser löst. Mit basischen Metalloxiden oder -hydroxiden bildet es zwei Arten von Salzen, die Carbonate und Hydrogencarbonate genannt werden.

Kohlenstoffdioxid, ein wichtiges Treibhausgas, ist ein natürlicher Bestandteil der Luft, wo es derzeit (2011) in einer mittleren Konzentration von 0,039 Vol% (390 ppm) vorkommt. Es entsteht sowohl bei der vollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichender Sauerstoffzufuhr als auch im Organismus von Lebewesen als Kuppelprodukt der Zellatmung. Pflanzen, manche Bakterien und Archaeen wandeln Kohlenstoffdioxid durch Fixierung in Biomasse um. Bei der Photosynthese entsteht aus anorganischem Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose. Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffzyklus. Kohlenstoffdioxid ist nicht giftig, kann aber bei zu hohen Konzentrationen zum Tod durch Ersticken führen, indem es die Kohlenstoffdioxid-Abgabe der Lungen hemmt (obwohl der Sauerstoffanteil der Luft noch ausreichend wäre).

Kohlenstoffdioxid besitzt ein breites technisches Anwendungsspektrum. In der chemischen Industrie wird es zur Gewinnung von Harnstoff eingesetzt. In fester Form als Trockeneis wird es als Kühlmittel eingesetzt, überkritisches Kohlenstoffdioxid dient als Löse- und Extraktionsmittel.

Ökologische Bedeutung

Übersicht über die Photosynthese und Atmung.

Pflanzen und photosynthesefähige Bakterien nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre auf und wandeln dieses durch Photosynthese unter Einwirkung von Licht und Aufnahme von Wasser in Kohlenhydraten wie Glucose um. Dieser Prozess setzt gleichzeitig Sauerstoff aus der Dekomposition von Wasser frei. Die entstehenden Kohlenhydrate dienen als Energieträger und Baustoff für alle anderen biochemischen Substanzen wie Polysaccharide, Nukleinsäuren und Proteine. Kohlenstoffdioxid stellt damit den Rohstoff für die Bildung aller Biomasse in der Primärproduktion der Ökosysteme.

Der Abbau von Biomasse durch Atmung ist, in Umkehrung zum Prozess der Photosynthese, wieder mit der Bildung von Kohlenstoffdioxid und dem Verbrauch des vorher freigesetzten Sauerstoffs verbunden. Alle Organismen eines Ökosystems atmen fortwährend, während die Photosynthese an die Verfügbarkeit von Licht in den Tagstunden gebunden ist. Dieses führt zur zyklischen Kohlenstoffdioxid Zu- und Abnahme im täglichen und jahreszeitlichen Rhythmus in Abhängigkeit der unterschiedlichen Lichtintensitäten.

In Gewässern schwankt die Kohlenstoffdioxid-Konzentration ebenfalls entsprechend den genannten Tages- und Jahreszeit-Rhythmen. Kohlenstoffdioxid ist mit den anderen gelösten Kohlensäure-Spezies zu einem Gleichgewichtssystem verknüpft, welches den im Wasser herrschenden pH-Wert wesentlich bestimmt. Von diesem pH-Wert hängen dann ihrerseits wieder die Gleichgewichtslagen der Dissoziationen von Ammonium/Ammoniak, Nitrit/Salpetrige Säure und Sulfide/Schwefelwasserstoff und anderer Säure-Basen-Paare ab, die sich ihrerseits in Toxizitäten für die Organismen im Gewässer bemerkbar machen.

Ist in einem Gewässer der Vorrat an Kohlenstoffdioxid durch Photosynthese erschöpft, was sich durch einen pH-Wert nahe 8,3 bemerkbar macht, sind manche Arten von Algen und Wasserpflanzen befähigt, aus dem gelösten Hydrogencarbonat das benötigte Kohlenstoffdioxid zu gewinnen, wobei sie Hydroxyl-Ionen abgeben. In nährstoffreichen Gewässern wie Karpfenteichen steigt der pH-Wert bis 12 mit entsprechenden gesundheitlichen Folgen für die Fische, zum Beispiel durch Kiemennekrose der Karpfen.

Was halten Sie von dem Glühbirnenverbot? Diskutieren Sie hier mit!