Definition: Was ist CO₂?
CO₂ ist die chemische Formel für Kohlendioxid. Es ist ein farb- und geruchloses Gas, das aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen besteht. Kohlendioxid kommt natürlich in der Erdatmosphäre vor und ist ein wichtiger Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs. Pflanzen, Algen und Cyanobakterien nehmen CO₂ bei der Photosynthese auf und bauen daraus organische Substanz auf. Tiere, Menschen, Pilze und viele Mikroorganismen geben CO₂ durch Atmung wieder ab.
CO₂ ist zugleich das wichtigste langlebige Treibhausgas, das durch menschliche Aktivitäten zusätzlich in die Atmosphäre gelangt. Vor allem die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, die Zementherstellung, Entwaldung und Landnutzungsänderungen erhöhen die CO₂-Konzentration. Dadurch verstärkt sich der Treibhauseffekt, und das Klimasystem der Erde erwärmt sich.
Natürlicher Kohlenstoffkreislauf
Kohlendioxid bewegt sich ständig zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Böden, Pflanzen, Tieren, Gesteinen und Sedimenten. Pflanzen nehmen CO₂ aus der Luft auf und speichern Kohlenstoff in Blättern, Holz, Wurzeln, Früchten und Böden. Beim Abbau organischer Substanz gelangt ein Teil des Kohlenstoffs wieder als CO₂ in die Atmosphäre.
Ozeane nehmen große Mengen CO₂ auf und geben es auch wieder ab. Ein Teil wird im Wasser gelöst, ein Teil von Plankton genutzt, ein Teil in tiefe Wasserschichten transportiert. Über sehr lange Zeiträume wird Kohlenstoff auch in Kalkgesteinen, Sedimenten und fossilen Rohstoffen gespeichert.
Photosynthese
Photosynthese ist der wichtigste natürliche Prozess, der CO₂ aus der Atmosphäre bindet. Pflanzen und Algen nutzen Lichtenergie, um aus Kohlendioxid und Wasser Zucker aufzubauen. Dabei entsteht Sauerstoff. Dieser Prozess bildet die Grundlage vieler Nahrungsketten und beeinflusst die Zusammensetzung der Atmosphäre.
Wälder, Grünland, Moore, Seegraswiesen, Algen und landwirtschaftliche Kulturen nehmen CO₂ auf. Ob daraus langfristige Speicherung entsteht, hängt davon ab, wie lange der Kohlenstoff in Biomasse oder Boden bleibt. Wird Holz verbrannt oder organische Substanz schnell abgebaut, gelangt CO₂ wieder zurück.
Atmung und Zersetzung
Bei der Zellatmung wird organische Substanz abgebaut, um Energie freizusetzen. Dabei entsteht CO₂. Auch Mikroorganismen setzen beim Abbau von Laub, Holz, Wurzeln, Kompost oder toten Tieren Kohlendioxid frei. Diese Prozesse sind natürlich und halten Stoffkreisläufe in Gang.
Problematisch ist nicht das natürliche CO₂ an sich, sondern die zusätzliche Freisetzung aus fossilen Speichern. Kohlenstoff, der über Millionen Jahre im Untergrund lag, wird innerhalb kurzer Zeit in die Atmosphäre gebracht.
CO₂ und Treibhauseffekt
Kohlendioxid ist ein Treibhausgas. Es lässt einen großen Teil der kurzwelligen Sonnenstrahlung passieren, nimmt aber einen Teil der langwelligen Wärmestrahlung auf, die von der Erdoberfläche abgegeben wird. Dadurch bleibt mehr Wärme im Klimasystem. Der natürliche Treibhauseffekt macht die Erde überhaupt erst lebensfreundlich. Ohne ihn wäre die durchschnittliche Temperatur deutlich niedriger.
Durch zusätzliche CO₂-Emissionen wird dieser natürliche Effekt verstärkt. Die globale Mitteltemperatur steigt, Eisflächen schmelzen, Meeresspiegel erhöhen sich, Wetterextreme nehmen zu, Niederschlagsmuster verändern sich, und Ökosysteme geraten unter Druck.
Menschliche Quellen von CO₂
Fossile Brennstoffe
Die wichtigste menschengemachte CO₂-Quelle ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Kohle, Erdöl und Erdgas enthalten Kohlenstoff. Wird dieser Kohlenstoff verbrannt, entsteht Kohlendioxid. Stromerzeugung, Verkehr, Industrie, Heizung und viele Produktionsprozesse beruhen noch immer in großem Umfang auf fossiler Energie.
Kohle verursacht besonders hohe CO₂-Emissionen pro erzeugter Energiemenge. Erdgas verursacht weniger CO₂ als Kohle, bleibt aber ein fossiler Energieträger. Erdölprodukte wie Benzin, Diesel, Heizöl und Kerosin tragen stark zu Emissionen im Verkehr und Gebäudebereich bei.
Zementherstellung
Bei der Herstellung von Zement entsteht CO₂ nicht nur durch Energieverbrauch, sondern auch durch chemische Umwandlung von Kalkstein. Beim Brennen von Kalkstein wird Kohlendioxid aus dem Rohstoff freigesetzt. Deshalb zählt Zement zu den emissionsintensiven Baustoffen.
Klimafreundlichere Bauweisen setzen auf Materialeinsparung, Recycling, alternative Bindemittel, Holzbau, langlebige Konstruktionen und effiziente Nutzung vorhandener Gebäude. Zement lässt sich nicht überall ersetzen, doch sein Einsatz kann gezielter erfolgen.
Entwaldung und Landnutzung
Wälder speichern Kohlenstoff in Holz, Wurzeln und Böden. Werden sie gerodet oder verbrannt, wird CO₂ freigesetzt und künftige Aufnahmefähigkeit geht verloren. Auch Moorentwässerung, Bodenumbruch und Humusverlust setzen Kohlendioxid frei. Landnutzung ist deshalb ein wichtiger Teil der Klimabilanz.
CO₂ in Ozeanen
Ozeane nehmen einen Teil des menschlich freigesetzten CO₂ auf. Das bremst die Erwärmung, verändert aber die Meereschemie. Gelöstes CO₂ bildet Kohlensäure und senkt den pH-Wert. Dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt.
Versauerung erschwert vielen Organismen die Bildung von Kalkschalen und Skeletten. Betroffen sein können Korallen, Muscheln, Schnecken, Kalkalgen und Planktonarten. Die Wirkung hängt von Region, Temperatur, Nährstoffen und Art ab, kann aber ganze Nahrungsketten beeinflussen.
CO₂-Minderung
Die Verringerung von CO₂-Emissionen ist eine zentrale Aufgabe des Klimaschutzes. Wichtige Wege sind Energieeinsparung, erneuerbare Energien, Wärmepumpen, Gebäudedämmung, Elektromobilität, öffentlicher Verkehr, Kreislaufwirtschaft, klimafreundliche Industrieprozesse, Schutz von Wäldern und Wiedervernässung von Mooren.
CO₂ kann auch technisch abgeschieden und gespeichert oder genutzt werden. Solche Verfahren werden unter Begriffen wie CCS und CCU diskutiert. Sie können für schwer vermeidbare Emissionen eine Rolle spielen, ersetzen aber nicht die schnelle Verringerung fossiler Verbrennung.
Zusammenfassung
CO₂ ist Kohlendioxid, ein natürliches Gas des Kohlenstoffkreislaufs und zugleich das wichtigste langlebige menschengemachte Treibhausgas. Es entsteht bei Atmung, Zersetzung, Verbrennung, Industrieprozessen und Landnutzungsänderungen. Pflanzen und Ozeane nehmen CO2 auf, können die zusätzlichen Emissionen aber nicht vollständig ausgleichen. Der steigende CO₂-Gehalt verstärkt den Treibhauseffekt und treibt den Klimawandel an. Klimaschutz erfordert daher weniger fossile Brennstoffe, effiziente Energienutzung, erneuerbare Energien, Schutz natürlicher Kohlenstoffspeicher und klimafreundliche Produktionsweisen.
