CO2 ist ein geruchloses, giftiges Gas, welches schwerer als Luft ist und die chemische Bezeichnung von Kohlenstoffdioxid. Es ist die stabile Verbindung von Kohlenstoff und Sauerstoff. Hauptsächlich entsteht es bei Verbrennungsprozessen von kohlenstoffartigen oder kohlenstoffhaltigen Produkten wie Kohle, Öl, Erdgas, Methan oder kohlenstoffhaltigen Abfällen. Bei Fäulnis- und Zerfallsprozessen von organischem Material entsteht es ebenfalls. Aus diesem Grund ist CO2 bis heute für zahlreiche tödliche Unfälle im Bergbau, insbesondere dem Untertage – Kohleabbau und bei der Lagerung von organischem Material, insbesondere in der Landwirtschaft verantwortlich. Zu hohe Konzentration von CO2 in der Atemluft führt schnell zum Bewusstseinsverlust und durch den Entzug von Sauerstoff zum Tod. Pflanzen dient es aber als Kohlenstofflieferant und ist deshalb mit 0,2% Anteil ein normaler Bestandteil der Atemluft. CO2 ist nicht zu verwechseln mit CO, dem Kohlenstoffmonoxyd. Dieses hochgiftige Gas entsteht bei unvollständigen Oxidationsprozessen und ist aufgrund seiner bioaktiven Eigenschaften um ein Vielfaches gefährlicher als CO2. „Emission“ bedeutet wörtlich „Aussendung“. Unter einer CO2-Emission versteht man also einen chemischen Prozess, bei dem CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Technische Nutzung

Die primäre Energiequelle zur Stromerzeugung und für das Verkehrswesen ist die der Verbrennung von fossilen Energieträgern. Diese sind zum größten Teil Kohle, Erdöl und Erdgas. Der in diesen Energieträgern gebundene Kohlenstoff setzt bei der Oxidation mit Sauerstoff Verbrennungswärme frei. Diese Wärme wird zum Betreiben von Dampfturbinen (Stromerzeugung), Verbrennungsmotoren (Hubkolbenmotor oder Düsentriebwerk) oder einfache Heizwärme für Immobilien, genutzt. Aufgrund der immer noch vergleichsweise leichten Verfügbarkeit dieser Energieträger, war bisher der Druck auf die Suche von alternativen, idealerweise regenerativen Energiequellen noch nicht ausreichend hoch, um die Verwendung von fossilen Energieträgern gänzlich zu vermeiden.

Problematik

Der massenhafte und exponentiell gesteigerte Ausstoß von CO2, hat zu einer bedeutenden Erwärmung des Weltklimas geführt. CO2 ist das bei weitem bedeutendste Gas, welches direkt für den Treibhauseffekt verantwortlich ist. In der Atmosphäre sammelt sich CO2 in hohen Schichten und hat dort eine stark absorbierende Wirkung. Kurzwelliges, sichtbares Sonnenlicht wandelt sich bei seiner Reflektion auf dem Erdboden in langwellige Wärmestrahlung um. Die kurzwelligen Lichtstrahlen, welche zuvor ungehindert die CO2-Schichten durchdringen konnten, werden nun vom CO2 in der Atmosphäre auf die Erde zurück reflektiert. Die Folge ist eine kontinuierliche Aufheizung des Klimas. Idealerweise befindet sich das Verhältnis von freiem CO2 und gebundenem Kohlenstoff in einem stabilen Gleichgewicht. Seit Beginn der industriellen Revolution werden aber große Mengen fossiler Brennstoffe zu Kohlendioxid umgewandelt und in die Atmosphäre emittiert. Die Natur ist nicht mehr imstande, das zusätzliche CO2 vollständig zu binden. Die Weltmeere gelten als mit Abstand der größte Absorber von CO2. Sie sind aber ihrerseits durch die Erwärmung des Klimas in ihrer Fähigkeit zur CO2-Absorption zunehmend eingeschränkt. Hinzu kommt noch die jüngst beobachtete Versauerung der Meere durch den erhöhten CO2-Anteil in der Luft. Diese ist schädlich für die CO2-bindenden Mikroorganismen in den oberen Wasserschichten der Ozeane. Die landgestützten CO2-Absorber sind die Wälder. Durch zunehmende Vernichtung der Urwälder wird aber auch dieser Kohlenstoffspeicher zunehmend reduziert.

Verursacher

Mit 26,4% ist China der bedeutendste Produzent von CO2 weltweit. Da China über erhebliche Lagerstätten von Kohle verfügt, ist dies ist vor allem durch die Energieerzeugung zu erklären. Diese besteht zum größten Teil aus Kohlekraftwerken. Durch diese Fokussierung auf den fossilen Energieträger Kohle kommt es aber zu einer so großen Nachfrage, dass es zahlreiche illegal errichtete Kohlebergwerke gibt. Diese nicht professionell geführten Abbaustätten entzünden sich sehr leicht und sind in der Regel nicht wieder löschbar. So verbrennen jährlich durch Flözbrände in China 20 Millionen Tonnen Kohle und wandeln sich zu CO2, ohne vorher energetisch genutzt worden zu sein. Die Tendenz der Emission von CO2 ist in China weiterhin steigend. Die USA haben mit 17.4 % den zweitgrößten Anteil an der weltweiten CO2 Produktion. Es ist aber in den USA ein Abwärtstrend in der CO2-Emission beobachtbar. Dies erklärt sich durch ein zunehmend gesteigertes Umweltbewusstsein und die Umstellung von Kohle und Öl auf Erdgas zur Energieerzeugung. Deutschland belegt mit 2,4 % den Platz 6 der Internationalen CO2-Emittenten.

Gegenmaßnahmen

Mit dem steigenden Umweltbewusstsein, vor allem in den Industrieländern, sind verschiedene Maßnahmen zur Reduktion der CO2-Emissionen in Angriff genommen worden. Es wird zunehmend im Bereich der regenerativen Energieerzeugung geforscht und entsprechende Technologieprojekte werden großzügig gefördert. Die Jahrzehnte lang als bequeme Alternative gehandelte Kernkraft hat seit den Unfällen in Tschernobyl und zuletzt 2012 in Fukujima, erheblich an Attraktivität verloren. Hinzu kommt noch die ungeklärte Frage nach der dauerhaften Entsorgung der hochradioaktiven Abfälle. Als echte Alternativen zur CO2-freien Energieversorgung gehören vor allem die regenerativen Energien. Dies sind primär Wind-, Wasser-, Erdwärme- und Solarkraftwerke. Es gibt weitere Technologien, welche sich aber größtenteils noch im Forschungsstadium befinden. Dazu gehören beispielsweise die Kernfusion, Wellen- und Gezeitenkraftwerke oder Aufwindkraftwerke. Darüber hinaus laufen zu Zeit Versuche, bei der Energieerzeugung entstehendes CO2 in tiefen Gesteinsschichten zu speichern. Auch CO2-produzierende Kraftwerke gelten als umweltfreundlich, sofern der verwendete Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Da die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen genau so viel CO2 in die Atmosphäre abgibt, wie vorher durch den Wachstumsprozess der Pflanzen gebunden wurde, spricht man von einer CO2-neutralen Energieerzeugung. Hier ist an erster Stelle die energetische Holzverwertung zu nennen, welche vor allem in der CO2-neutralen Wärmeerzeugung eine wichtige Rolle spielt. Andere Energieträger aus nachwachsenden Rohstoffen sind hingegen mittlerweile in die Kritik gekommen: Zum einem ist die Rodung von Urwaldflächen für die Anpflanzung von z.B. Ölpalmen in der Gesamtumweltbilanz als negativ zu bewerten. Zum anderen gehen durch den exklusiven Anbau von Energieträgerpflanzen wie Mais oder Raps, wertvolle Flächen zum Anbau von Nahrungsmitteln oder Tierfutter verloren. Es gibt aber bereits vielversprechende Versuche mit der Verwendung von Algenkulturen zur Kraftstofferzeugung.

Seit 2005 ist in Europa, auf Grundlage des Kyoto-Protokolls von 1997, ein Handel mit Emissionsrechten möglich. Mit diesem Instrument wird versucht, die industriell produzierten Klimagase kontinuierlich zu reduzieren. Innerhalb Europas, insbesondere Westeuropas, ist ein Greifen dieser Maßnahmen bereits beobachtbar. Die produzierte Menge an CO2 geht kontinuierlich zurück. Weltweit ist aber ein gegenteiliger Trend zu sehen, die emittierte Menge an CO2 steigt immer noch an. Besonders große Fortschritte bei der Reduzierung von CO2-Emissionen werden aber in den Technologien für Kraftfahrzeuge erreicht. Die Autokonzerne senken mit jeder neuen Modellgeneration ihren Flottenverbrauch und damit ihren CO2-Ausstoß. Ein großer deutscher Hersteller gibt als denkbares Ziel einen durchschnittlichen Verbrauch von drei Litern auf hundert Kilometern, innerhalb der nächsten zehn Jahre, an. Dies wird vor allem durch höher verdichtende Motoren und dem Einsatz von leichteren Materialien bei der Konstruktion der Kraftfahrzeuge ermöglicht. Neue Technologien, wie Hybrid- oder Vollelektroantriebe, leisten ebenfalls einen Beitrag zum umweltverträglichen Individualverkehr. Noch nachhaltiger sind die Fortschritte zur CO2-Emissionen in den Heiztechnologien für Immobilien. Hier haben vor allem innovative Materialien zur Wärmedämmung bedeutende Fortschritte gemacht. Aber auch energiesparende Heizkörper, Solarthermieanlagen, Blockheizkraftwerke mit Kraft-Wärme- Kopplung und Mehrfachisolierverglasungen leisten wichtige Beiträge zur Reduktion von CO2-Emissionen. In diesem Bereich ist noch viel Forschung notwendig. Fälle von vermehrtem Schimmelbefall durch übertriebene Isolation sind nur ein Beispiel dafür, dass die technologischen Möglichkeiten bei der Reduktion von CO2-Emissionen noch lange nicht ausgereizt sind.