Kohlenmonoxid vs. Kohlendioxid: Ein Vergleich

Kohlenmonoxid vs. Kohlendioxid: Ein Vergleich

Industrial Scientific | Freitag, 26. Juni 2020

Worin unterscheiden sich Kohlenmonoxid und Kohlendioxid? Falls Sie die beiden verwechseln, sind Sie damit nicht allein. Sie wissen vielleicht, dass es sich um zwei unterschiedliche Gase handelt – aber welches davon ist das Gute und welches das Gefährliche? Ist es eigentlich richtig, sie auf diese Weise zu klassifizieren? Bevor wir uns näher damit beschäftigen, auf welche Weise und an welchen Orten Menschen mit Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) in Berührung kommen, und wie man die Umgebung auf diese Gaskonzentrationen überprüfen kann, sollten wir uns ansehen, wie diese Gase entstehen. 

Beide Gase stellen eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff dar, weshalb der Name ähnlich klingt. Allerdings sind diese Gas das Ergebnis unterschiedlicher chemischer Reaktionen.

Wie entsteht Kohlendioxid?

Kohlendioxid entsteht bei bestimmten
Gärprozessen, beispielsweise bei der Weinherstellung.

Kohlendioxid ist ein Produkt der vollständigen Verbrennung. Eine vollständige Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff reagiert und es zur Bildung von Kohlendioxid und Wasser kommt. Hierfür ist oft (jedoch nicht immer) eine Flamme erforderlich. Eine brennende Kerze ist ein Beispiel für eine vollständige Verbrennung: das Kerzenwachs besteht aus Kohlenwasserstoff, der mit dem Sauerstoff in der Luft und der Hitze des brennenden Dochts reagiert. Das Kohlendioxid wird als farbloses und geruchloses Gas in die Luft freigesetzt.

Der größte Teil des Kohlendioxids in der Atmosphäre stammt aus natürlichen Quellen wie den Meeren, der von Tieren (und den Menschen) sowie von Pflanzen abgegebenen Atemluft, der Zersetzung organischer Materie, aus Waldbrände und Emissionen aus Vulkanausbrüchen.[1]

Ein gewisser Anteil der CO2-Emissionen wird durch den Menschen verursacht, beispielsweise durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Öl.[2] Die Verbrennung dieser Kraftstoffe dient zur Erzeugung von Energie, die in Wärme und Elektrizität umgewandelt oder als Antriebskraft für Transportmittel verwendet wird. Diese ergeben insgesamt 87 % aller durch den Menschen verursachten Kohlendioxid-Emissionen, während die restlichen 13 % die Folge von Abholzungen, einer veränderten Landnutzung und industrieller Prozesse wie Zementherstellung sind. [3] Nach seiner Freisetzung verteilt sich CO2, ein weitgehend nicht reaktives Gas, schnell in der Atmosphäre der Umgebung.

Kohlendioxid wird auch durch industrielle Prozesse freigesetzt. Zu den größten kommerziellen Erzeugern von Kohlendioxid zählen Industrieanlagen für die Herstellung von Wasserstoff oder Ammoniak. Für die Herstellung verwenden diese Anlagen Erdgas, Kohle oder nutzen im großen Umfang den Gärprozess pflanzlicher Produkte. Kohlendioxid wird in vielen Anwendungen im Nahrungsmittel- und Getränkebereich eingesetzt, darunter für die Anreicherung von Getränken mit Kohlendioxid. In fester Form kennen wir CO als „Trockeneis“, das häufig für den Transport gefrorener oder gekühlter Lebensmittel und medizinischer oder pharmazeutischer Materialien verwendet wird.

Wie entsteht Kohlenmonoxid?

Im Gegensatz dazu ist Kohlenmonoxid das Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung. Bei einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff, was beispielsweise bei einer nicht ausreichenden Menge an Sauerstoff der Fall ist, reagiert nur halb so viel Sauerstoff mit dem Kohlenstoff (ein Sauerstoffatom zu CO, im Vergleich zu zwei Sauerstoffatomen zu CO2), sodass sich Kohlenmonoxid bildet.

Im Gegensatz zu Kohlendioxid kommt Kohlenmonoxid nicht natürlich in der Atmosphäre vor. Es entsteht durch die unvollständige Verbrennung von Kohle, Erdgas und Öl. Ein geringer Sauerstoffgehalt und niedrige Temperaturen führen bei der Verbrennung zur Bildung von Kohlenmonoxid.

Gefährliche Konzentrationen von Kohlenmonoxid entstehen in Wohnhäusern oder Bürogebäuden durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, beispielsweise in Gasöfen, Gasherden, Gastrocknern, bei der Warmwasserbereitung, bei offenen Kaminen und in Fahrzeugen. Da es sich um ein farbloses und geruchloses Gas handelt, lässt es sich ohne spezielle Geräte nicht erkennen.

Gerade im industriellen Bereich ist hauptsächlich der Verbrennungsmotor als Ursache für eine Belastung mit Kohlenmonoxid verantwortlich. Auch viele Heiz- und Brennöfen stoßen große Mengen Kohlenmonoxid aus, vor allem bei einer nicht ordnungsgemäßen Wartung. Die höchste Belastung entfällt auf Lastkraftwagen- und Gabelstapelfahrer oder Personen, die in der Nähe dieser Geräte arbeiten. Darüber hinaus sind auch Arbeiter in der Nähe oder im Inneren von beengten Räumen wie Schächten, Garagen, Tunneln, Ladedocks, Lagerhallen und Kfz-Reparaturwerkstätten durch dieses Gas gefährdet.

Während es sich bei Kohlenmonoxid meist um ein unerwünschtes Nebenprodukt handelt, kommt es in einer Reihe von Branchen regelmäßig zum Einsatz, beispielsweise in der Metallherstellung, bei der Herstellung von Chemikalien, in der pharmazeutischen Industrie, für Anwendungen in der Elektronikbranche oder der Halbleiterherstellung und bei der Reduktion von Erzen für die Herstellung von Metallcarbonyl.

Gesundheitliche Gefahren durch Kohlenmonoxid und Kohlendioxid

KOHLENMONOXID-WARNGERÄTE

Feuerwehrmann mit CO-Gaswarngerät

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Eine Kohlendioxidvergiftung ist zwar selten, aber eine hohe Konzentration dieses Gases kann in einem beengten Raum zu einer Vergiftung führen. Hohe Konzentrationen von Kohlendioxid verdrängen den Sauerstoff in der Luft und können Erstickungsanfälle auslösen. Zu den Symptomen einer leichten CO-Vergiftung zählen Kopfschmerzen und Müdigkeit bei einer Konzentration von unter 30.000 ppm. Eine Konzentration von 80.000 ppm CO2 kann lebensgefährlich sein.  Orientierung bietet der von der OSHA (Occupational Safety and Health Administration) festgelegte CO2-Grenzwert, der eine Belastung von höchstens 5.000 ppm über einen Zeitraum von acht Stunden und 30.000 ppm für einen Zeitraum von zehn Minuten vorsieht.

Kohlenmonoxid ist ein weitaus gefährlicheres Gas. Kohlenmonoxid wird auch als „lautloser Killer“ bezeichnet, da es sich um ein farbloses, geruch- und geschmackloses Gas handelt, das auch keine Reizungen hervorruft. Aus diesem Grund lassen sich erste Anzeichen einer Vergiftung nur schwer erkennen. Laut einer Schätzung des Centers for Disease Control and Prevention werden in den USA über 50.000 Personen mit den Symptomen einer Kohlenmonoxidvergiftung ins Krankenhaus eingeliefert und jährlich sterben mehr als 430 Menschen durch dieses Gas.[4] Kohlenmonoxid ist deshalb so gefährlich, weil es eine chemische Verbindung mit den Blutkörperchen eingeht, die normalerweise Sauerstoffmoleküle transportieren. Dies führt zu einer chemischen Blockade, da kein Sauerstoff mehr in den Kreislauf gelangt. Der zulässige OSHA-Grenzwert für Kohlenmonoxid liegt bei 50 ppm im Durchschnitt über einen Zeitraum von acht Stunden – und damit weit unter dem für Kohlendioxid. Der CO-Grenzwert, bei dessen Überschreitung die unmittelbare Gefahr schwerer gesundheitlicher Beeinträchtigungen besteht und die sogar zum Tode führen kann, liegt bei 1.500 ppm.

Einsatz von Gaswarngeräten zur Messung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid

Im Hinblick auf die Auswahl eines Gaswarngeräts für den Einsatz am Arbeitsplatz ist zu beachten, dass ein Eingas-Warngerät für Kohlenmonoxid keine Kohlendioxidkonzentrationen misst, ebenso wie ein Eingas-Warngerät für Kohlendioxid keine Kohlenmonoxidkonzentrationen ermitteln kann. Für beide Gas gibt es spezifische Sensoren. Die gute Nachricht ist, dass Ihnen eine Reihe von Optionen zur Auswahl steht, wenn es um das optimaleGaswarngerät für die Überwachung von Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid geht, darunter Eingas- und Mehrgas-Warngeräte, tragbare Gaswarngeräte und Bereichsüberwacher. Der wichtigste Faktor für die Auswahl des richtigen Geräts ist jedoch, dass Sie die Umgebung kennen, in der es eingesetzt werden soll, und sich auch über die Eigenschaften des Gases bzw. der Gase im Klaren sind, die Sie überwachen möchten.

 

[1] https://www.netl.doe.gov/research/coal/carbon-storage/carbon-storage-faqs/what-are-the-primary-sources-of-co2

[2] https://whatsyourimpact.org/greenhouse-gases/carbon-dioxide-emissions

[3] https://whatsyourimpact.org/greenhouse-gases/carbon-dioxide-emissions

[4] https://www.cdc.gov/features/copoisoning/index.html