CO2

Uit Wiet Wiki
Ga naar: navigatie, zoeken

Koolstofdioxide

Koolstofdioxide, ook wel kooldioxide of koolzuurgas, (chemische formule CO2) is een kleurloos en reukloos gas dat van nature in de atmosfeer voorkomt. Het molecuul is lineair (zie de afbeelding). Men spreekt ook wel van koolzuur, maar daarmee wordt eigenlijk waterstofcarbonaat (H2CO3), de oplossing van koolstofdioxide in water, bedoeld.

De atmosfeer van de aarde bevat tegenwoordig ongeveer 383 ppm koolstofdioxide (jan 2007)[1]. Deze concentratie neemt jaarlijks toe. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door het grootschalige gebruik van fossiele brandstoffen, maar ook ontbossing speelt een rol.[2] Voor het begin van de Industriële revolutie was de concentratie ongeveer 280 ppm. De toename van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer speelt hoogstwaarschijnlijk een belangrijke rol bij de opwarming van de Aarde.

Koolzuur wordt veel gebruikt in frisdranken; het veroorzaakt daar de "prik". Het komt ook van nature voor in mineraalwater. Koolstofdioxide wordt gebruikt om vuur te bestrijden, met name indien water gevaarlijk zou zijn als blusmiddel doordat het chemische reacties veroorzaakt, stroom geleidt of grote schade kan veroorzaken, zoals in papieren archieven.

Ontdekking

Koolstofdioxide werd ontdekt in het begin van de 17e eeuw door de Vlaming Jan Baptista van Helmont die het "sylvestergas" noemde. Hij stelde vast dat na verbranding van houtskool in een gesloten kom, de restmassa kleiner was dan de oorspronkelijke massa. Zijn conclusie was dat het verschil veranderd was in een "wilde geest" (spiritus sylvestre) of gas.

Chemische eigenschappen

Koolstofdioxide wordt gebruikt door planten in de fotosynthese. Hierbij wordt door planten water en koolstofdioxide opgenomen en in glucose vastgelegd terwijl de zuurstof (O2) weer terug aan de lucht wordt afgegeven. Voor dit proces is energie nodig die door de zon wordt geleverd. In kassen wordt het gas als een soort bemesting van de planten gebruikt: bij aanwezigheid van meer koolstofdioxide groeien veel planten wat sneller. Bij een toename van het koolstofdioxidegehalte op aarde kan de vegetatie sneller groeien.

Dieren doen het omgekeerde van wat planten doen. Zij ademen zuurstof in en koolstofdioxide uit, die bij de verbranding van energiehoudende voedingsstoffen (vetten en koolhydraten) in het lichaam vrijkomt. Ook de energie komt daarbij weer vrij.

De eenvoudigste manier om koolstofdioxide te maken is, door verbranding van koolstof (bijvoorbeeld houtskool). Het komt in grote hoeveelheden vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Dit proces is voor de mensheid een van de belangrijkste energiebronnen.

Natuurlijke aardse CO2-uitwisseling ontstaat onder andere door savanne- en bosbranden (blikseminslag), uitstoot uit vulkanen, verteringsprocessen in natte oerwouden en mangroven, en uit de CO2-uitwisseling uit de zeeën en oceanen. De menselijke/industriële CO2-uitstoot bedraagt ongeveer 6% van de totale natuurlijke aardse CO2-uitwisseling volgens de huidige wetenschap.

Koolstofdioxide is oplosbaar in water onder vorming van koolzuur.

Fysiologische eigenschappen bij zoogdieren

Cellen produceren koolstofdioxide als afvalproduct van de stofwisseling; extra inspanning levert extra koolzuur, dat via het bloed wordt afgevoerd. Koolzuur verlaagt de pH, die door het lichaam nauwkeurig tussen 7,35 en 7,45 wordt gehouden. Dreigt de pH te ver te dalen dan grijpt het ademhalingscentrum in de hersenen in met het versnellen en verdiepen van de ademhaling. Hiermee wordt het teveel aan koolstofdioxide via de luchtwegen afgevoerd. Hoewel koolstofdioxide niet giftig is kan het in hoge concentraties wel verstikkend zijn doordat het de zuurstof verdringt. In de omgeving van het Nyosmeer kwamen op 26 augustus 1986 meer dan 1700 mensen om toen uit het meer een grote hoeveelheid CO2 vrij kwam. Op 16 augustus 2008 moesten in Mönchengladbach 107 mensen worden opgenomen omdat uit een brandblusinstallatie 25.000 m3 CO2[3] was vrijgekomen en een woonwijk was binnengestroomd[4].

De mogelijkheid van ontsnapping van grote hoeveelheiden koolstofdioxide is één van de belangrijkste punten van bezorgdheid bij ondergrondse opslag.

Fysische eigenschappen

Twee fysische eigenschappen van koolstofdioxide komen in het dagelijks leven elk op hun eigen wijze naar voren. De meest prominente eigenschap is dat van broeikasgas. Daarnaast wordt koolstofdioxide vanwege de wijze waarop het van fase verandert voor verschillende doeleinden gebruikt. [bewerken] (Versterkt) broeikaseffect 1rightarrow.png Zie Opwarming van de Aarde voor het hoofdartikel over dit onderwerp. De concentratie CO2 is sinds de industriële revolutie explosief toegenomen. Toename CO2 sinds 1960

Doordat koolstofdioxide infrarode straling absorbeert vermindert het de uitstraling richting de ruimte van zonnewarmte die de aarde bereikt. Dit wordt het broeikaseffect genoemd. Gebleken is dat de concentratie CO2 in de lucht sinds de industriële revolutie toeneemt[5]. Gedurende de laatste 10.000 jaar schommelde de koolstofdioxideconcentratie op aarde rond de 275 ppm. Vanaf het begin van de industriële revolutie neemt de concentratie koolstofdioxide echter toe. Vanaf de tweede helft van de twintigste eeuw treedt een substantiële versnelling in deze toename op. Rond het jaar 2000 betrof de de koolstofdioxideconcentratie op aarde al circa 375 ppm[6]. De toename van CO2 wordt voornamelijk veroorzaakt door de verbranding van fossiele brandstof. Dit is af te leiden uit het feit dat de isotoop C-13 in atmosferische CO2 afneemt, wat duidt op een plantaardige oorsprong. De isotoop C-14 in atmosferische CO2 neemt ook af, wat duidt op een bron van koolstof die lang niet in de biosfeer is geweest. Tenslotte is met zeer precieze metingen vastgesteld dat de concentratie zuurstof met een overeenkomstige snelheid vermindert, wat duidt op een oxidatie- of verbrandingsproces.

Volgens vrijwel alle deskundigen neemt het broeikaseffect toe als gevolg van de toegenomen koolstofdioxideconcentratie (het zgn. versterkte broeikaseffect). In november 2007 stelde het Intergouvernementele Panel inzake de Klimaatverandering (IPK) van de Verenigde Naties dat koolstofdioxide van door de mens veroorzaakte emisies, het belangrijkste broeikasgas is[7]. Weliswaar zijn er andere gassen met een sterkere broeikaswerking, maar de hoeveelheid uitgestoten koolstofdioxide zorgt ervoor dat koolstofdioxide momenteel de belangrijkste bijdrage levert aan de toename van het broeikaseffect.

De atmosfeer van de planeet Venus bestaat vrijwel geheel uit koolstofdioxide. Het broeikaseffect op deze planeet is daardoor zeer groot.

De toename van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer kan leiden tot snellere groei van planten op aarde, hetgeen de hierboven veronderstelde effecten van ontbossing weer teniet zou kunnen doen. Een ander effect van de toename van het koolstofdioxidegehalte is, dat de pH-waarde van water dat met de lucht in evenwicht is, daalt. Hierdoor wordt het water zuurder wat invloed op onder andere de waterflora en -fauna kan hebben. 1rightarrow.png Zie ook: Opwarming van de Aarde 1rightarrow.png Zie ook: CO2-afvang en -opslag

Fase-overgangen

Bij afkoeling tot −78 °C gaat koolstofdioxide direct over in een vaste stof, ook wel droogijs of koolzuursneeuw genoemd. Bij de normale luchtdruk smelt het droogijs niet als het verwarmd wordt, maar het sublimeert direct naar de gastoestand. Vaste koolstofdioxide ziet er ongeveer uit zoals ijs gevormd uit water. Bij 15 °C wordt koolstofdioxide bij het verhogen van de druk boven de 50 bar vloeibaar.

Er kunnen spectaculaire en toch relatief ongevaarlijke experimenten met vast koolstofdioxide gedaan worden. Als een paar korreltjes in een glas water worden gestrooid verdampt het droogijs door de relatieve 'hitte' van het water. Het water gaat borrelen en er komt een flinke damp uit. Zo lijkt het of het water kookt, terwijl het gewoon op kamertemperatuur blijft of zelfs iets afkoelt. Doordat koolzuurdamp zwaarder is dan lucht loopt de damp vanuit het glas naar beneden. Dit effect wordt vaak op het toneel of op televisie gebruikt op grotere schaal in nevelmachines.

Geologische eigenschappen

Koolzuur opgelost in (regen)water, waterstofcarbonaat, is ook geologisch van belang, doordat het in staat is kalksteen op te lossen. Dit leidt tot karstverschijnselen. In de gebonden vorm als calciumcarbonaat (CaCO3) komt het voor als kalksteen (in Limburg mergel genoemd). Wanneer calciumcarbonaat wordt opgelost in zuur of wordt verhit zoals bij de productie van klinker en cement, komt CO2 weer vrij. De cementindustrie draagt voor ca. 5% bij aan de wereldwijde jaarlijkse uitstoot van het broeikasgas CO2.

CO2-emissiehandel

Om de uitstoot van het broeikasgas te reguleren is de CO2-emissiehandel [8] opgezet. Deelnemers aan de CO2-emissiehandel krijgen aan het begin van het jaar een bepaalde hoeveelheid rechten. Deze hoeveelheid is door de Nederlandse overheid (de ministeries van Economische Zaken en VROM) vastgesteld op basis van het nationale toewijzingsplan, ook wel het nationale allocatieplan of NAP genoemd. Een bedrijfslocatie waar emissie plaatsvindt (in de wet spreekt men van een 'inrichting') beschikt over deze rechten als zij een geldige emissievergunning heeft. De registratie en de controle wordt in Nederland uitgevoerd door de Nederlandse Emissieautoriteit (NEA).

420shop online headshop