Kohlenstoffdioxid (Co2) - das Gas zum Prickeln

Bereits in der Antike wussten die Menschen um die sprudelnde Wirkung der Gase in Getränken und mischten sie bei. Mittlerweile gehört die Kohlensäure, wie sie fälschlicherweise genannt wird, in so gut wie jeden Haushalt. So finden wir das Gas in unserem Wasser, in guten Weinen, im spritzigem Sekt oder in verpacktem Fleisch. Die Rede ist von Kohlenstoffdioxid, oder Kohlendioxid, wie es im alltäglichen Gebrauch heißt.

Im folgenden Artikel gehen wir diesem erstaunlichen Gas auf den Grund und finden heraus wie es gewonnen wird, welche Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten es genießt und warum unsere Lieblingsgetränke nicht mehr dieselben ohne es wären.

Was ist Kohlenstoffdioxid Co2?

Kohlenstoffdioxid ist ein Gas und kein autonomes Element, denn es entsteht aus der Verbindung zwischen eines Kohlenstoffatoms mit zwei Sauerstoffatomen, sprich CO2. Es ist farb- und eigentlich geruchlos. Denn erst ab einer hohen Konzentrationsmenge erhält es ein scharfes bis saures Aroma. Das Gas ist nicht brennbar und ist im gasförmigen Zustand schwerer als Luft.

Kohlendioxid ist natürlicher Bestandteil der Luft, jedoch mit einer sehr geringen Anteilmenge von 0,04%. Das Gas lässt sich sehr gut in Wasser lösen, worauf wir später noch näher eingehen werden. Ihm wird zwar eine aktive Eigenschaft zugeschrieben, da es bei hohen Temperaturen instabil wird,  ist es jedoch sehr reaktionsträge und wird daher häufig als inertes (inaktives) Gas verwendet.

Giftig ist Kohlenstoffdioxid nicht, kann sich jedoch ab bestimmten Werten in der Atmosphäre auf die Atemfrequenz und den Herzrhythmus auswirken. Grundsätzlich gelten folgende Werte im Hinblick auf den Einfluss von Kohlendioxid auf den Menschen in der Umgebungsluft:

• 0,15%: Dieser Anteil wird wissenschaftlich als frische Luft bezeichnet.

• 0,3%: Das ist der sogenannte MIK-Wert (Maximale Immissionskonzentration), bis zu diesem keinerlei gesundheitlicher Schaden entsteht.

• 0,5%: Dies ist der MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration). Bei diesem CO2-Anteil in der Luft sollte man nicht länger als 8 Stunden verweilen.

• 1,5%: Bei diesem Wert steigt die Luftmenge, die man pro Minute aufnimmt (Atemminutenvolumen), um 40%.

• 5%: Dieser CO2 Anteil verursacht Kopfschmerzen bis hin zu Schwindel und Bewusstlosigkeit.

• 8%: In diesen Bedingung verliert man das Bewusstsein. Nach 30 bis 60 Minuten tritt der Tod ein.

Wer zu Hause Bier braut oder einen Weinkeller pflegt, sollte also für eine ausreichende Lüftung sorgen und die Raumluftwerte stets überwachen, damit die leckeren Getränke in einer sicheren Umgebung gebraut werden.

Wie wird Kohlendioxid gewonnen?

Zwar kommt Kohlendioxid in unserer Erdatmosphäre vor, doch wird es aufgrund der geringen Menge nicht daraus gewonnen. Viel eher kommt Kohlendioxid in natürlichen Quellen wie Brunnen vor oder in Vulkanregionen mit stark kohlendioxidhaltigem Gestein, zum Beispiel am Laacher See in der Eifel. Das ist die sogenannte Quellkohlensäure.

Auch in Organismen von Lebewesen findet man Kohlendioxid vor, der durch die Zellatmung entsteht. Manche Pflanzen nutzen CO2 sogar für die Produktion der Biomasse und wandeln durch Photosynthese anorganisches CO2 und Wasser in Kohlenhydrate wie Glucose um.

Doch das meiste Kohlendioxid entsteht im Verlauf von industriellen Prozessen. So zum Beispiel bei der Erdöl-und Erdgasverarbeitung oder durch die Freisetzung aus Carbonaten durch Säuren. Durch eine gründliche Nachreinigung vom gewonnenen Rohkohlendioxid, kann es unter sehr regelmäßiger Prüfung auch in der Lebensmittelindustrie verwendet werden.

Außerdem ist Kohlendioxid ein Zerfallsprodukt bei Verbrennungen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei genügender Sauerstoffzufuhr, beispielsweise vieler fossiler Energieträger oder auch beim Kalkbrennen. Daher lässt es sich sehr kostengünstig produzieren und wird häufig teureren Edelgasen oder anderen Elementen beigemischt.

Wo wird Kohlendioxid gebraucht?

So vielfältig wie Kohlendioxid ist, so findet seine Anwendung auch in völlig unterschiedlichen Bereichen statt:

1. Beim Schweißen wird es in Form eines Zusatzstoffes für Edelgase wie Argon oder Helium als Schutzgas verwendet, um Sauerstoff von der Schmelze zu verdrängen.

2. Es fungiert außerdem als Schutzgas für Verpackungen von Lebensmitteln, um sie vor der Reaktion mit dem Sauerstoff fern und somit länger frisch zu halten. Und ebenfalls zum Konservieren von Obst, Getreide und Gemüse findet Kohlendioxid seine Aufgabe.

3. In Gewächshäusern wird das Gas als Dünger genutzt. Denn besonders im Winter fehlt den Pflanzen Nachschub an Frischluft, durch den sie mit einem CO2-Mangel zu kämpfen haben. Kohlendioxid bildet nämlich ihre Grundsubstanz.  

4. Auch beim Transport von explosions- und brandgefährdeten Schüttgütern mit Gas durch einen Über- und Unterdruck wird Kohlenstoffdioxid zur Hilfe genommen.

5. Außerdem wird Kohlendioxid als ein Wasserhärtemittel genutzt. Denn zu weiches Wasser wirkt sich auf einige Werkstoffe korrosionsfördernd aus und kann den pH-Wert über den der Trinkwasserverordnung treiben.

6. Als medizinisches Gas wird es häufig als Zusatzstoff zur Beatmung und therapeutisch verwendet. Aber auch aus der minimal invasiven Chirurgie zur künstlichen Erweiterung und Stabilisierung von Körperhöhlen ist das Gas nicht mehr wegzudenken. Und ebenfalls als Abführmittel in Form von Zäpfchen. Schlachthöfe nutzen das Gas, um ihre Tiere vor der Schlachtung zu betäuben und in einen Zustand der Bewusstlosigkeit zu versetzen.

7. Im flüssigen Zustand, der bei Umgebungsluft unter Druck entsteht, kann es auch als Vereisungs- oder Kühlmittel, so zum Beispiel beim Transport von Organspenden, dienen.

8. In der Kunststoffindustrie wird Kohlendioxid als Treibgas für die Verarbeitung von Kunststoffen in vielerlei Verfahren genutzt. So beim Schäumen, beim Kühlen und um Material zu verdrängen.

9. Kohlenstoffdioxid löscht Feuer sehr effektiv, da es den Sauerstoff vom Brandherd verdrängt.

10. Das Gas dient ebenfalls zur Hochdruckextraktion, so zum Beispiel extrahiert es ätherische Essenzen aus pflanzlichen Produkten oder das Koffein aus dem Kaffee.

11. Zum Reinigen und Entfetten kann Kohlendioxid als Lösemittel verwendet werden, so beispielsweise in der Chemischen Reinigung von Textilien.

12. In festem Aggregatzustand dient Kohlendioxid als Trockeneis in Form von Blöcken oder Pellets. Es kann bis zu −90 °C für Kühlzwecke betragen und erzeugt Erfrierungen. Bei Normaldruck und einer Temperatur von −78,48 °C sublimiert es, d.h. wird wieder gasförmig. Es entsteht ein dichter weißer Nebel, der früher in der Bühnentechnik eingesetzt wurde.

13. Getränken wie Wasser und Limonade wird Kohlendioxid zugeführt, um die prickelnde Kohlensäure, wie sie im Volksmund genannt wird, zu erzeugen. Aber auch für die Wein-, Sekt- und Bierproduktion, ist Kohlendioxid unabdingbar, um den Sauerstoff von den Reben fernzuhalten.

Wie funktioniert die Karbonisierung von Getränken?

Zunächst räume ich mit dem Mythos der Kohlensäure in unseren Getränken auf und erkläre warum der Volksmund mit dieser Behauptung daneben liegt.

Die Flasche geht auf, es folgt ein Zischen. Die Assoziation ist: die Kohlensäure entweicht. Dabei gibt es diese sogenannte Kohlensäure gar nicht oder zumindest ist sie nicht für das angenehme Prickeln und Blubbern verantwortlich. Die tatsächliche Kohlensäure verschwindet innerhalb von Nanosekunden aus dem Getränk und ist für uns weder zu sehen noch geschmacklich wahrzunehmen.

Was in der Tat für die Blubberblasen sorgt ist das Gas Kohlendioxid, das als Lebensmittelzusatzstoff E 290 in Essen und Getränken auftaucht.

Wenn nicht aus einer natürlichen Quelle stammend, wird das Kohlendioxid unter hohem Druck ins Wasser gepumpt. Je kälter die Flüssigkeit, desto eher löst es sich im Wasser. Sobald CO2 auf das Wasser (H2O) trifft, bildet sich wahrlich Kohlensäure (H2CO3), verschwindet jedoch sofort wieder aufgrund ihrer instabilen Form.

Was bleibt ist das Kohlendioxid, genauer gesagt Bikarbonat und Protonen. Die letzteren sorgen für den säuerlichen Geschmack, den wir beim Sprudelwasser schmecken. Der meiste Anteil des Kohlendioxids löst sich allerdings im Wasser auf und nur 0,2% reagieren zur Kohlensäure.

Warum schmecken karbonisierte Getränke so gut?

Durch die Bläschenbildung des Gases, dem säuerlichen Geschmack und dem prickelnden Gefühl auf der Zunge werden unsere Geschmackssinneszellen stimuliert, der Speichelfluss wird gefördert sowie die Durchblutung in der Zunge und Gaumen.

Auf diese Weise erzeugen die Geschmacksnerven ein intensiveres Bouquet und Empfinden in unserem Gaumen. Es bekommt seinen erfrischenden Charakter. Diejenigen, die Cola oder andere Limonaden ohne Kohlensäure probiert haben, die wissen, dass der Geschmack wesentlich abnimmt mit dem Verlust des Blubberns.

Denn im Mund reagieren dieselben Schmerzrezeptoren auf das CO2 wie auf Meerrettich, scharfen Senf oder Chili. Wer kleine Schmerzen der Schärfe gerne mag, der schätzt meist auch das prickelnde Wasser, das belebend und erfrischend wirkt.

Das Frischegefühl von karbonisierten Getränken ist nicht eingebildet, denn tatsächlich bleiben kohlensäurehaltige Getränke länger frisch. Durch das Kohlendioxid wird die Luft verdrängt und der pH-Wert verändert sich so, dass es keine angenehme Umgebung für Mikroben bildet. Diese Gegebenheiten hemmen Wachstum von Mikroorganismen und machen unsere Getränke haltbarer.

Kohlendioxid Co2 - ein wichtiges Gas für Winzer

Das Wachstum von Mikroorganismen in Form von Hefepilzen ist bei der Weinherstellung unentbehrlich, da es ein wichtiger Teil des Gärungsprozesses ist. Doch ist es für die Geschmacksentfaltung wesentlich, dass dieser Prozess nicht zu früh und zu schnell eintritt und die Reben genug Zeit haben, um zu reifen. Denn nur in reifen Reben steckt der volle Geschmack, der sich in Form eines guten Weins in unserem Mund wiederfindet.

Diese Gefahr der zu schnellen Gärung sowie die der Bakterienvermehrung besteht stets sobald die Temperaturen steigen. Denn sobald die Trauben geerntet wurden und die Beeren gequetscht, kommen die lästigen Bakterien dazu, vermehren sich bei den heißen Temperaturen rasant schnell und leiten die Umwandlung des Fruchtzuckers in Alkohol ein. Zwar ist es der gewollte Effekt des Winzers, doch eben nicht allzu schnell. Der runde Geschmack braucht Zeit.

Um diesen Geschmack reifen zu lassen, verschaffen sich Winzer Zeit mithilfe von Kohlendioxid. Dieser wird in Form von Trockeneis-Pellets oder eben Trockeneisschnee herangezogen, um die Ernte oder die Maische (ein Püree aus zerdrückten Früchten) zu kühlen und die Hefepilzproduktion zu verlangsamen.

Um den Sauerstoff vom Wein fernzuhalten, sodass das Getränk seinen Geschmack und Farbe hält, sowie für Überlagerungen von Wein verwenden Winzer meist Stickstoff oder eben eine Mischung aus Stickstoff und Kohlendioxid. Viele Weinhersteller ersetzen Stickstoff durch das Edelgas Argon.

Die Beeren laufen bei dieser schonenden Methode nicht Gefahr verwässert zu schmecken und oxidieren nicht, da das Kohlendioxid den Sauerstoff fernhält.

Kohlendioxid Co2 - auch ein Freund des Brauers

In Brauereien wird ebenfalls mit Gasen gearbeitet, um das Bier länger frisch und schmackhaft zu halten. Für die Kohlensäure wird dabei meist ein Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid herangezogen.

Nach der Gärung ist das gute Getränk auch oxidations- und alterungsgefährdet. Daher verwenden die Braumeister das Kohlendioxid zur Inertisierung, d.h zur Verdrängung des Sauerstoffs für den Qualitätserhalt ihres Biers.

So werden die Tanks mithilfe des Gases gespült, oder als Hilfsmittel für das Umpumpen des Bieres in den Vorratstank oder in die Tankfahrzeuge zur Hilfe gezogen.

Auch Bierfässer werden vor der Abfüllung mit CO2 bearbeitet, um das Bier vor dem Ausreifen zu schützen.

Fazit

Kohlenstoffdioxid ist ein Alleskönner-Gas, dass alle Sphären unseres Lebens durchdringt und sie miteinander kommunizieren lässt.

Die Gartenliebhaber erfreuen sich dank des CO2-Einsatzes ihrer wunderschönen Ernte, Festivalgänger loben das Trockeneis, das ihr Bier ein ganzes Wochenende ohne Strom kalt hält, und Winzer produzieren vorzüglichen Wein aufgrund der schützenden Eigenschaften des Kohlendioxids, das ihre Reben vor zu schneller Gärung bewahrt.

Und nicht zu vergessen, unser Lebenselexier - das ewige Wasser - das durch den Zusatz des CO2 so schön prickelt und nicht nur im Bauchnabel erfrischt, sondern auch in der Kehle und im Kopf.