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Kohlenmonoxid

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Definition: ein giftiges Gas, welches bei Verbrennungsprozessen entstehen kann

Englisch: carbon monoxide

Kategorien: Energieträger, Umwelt und Ökologie

Wie man zitiert

Kohlenmonoxid (auch Kohlenmonoxyd oder Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffmonooxid) (CO) ist ein brennbares und sehr giftiges Gas, welches bei der unvollständigen Verbrennung kohlenstoffhaltiger Kraft- und Brennstoffe entstehen kann – insbesondere bei der Verbrennung unter Sauerstoffmangel (d. h. bei zu kleinem Verbrennungsluftverhältnis). Im Gegensatz zum Kohlendioxid (CO2) ist beim Kohlenmonoxid-Molekül das Kohlenstoffatom mit nur einem Sauerstoffatom (statt mit zweien) verbunden.

Kohlenmonoxid kann unter Sauerstoffzufuhr weiter zu Kohlendioxid verbrannt werden, welches in mäßigen Konzentrationen nicht giftig ist. Da hierbei Wärme entsteht, kann Kohlenmonoxid (in konzentrierter Form) auch als Brennstoff (Energieträger) verwendet werden. Der Heizwert von 11,5 MJ/m3 ist allerdings gering – beispielsweise über dreimal kleiner als der von Methan.

Kohlenmonoxid-Moleküle sind etwa gleich schwer wie Stickstoff-Moleküle (N2). Deswegen steigt in die Atmosphäre entlassenes Kohlenmonoxid weder auf (wie Erdgas), noch sammelt es sich am Boden.

Entstehung, Vermeidung und Nutzung von Kohlenmonoxid

Die meisten kohlenstoffhaltigen Brennstoffe und Kraftstoffe verbrennen hauptsächlich zu Kohlendioxid (CO2) und nur in Spuren zu Kohlenmonoxid (CO), wenn bei der Verbrennung genügend Sauerstoff zugeführt wird. Bei Sauerstoffmangel können jedoch erhebliche Mengen von Kohlenmonoxid entstehen. Selbst wenn insgesamt genügend Sauerstoff vorhanden wäre, können z. B. in Holzfeuern Stellen mit Sauerstoffmangel auftreten, wo Kohlenmonoxid entsteht. Dieses kann allerdings weiter zu CO2 verbrannt werden, falls es an andere Stellen der Flammen gerät, in denen zusätzlicher Sauerstoff vorhanden und die Temperatur nicht zu niedrig ist.

Im Allgemeinen ist die Verbrennung in Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung (insbesondere in Ottomotoren) wesentlich heikler als eine gleichmäßige Verbrennung z. B. in Heizkesseln. Die höchsten CO-Emissionen (wie auch Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe) treten bei Ottomotoren im Leerlauf direkt nach dem Kaltstart auf. Bei Heizkesseln z. B. für Heizöl oder Erdgas können dagegen fast keine CO-Emissionen auftreten, außer wenn die Luftzufuhr falsch eingestellt ist. Bei Heizkesseln für feste Brennstoffe wie Kohle oder Holz ist es wesentlich schwieriger, CO-Emissionen zu minimieren, insbesondere wenn gleichzeitig ein hoher Luftüberschuss aus energetischen Gründen vermieden werden soll. Moderne Konstruktionen z. B. von Holzkesseln, bei denen die Verbrennungsluft mit einem Gebläse gut dosiert zugeführt wird, sind diesbezüglich wesentlich besser als nicht optimierte Kessel.

Unerwünschte Kohlenmonoxid-Emissionen werden häufig mit Hilfe von Abgaskatalysatoren vermindert, in denen CO mit zusätzlichem Sauerstoff zu CO2 aufoxidiert wird. Allerdings läuft dieser Prozesse nur ab, wenn einerseits genügend Restsauerstoff im Abgas enthalten ist und andererseits der Katalysator ausreichend heiß ist. Deswegen sind Autokatalysatoren direkt nach dem Kaltstart – wenn die motorischen CO-Emissionen besonders hoch sind – leider noch unwirksam.

CO wird auch in der Atmosphäre zu CO2 oxidiert. Dieser Prozess ist zwar langsam, aber er verhindert trotzdem, dass sich längerfristig CO in der Atmosphäre anreichert. Typische atmosphärische CO-Konzentrationen (abseits von Emittenten) liegen in der Größenordnung von 0,1 ppm.

Kohlenmonoxid wird in gewissen industriellen Prozessen gezielt hergestellt, beispielsweise bei der Kohlevergasung. Das mit Hilfe der Wassergas-Reaktion entstehende Stadtgas, welches außer dem brennbaren Kohlenmonoxid noch Wasserstoff und diverse andere Gase enthält, wird allerdings wegen der hohen Giftigkeit kaum mehr verwendet. Auch Generatorgas, welches durch Verbrennung von Koks unter Sauerstoffmangel entsteht, dient in der Regel nicht als Stadtgas. Meist wird Kohlenmonoxid unmittelbar zu anderen Substanzen weiter verarbeitet, beispielsweise zu Methanol, Ameisensäure oder Essigsäure, oder es wird zwecks Wärmeerzeugung zu Kohlendioxid verbrannt. Beispielsweise kann CO-haltiges Synthesegas aus der Kohlevergasung in einem Gas-und-Dampf-Kombiprozess verstromt werden, wodurch eine effizientere und sauberere Nutzung der Kohle möglich ist, verglichen mit konventionellen Kohlekraftwerken.

Giftigkeit und Gesundheitsschädlichkeit

Kohlenmonoxid ist wie Kohlendioxid farb- und geruchlos, im Gegensatz zu jenem jedoch sehr giftig. Seine toxische Wirkung entsteht dadurch, dass es sich wesentlich stärker als Sauerstoff (O2) an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen bindet; da diese dann keinen Sauerstoff mehr transportieren können, kommt es zu Sauerstoffmangel. Bereits Konzentrationen von Kohlenmonoxid in der Atemluft ab 100 ppm (0,01 Volumenprozent) gelten bei längerfristiger Exposition als gesundheitsgefährdend. Solche Werte werden in verkehrsreichen Stadtgebieten häufig erreicht. Akut tödliche Wirkungen innerhalb weniger Minuten treten bei Konzentrationen in der Größenordnung von 20 000 ppm auf. Sie können schnell entstehen, wenn beispielsweise ein Automotor in einem kleinen geschlossenen Raum (etwa einer Garage) betrieben wird. Auch in Tabakrauch treten erhebliche CO-Konzentrationen auf.

Wenn begrenzte Mengen von CO eingeatmet werden (z. B. in belasteter Stadtluft), dauert es in frischer Luft anschließend einige Stunden, bis das CO wieder weitgehend ausgeschieden ist. Solange kann die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit etwas reduziert sein. Bei chronischer Exposition können jedoch auch diverse chronische Gesundheitsschäden eintreten, beispielsweise Herzschädigungen und Depressionen.

In kritischen Umgebungen wie z. B. Tiefgaragen kann die CO-Konzentration der Luft mit Gassensoren automatisch überwacht werden, um bei Überschreiten eines gewissen Grenzwerts eine Lüftungsanlage anzuschalten (bzw. deren geförderte Luftmengen zu erhöhen) oder aber einen Alarm auszulösen.

Siehe auch: Kohlendioxid, Abgas, Stadtgas, Synthesegas, Brennstoff, Energieträger, Verbrennung

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