Kohlendioxid: Verwendungszwecke und Sicherheitshinweise

Kohlenstoffdioxid ist nicht nur ein natürlicher Bestandteil der Luft: Im gewerblichen, gastronomischen und privaten Bereich kommt es täglich zum Einsatz. Grund genug, dieses vielseitige Gas einmal genauer unter die Lupe zu nehmen.

Der vorliegende Beitrag liefert Ihnen wichtige Erklärungen, Hinweise und Informationen zur Verwendung sowie zur sicheren Lagerung von CO₂-Flaschen.

Allgemeine Informationen zu Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoffdioxid, auch als Kohlendioxid oder kurz CO₂ bezeichnet, ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Als Gas ist es farb- und geruchlos. In der Erdatmosphäre liegt es aktuell in einer Konzentration von rund 0,04–0,042 % (ca. 400–420 ppm) vor.

CO₂ entsteht unter anderem bei der Atmung von Menschen und Tieren sowie bei Verbrennungsprozessen und spielt eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Durch Photosynthese wandeln Pflanzen Kohlenstoffdioxid wieder in Sauerstoff um. Aufgrund seiner guten Wasserlöslichkeit sind große Mengen CO₂ in Meeren und Süßgewässern gespeichert.

In Industrie, Gastronomie, Medizin und im privaten Bereich wird Kohlendioxid vielseitig eingesetzt. Aufgrund seiner Eigenschaften bleibt das Gas für den Menschen zunächst unbemerkt. Bereits ab etwa 4–5 % CO₂-Anteil in der Atemluft kann es jedoch zu Schwindel, Atemnot, Bewusstlosigkeit und Lebensgefahr kommen. Da Kohlendioxid schwerer als Luft ist, sammelt es sich bevorzugt bodennah in schlecht belüfteten Räumen.

Der Einfluss von CO₂ auf die Atmosphäre und das Klima

Obwohl Kohlendioxid nur einen sehr geringen Anteil an der Erdatmosphäre ausmacht, trägt es wesentlich zum sogenannten Treibhauseffekt bei. Dieser Effekt ist grundsätzlich lebensnotwendig, da er dafür sorgt, dass Wärme in der Atmosphäre gehalten wird. Problematisch wird er jedoch durch den stark erhöhten CO₂-Ausstoß des Menschen.

Laut der Internationalen Energieagentur betrugen die weltweiten energiebedingten CO₂-Emissionen im Jahr 2015 rund 32,3 Gigatonnen. Hauptverursacher sind unter anderem China, die USA und Indien.

Während die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre zu Beginn der Industrialisierung bei etwa 280 ppm lag, ist sie in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen und liegt heute bei über 400 ppm. Die Folge ist eine messbare Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur. Ein zentrales Ziel internationaler Klimaschutzmaßnahmen ist daher die Reduzierung des CO₂-Ausstoßes.

Geprüfte Kohlendioxidflaschen sind Pflicht

Kohlenstoffdioxid wird in Industrie, Medizin, Biologie und im privaten Bereich überwiegend in Druckgasflaschen eingesetzt. Diese unterliegen in Deutschland strengen Sicherheitsvorschriften.

CO₂-Flaschen müssen regelmäßig von einer zugelassenen Prüfstellenorganisation geprüft werden. Das Prüffristintervall beträgt in der Regel 10 Jahre. Nach Ablauf der Prüffrist dürfen die Flaschen weder befüllt noch verwendet werden. Das Prüfdatum ist dauerhaft in den Flaschenstempel eingeprägt.

Der bei der Prüfung angewendete Prüfdruck liegt üblicherweise bei 250 bar. Zusätzlich verfügen CO₂-Flaschen über eine Berstscheibe, die bei unzulässigem Druckanstieg (z. B. durch starke Erwärmung) eine kontrollierte Druckentlastung ermöglicht.

Achten Sie beim Kauf darauf, dass die Gasflasche mit einem Schutzbügel („Cage“) oder Tragegriff ausgestattet ist. Fehlt diese Schutzvorrichtung, ist eine Befüllung aus Sicherheitsgründen nicht zulässig.

Das ist bei der Lagerung von CO₂-Flaschen zu beachten

Da Kohlendioxid schwerer als Luft ist, ergeben sich für die Lagerung besondere Sicherheitsanforderungen:

CO₂-Flaschen niemals starker Erwärmung (Sonneneinstrahlung, offenes Feuer, Heizkörper) aussetzen
Vor Beschädigung, Korrosion und unbefugtem Zugriff schützen
Flaschen nur mit geeignetem Druckminderer betreiben
Nicht in Kellern oder schlecht belüfteten Räumen lagern
Lagerbereiche müssen ausreichend belüftet sein
Keine Lagerung in unmittelbarer Nähe von Brenngas- oder Sauerstoffflaschen
Für den innerbetrieblichen Transport Flaschenwagen mit Sicherung verwenden
In Räumen ohne natürliche Lüftung sind technische Lüftung oder Gaswarngeräte erforderlich (siehe Gasmelder-Kaufberatung).

Kohlendioxid für das Aquarium – häufigste private Verwendung

Eine der häufigsten privaten Anwendungen von CO₂ ist die Aquaristik. CO₂-Düngesysteme fördern das Pflanzenwachstum und stabilisieren das biologische Gleichgewicht.

Ein wichtiger Faktor ist dabei die Karbonathärte (KH) des Wassers. Grundsätzlich gilt: Je geringer die Karbonathärte, desto geringer der benötigte CO₂-Einsatz. Ab einer Aquariumgröße von etwa 100 Litern empfiehlt sich eine 2-kg-CO₂-Flasche.

Wiederbefüllbare CO₂-Flaschen sind in vielen Größen erhältlich – von ca. 350 g bis 37,5 kg. Größere Flaschen reduzieren die Nachfüllintervalle entsprechend.

Der Füllstand lässt sich nur über das Gewicht bestimmen. Dazu benötigen Sie:

Leergewicht der Flasche (Flaschenstempel)
Gewicht des Schutzbügels (ca. 0,5 kg)
Gewicht des Ventils (ca. 0,25 kg)

Hinweis von GASPROFI:
Sie haben weitere Fragen zum sicheren Umgang mit Gas und gasführenden Teilen? Dann empfehle ich Ihnen unser Gaslexikon. Dort haben wir Antworten auf häufige Fragen gesammelt.

Formel zur Berechnung des CO₂-Gewichts einer Flasche

Flaschengewicht
– Leergewicht
– Schutzbügel
– Ventilgewicht
= CO₂-Gewicht

Zur Verbrauchsschätzung gilt als Faustregel: 10 CO₂-Blasen pro Minute entsprechen etwa 1 g CO₂ pro Tag. Sinkt der Flaschendruck unter ca. 50 bar, ist in absehbarer Zeit eine Nachfüllung erforderlich.

Gewerbliche Nutzung: Kohlendioxid für Zapf- und Getränkeanlagen

Bier aus Flaschen wird unter Druck abgefüllt und enthält Kohlensäure (Kohlenstoffdioxid in Verbindung mit Wasser). Nach dem Öffnen der Flasche entweicht der Druck und das Gas entbindet sich aus der Flüssigkeit. Warum?

Über dem Bier herrscht in diesem Falle nur noch der normale Luftdruck, während das Kohlendioxid in der Flüssigkeit mit dem höheren Sättigungsdruck gelöst ist. Das CO₂ strebt daher nach oben, um die Sättigung an die neuen Druckverhältnisse anzugleichen.

Das gleiche Prinzip gilt auch für das Zapfen vom Fass. Wenn in der Leitung ein zu geringer Sättigungsdruck herrscht, dann beginnt sich das Kohlendioxid bereits dort aus der Flüssigkeit zu binden. Dieser Prozess führt zur Blasenentstehung und dies wiederum zu einem „Schaumbier“. Beim Zapfen gilt es also, ein Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Leitung und dem Sättigungsdruck des Kohlendioxids im Bier herzustellen. Dieser Gleichgewichtsdruck ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Außentemperatur zu. So hat zum Beispiel eine Flasche oder ein Fass Bier bei

7 °C einen Druck von 1,0 bar,
14°C einen Druck von 1,5 bar
25 °C ein Druck von 2,4 bar.

Übrigens: Die Frage, wie viel CO₂ beispielsweise für ein Fass Bier nötig ist, lässt sich nicht pauschal beantworten. Als grober Richtwert gilt: 500g Kohlendioxid reichen für 50 bis 100 Liter.

Prüfung von Getränkezapfanlagen

Betreiber von Zapfanlagen sind verpflichtet, diese regelmäßig prüfen zu lassen. Die wichtigsten Vorgaben hat die Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe im Arbeitsblatt ASI 6.83 zusammengefasst.

Die Prüfungen erfolgen:

vor der ersten Inbetriebnahme
nach Standortwechsel
nach sicherheitsrelevanten Änderungen
in der Regel alle zwei Jahre

Kohlenstoffdioxid für andere gewerbliche Einsätze

Neben Getränkezapfanlagen wird Kohlendioxid in vielen weiteren gewerblichen und industriellen Bereichen eingesetzt. Häufig kommt CO₂ dabei in flüssiger Form zum Einsatz. Dafür werden spezielle Gasflaschen mit einem sogenannten Steigrohr verwendet, das bis in den unteren Bereich der Flasche reicht.

Durch den gasförmigen Druck im oberen Teil der Flasche wird das flüssige Kohlendioxid über das Steigrohr nach außen gefördert. Diese Technik wird unter anderem zur Herstellung von Trockeneis, beim Schneestrahlen (Trockeneisstrahlen) sowie für Kühl- und Reinigungsprozesse genutzt.

Auch im Heizungs- und Sanitärbereich findet CO₂ Anwendung. Mit flüssigem Kohlendioxid lassen sich Rohrleitungen zeitweise einfrieren, sodass Reparaturen oder der Austausch von Heizkörpern möglich sind, ohne die gesamte Anlage entleeren zu müssen. Alternativ kann hierfür auch festes Kohlendioxid (Trockeneis) verwendet werden.

Wichtig: CO₂-Flaschen mit Steigrohr dürfen nicht mit herkömmlichen Druckminderern betrieben werden, da diese ausschließlich für gasförmige Entnahme ausgelegt sind.

Beim Schweißen kommt Kohlendioxid heute meist als Bestandteil von Schutzgasgemischen zum Einsatz. Der jeweilige CO₂-Anteil beeinflusst dabei unter anderem Lichtbogenstabilität und Schweißnahtqualität.

Je nach Gaszusammensetzung unterscheidet sich außerdem die Farbkennzeichnung von Gasflaschen nach DIN EN 1089-3.

Hinweis von GASPROFI:
Achten Sie bei gewerblichen Anwendungen stets auf eine gute Belüftung. Kohlendioxid ist schwerer als Luft und kann sich in schlecht belüfteten Räumen bodennah ansammeln.

Kohlensäure für Wassersprudler

Wassersprudler ermöglichen es, Leitungswasser bequem mit Kohlensäure zu versetzen und den Kohlensäuregehalt individuell einzustellen. Zum Einsatz kommt dabei Kohlenstoffdioxid in speziellen Kartuschen oder Zylindern.

Gängig sind 425-g-Kohlensäurezylinder, die für etwa 60 Liter Sprudelwasser ausreichen. Beim Kauf sollte darauf geachtet werden, dass der Zylinder mit dem jeweiligen Wassersprudler kompatibel ist.

Für diesen Einsatz darf ausschließlich lebensmittelgeeignetes Kohlendioxid verwendet werden. Dieses ist an der Kennzeichnung E290 zu erkennen. Technisches CO₂ ist hierfür nicht zugelassen.

Neben dem Komfort bietet der Wassersprudler weitere Vorteile:

kein Schleppen von Wasserkisten
geringerer Lagerbedarf
Kosteneinsparung gegenüber Mineralwasser
umweltfreundlicher als Einweg-PET-Flaschen

Hinweis von GASPROFI:
In Häusern mit sehr alten Wasserleitungen kann der Geschmack des Leitungswassers beeinträchtigt sein. Im Zweifel empfiehlt sich eine Wasseranalyse oder eine Rücksprache mit dem örtlichen Versorger.

Fazit

Kohlenstoffdioxid ist ein vielseitig einsetzbares Gas – vom Aquarium über Zapfanlagen bis zur Industrie. Je nach Anwendung sind jedoch unterschiedliche Sicherheits- und Lagerungsvorschriften zu beachten.