Kohlenstoffmonoxid – giftiges Gas oder vielseitiger Helfer?
Definitiv giftiges Gas! Und dennoch nützlich…
Kohenmonoxid entsteht zu einem großen Teil durch die industrielle Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Die Inhalte dieser Seiten zeigen ausführlich die Gefahren von Kohlenmonoxid auf. Dass dieses Gas farb-, geruch- und geschmacklos ist und dadurch unbemerkt zu einer Kohlenmonoxidvergiftung oder sogar zum Tod führen kann, macht Kohlenmonoxid zu einem sehr gefährlichen Gas.
Aber kann dieses giftige Gas trotz seiner gefährlichen Eigenschaften für gute Zwecke instrumentalisiert werden? Sollte Kohlenmonoxid zur Herstellung wichtiger Stoffe oder gar in der Medizin verwendet werden können? Hat Kohlenmonoxid eine noch viel größere Bedeutung in der Entstehungsgeschichte des Lebens? Das würde den Stoff geradezu zu einem Paradoxon machen.
Der folgende Artikel soll die Einsatzmöglichkeiten des Gases Kohlenmonoxid aufzeigen.
Gibt es für die CO-Entstehung außer dem Menschen auch natürliche Ursachen?
Kohlenmonoxid in Auspuffabgasen
Kohlenstoffdioxid entsteht bekanntermaßen zu einem großen Teil durch menschliches Zutun. Daneben gibt es aber auch natürliche Ursachen für die Entstehung des giftigen Gases.
Allgemein sagt man, Kohlenmonoxid entsteht durch die Verbrennung von Biomasse beziehungsweise kohlenstoffhaltiger Substanzen unter mangelnder Sauerstoffzufuhr. Jährlich steigen weltweit ungefähr 2500 Mt (Megatonnen) Kohlenstoffmonoxid in die Atmosphäre auf oder werden erst dort gebildet. Allerdings entsteht nur die Hälfte davon tatsächlich durch Verbrennung.
Der durch Menschen hervorgerufene Anteil an Kohlenmonoxid beruht hauptsächlich auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Dabei fällt der größte Anteil der CO-Emissionen mit 600 Mt auf die Verbrennung von Biomasse, dicht gefolgt von den Emissionen aus Kfz-Motoren mit 500 Mt jährlich. Der Anteil an Kohlenmonoxid aus der Energiegewinnung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist daneben mit 100 Mt vergleichsweise gering.
Eine natürliche Ursache für die Entstehung von Kohlenmonoxid kann auch in der Verbrennung liegen. Durch Busch- oder Waldbrände weltweit wird ebenfalls ein nicht geringer Teil Kohlenmonoxid freigesetzt. Auch bei Vulkanausbrüchen werden nicht zu vernachlässigende Mengen an CO ausgestoßen.
Weitere nicht anthropogene, also nicht vom Menschen hervorgerufene CO-Quellen, sind Böden und Meere. Böden geben dabei während der Zersetzung von organischen Substanzen CO ab und Meere durch die allgemeine Übersättigung an Kohlenmonoxid.
Ein viel größerer Anteil, und zwar etwa 600 Mt, fallen auf die Oxidation von Methan. Dies findet unter anderem statt, da viele Mikroorganismen (Algen) Methan als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle nutzen. Dabei wird das Methanmolekül regelrecht zerrissen und CO entsteht. Der Abbau anderer organischer Verbindungen und weitere organische Quellen setzen ebenfalls sehr große Mengen von ungefähr 500 Mt beziehungsweise 200 Mt frei.
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Ich habe gehört Kohlenmonoxid könnte an der Entstehung des Lebens beteiligt sein. Stimmt das?
Die vielfältigen Theorien zur Entstehung des Lebens sehen die verschiedensten Ursachen in der Verantwortung. In der Theorie der Entstehung aus der Ursuppe spielt Kohlenmonoxid eine nicht zu vernachlässigende Rolle.
Für die Entstehung des Lebens gibt es eine Vielzahl an abenteuerlichen Theorien. Neben beispielsweise dem Besuch von Außerirdischen gibt es aber auch wissenschaftlich naheliegende Theorien. Eine davon ist die Entstehung aus der Ursuppe. Nach Vermutungen von Wissenschaftlern, die auf dem Gasausstoß bei Vulkanausbrüchen beruhen, bestand diese allererste Atmosphäre aus Wasserdampf, Wasserstoff und Kohlenmonoxid.
Nun gibt es verschiedene Möglichkeiten wie aus dieser Atmosphäre Leben entstanden sein könnte. Was diese Möglichkeiten gemeinsam haben müssen, ist eine große Menge Energie. Diese kann beispielsweise durch einen Vulkanausbruch oder einen Meteoriteneinschlag an die Atmosphäre abgegeben werden. Auch ein Blitzeinschlag ist wahrscheinlich. Dazu wurden verschiedene Experimente durchgeführt.
Ein Blitz in der Uratmosphäre, der auf Ton und Wasser trifft, kann zu einer Reaktion der damals vorhandenen Stoffe führen. Dadurch könnten sich später organische Moleküle gebildet haben.
Der erste Versuch bezieht sich auf den Vulkanausbruch, der von Wissenschaftlern unter entsprechenden Bedingungen simuliert wurde. Bei der Eruption entweicht unter anderem Wasserdampf. Vulkanausbrüche werden häufig von Blitzen begleitet, die die nötige Energie liefern und die Gase reagieren lassen. Nach dem Experiment konnten verschiedene Aminosäuren nachgewiesen werden, die frühe Vorgänger organischer Moleküle darstellen.
Das zweite Experiment simuliert die Schockwelle und die Hitze eines Meteoriteneinschlages in einer Uratmosphäre aus Ammoniak, Kohlenmonoxid und Wasserdampf mit Hilfe eines Lasers. Die Ergebnisse liefern den Nachweis von Nukleobasen, die Grundbausteine der RNA und damit des organischen Lebens.
Das dritte Experiment simuliert einen Blitz in selbiger Atmosphäre durch eine einfache elektrische Entladung auf einer Oberfläche aus Ton und Wasser. Auch aus diesem Versuchsaufbau konnten Nachweise von Nukleobasen gewonnen werden.
Wie genau die Entstehung des Lebens von statten gegangen ist und welches Szenario das Richtige ist kann nicht mit absoluter Sicherheit festgestellt werden. Die drei oben vorgestellten Möglichkeiten unter Wirkung von Kohlenmonoxid sind aber wahrscheinlich. Auch, da Nachweise wiederholt durch Versuche gewonnen werden konnten.
Kann CO für die Herstellung anderer Stoffe verwendet werden?
Kolenstoffdioxid findet tatsächlich eine breite Anwendung in der chemischen Industrie. Dieses CO wird aber nicht etwa aus der Luft gefiltert oder Ähnliches. Es wird meist direkt vor Ort hergestellt.
Die Verwendung von Kohlenstoffmonoxid in Verbindung mit Wasserstoff als Synthesegas macht einen Großteil des industriell verwendeten Kohlenmonoxids aus. Dazu wird allerdings reines CO benötigt. Dieses wird von den großen Unternehmen meist direkt am Ort der Verwendung hergestellt. Daneben ist die Versorgung der Fabriken über Gasflaschen oder Tankwagen gängige Praxis. Werden große Mengen des Gases benötigt, können diese über Pipelines verteilt werden. Zum Schutz der Mitarbeiter werden in diesen Industrieanlagen flächendeckend CO Melder eingesetzt.
Eine der bekanntesten Synthesegasreaktionen ist die Methanolherstellung. Dabei resultiert der Alkohol Methanol aus der Reaktion von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Methanol ist ein Energieträger und Rohstoff der Chemie-Industrie sowie ein weit verbreitetes Lösungsmittel.
Die Fischer-Tropsch-Synthese ist eine weitere Reaktion, in der Kohlenmonoxid und Wasserstoff zum Einsatz kommen. Dieses Verfahren wird angewandt um Benzin beziehungsweise synthetisches Benzin und Öle aus Kohle, Erdgas oder Biomasse herzustellen. Darüber hinaus wird CO in der Hydroformylierung verwendet werden um verschiedene Aldehyde zu gewinnen.
Kohlenmonoxid reagiert in verschiedenen Verfahren auch mit organischen Molekülen und Wasser. So wird CO für die Herstellung von Ameisensäure. Diese kann in weiteren Schritten zu Oxalsäure reagieren, welche beispielsweise in Bleichmitteln zum Einsatz kommt. Im Monsanto- und Tennessee-Eastman-Prozess werden CO und Methanol zu Essigsäure. Diese ist ein Geschmacksstoff in beispielsweise Mayonnaisen und wird als Säuerungsmittel für Dosenobst und –gemüse.
Neben diesen beiden Anwendungsgebieten reagiert Kohlenmonoxid zusammen mit Übergangsmetallen zu Metallcarbonylen. Diese werden in der chemischen Industrie zum Studium verschiedener Stoffe und als Katalysator herangezogen. Des Weiteren wird CO zur Phosgenherstellung verwendet. Phosgen wird zur Herstellung von Polycarbonaten benötigt, was wiederrum der Grundstoff für beispielsweise CDs ist.
Über weitere hochchemische Anwendungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel den Mond-Prozess, hinaus wird Kohlenmonoxid in Pelztierfarmen zum Einschläfern der Nerze verwendet. Das heute nicht mehr verwendete Stadtgas, für die Straßenbeleuchtung mit Gaslaternen, bestand zu ungefähr 9 bis 10 % aus Kohlenmonoxid.
Inwieweit kann CO in der Medizin verwendet werden?
CO-Gas bindet sich an Blutkörperchen und verdrängt Sauerstoffmoleküle
Kohlenmonoxid hat weitreichende physiologische Funktionen im menschlichen und anderen organischen Körpern. Das bedeutet es gibt eine Vielzahl verschiedener Wirkmechanismen, die von Kohlenmonoxid abhängig sind. Im Folgenden zeigen wir dir 7 Eigenschaften von Kohlenmonoxid, die zum Teil medizinisch genutzt werden können.
Das CO-Gas bindet sich an die Blutkörperchen, verdrängt die Sauerstoffmoleküle und verhindert so den Sauerstofftransport im Blut, was bei zu hoher Konzentration zum Erstickungstod führen kann. Kohlenstoffmonoxid wirkt somit antioxidativ. Der Anteil des normalerweise mit Kohlenmonoxid besetzten Blutes im menschlichen Blutkreislauf beläuft sich auf etwa 0,7 bis 1,1 %.
Bei chronischer Darmentzündung besitzt Kohlenstoffmonoxid eine entzündungshemmende Wirkung. Dies ist vermutlich auch ein Grund, warum statistisch Raucher weniger oft an Darmentzündungskrankheiten leiden als Nichtraucher. Allerdings kann Rauchen andere, noch schlimmere Krankheiten hervorrufen. Diese entzündungshemmenden Eigenschaften des CO-Gases werden auch nach Lungentransplantationen genutzt. Kohlenmonoxid wirkt hierbei antiinflammatorisch.
Des Weiteren vermindert die Gabe einer geringen Konzentration von CO das Aufkommen von Durchblutungsstörungen. Kohlenmonoxid wirkt somit vasodilatativ. Bei Nierentransplantationen werden die zu transplantierenden Nieren in einer Lösung mit geringer CO-Konzentration aufbewahrt, um so Zellschädigungen und das Absterben von Zellen zu verhindern. Damit wirkt Kohlenmonoxid antipoptotisch.
Viele weitere medizinische Einsatzmöglichkeiten von Kohlenmonoxid befinden sich derzeit im Tierversuch. Das CO-Gas wirkt auch antiatheriosklerotisch. Das bedeutet es kann helfen Atherosklerose, das heißt die Verkalkung von Blutgefäßen, zu bekämpfen. Darüber hinaus hat Kohlenmonoxid eine antitrombotische Wirkung, hemmt also die Blutgerinnung. Die letzte hier vorgestellte Eigenschaft ist die antiproliferative Wirkung von Kohlenstoffdioxid. Das bedeutet, dass CO die Möglichkeit bietet unkontrollierte Gewebevermehrung zu verhindern.
Ein weiterer interessanter CO-Effekt ist die Beeinflussung der „inneren Uhr“ bei Säugetieren. Wie genau Kohlenmonoxid Einfluss auf diese Uhr in unserem Gehirn nimmt ist noch nicht gänzlich geklärt und bedarf noch weiterer Forschung.
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