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Die chemische Summenformel CO2, vereinfacht auch CO2 geschrieben, steht für Kohlenstoffdioxid, das meist verkürzt Kohlendioxid genannt wird. Kohlendioxid ist natürlicher Bestandteil der Atmosphäre, entsteht aber auch bei Stoffwechsel von Mensch und Tier, bei Gärungs- und bei Verbrennungsprozessen. Viele Erfrischungsgetränke enthalten in Wasser gelöstes Kohlendioxid, das nur zu einem geringen Anteil mit dem Wasser zu Kohlensäure reagiert. Öffnet man die unter Druck stehende Flasche, steigen Bläschen auf und das Kohlendioxid wird aus der Flüssigkeit in die Umgebungsluft abgegeben. Pflanzen benötigen das Kohlendioxid neben Wasser und Sonnenlicht für die Fotosynthese, bei der in der Pflanze Glukose gebildet und Sauerstoff an die Umgebung abgegeben wird.
Kohlendioxid ist nicht brennbar und chemisch inert – also reaktionsträge. Das Kohlendioxid selbst ist nicht giftig, aber dadurch, dass es bei zu hoher Konzentration die Aufnahme von Sauerstoff verhindert, für Menschen und Tiere lebensgefährlich. Da Kohlendioxid schwerer als Luft ist, kann es sich in Gruben sammeln. Im normalen Außenklima wird durch Luftbewegungen aufgrund von Temperaturunterschieden meist eine ausreichende Vermischung mit den anderen Bestandteilen der Luft sichergestellt.
CO2-Messgerät an Arbeitsstätten mit erhöhter Kohlendioxidkonzentration
In Arbeitsräumen in denen Kohlendioxid technisch eingesetzt wird oder bei Prozessen in größerem Umfang freigesetzt wird, sollte die Konzentration permanent mit einem CO2-Messgerät überwacht werden. Dies betrifft zum Beispiel:
- in Weinkellern, Brauereien bei Gär- und Brauprozessen
- bei der Lebensmittelherstellung durch Fermentation
- in Gewächshäusern, Ställen
- in Kühllagerräumen mit CO2-Anreicherung
- bei der Verpackung von Lebensmitteln unter Schutzatmosphäre mit CO2-Anreicherung.
Das CO2-Messgerät kann in diesen Bereichen nicht nur zum Schutz der Beschäftigten, sondern auch zur Überwachung der Prozesse verwendet werden. So steht die Haltbarkeit von Lebensmitteln, die unter CO2-Schutzatmospäre verpackt wurden, in unmittelbarem Zusammenhang mit der CO2-Konzentration. Die Kohlendioxidanreicherung der Raumluft bei Gär- und Fermentationsprozessen lässt Rückschlüsse auf den Prozessfortschritt zu.
Aber auch an Anlagen zur Energiegewinnung oder Abwasseraufbereitung und in Werkstätten in denen durch Verbrennungs- oder Abbauprozesse Kohlendioxid entweicht, müssen Beschäftigte vor erhöhten Konzentrationen geschützt werden. Besonders bei Arbeiten in Brunnen, Gruben, Silos und Tanks oder unterirdischen Leitungen besteht erhöhte Gefahr, da entstandenes Kohlendioxid sich in Bodennähe sammelt und nicht durch vorbeiströmende Umgebungsluft mitgeführt und verdünnt wird. Diese Gefahrenbereiche sollten vor Betreten mit einem mobilen CO2-Messgerät überprüft werden. Bereits ein Hineinbeugen in einen Gärtank kann zu Bewusstlosigkeit und daraufhin zum Ersticken führen, da die bewusstlose Person nicht mehr zur Selbstrettung in der Lage ist! Personen die sich in gefährdeten Bereichen aufhalten, sollten ein CO2-Messgerät mit akustischem Alarm bei sich führen. Steigt während der Tätigkeit im Gefahrenbereich die Kohlendioxidkonzentration, löst der Alarm aus und der Gefahrenbereich kann rechtzeitig verlassen werden.
CO2-Messgerät in Wohnräumen, Büros, Schulen, Gaststätten, Sport- und Versammlungsstätten
In üblichen Aufenthaltsräumen entsteht Kohlendioxid hauptsächlich durch die Atmung der anwesenden Personen. Je mehr Personen im Raum anwesend sind, desto schneller steigt die Kohlendioxidkonzentration. Ein einfaches CO2-Messgerät mit Ampelsignal ermöglicht es den Nutzern, bedarfsgerecht zu lüften. Sind ausreichende Luftwechselraten über die vorhandenen Lüftungsmöglichkeiten nicht realisierbar, kann über bauliche Veränderungen oder die Änderung der Nutzerzahl eine Verbesserung der Raumluftqualität erreicht werden. Ein CO2-Messgerät für Aufenthaltsräume sollte in Atemhöhe aufgestellt oder installiert werden und so, dass es gut von der Raumluft erreicht wird und von den Nutzern gut einsehbar ist. Eine Leuchtanzeige am CO2 Messgerät mit grün -gelb-rot Bewertungen des Messergebnisses zusätzlich zur numerischen Anzeige ist auch aus größerer Entfernung gut zu erkennen und erleichtert die Überwachung der Raumluftqualität. Bereits wenn die Leuchtanzeige von grün auf gelb wechselt, sollte gelüftet werden. Bei roter Leuchtanzeige sollte kurzfristig für ausreichende Querlüftung gesorgt werden.
Rauch- und Abgasüberprüfung mit einem CO2-Messgerät
In Rauch- und Abgasen ist der Kohlendioxidgehalt ein Indikator für den Wirkungsgrad der Verbrennung. Wird dem Verbrennungsprozess zu viel oder zu wenig Luft zugeführt, wird der Brennstoff nicht optimal ausgenutzt. Ein CO2-Messgerät für die Abgasuntersuchung von Heizungsanlagen oder Kraftfahrzeugen hat jeweils spezielle Sonden, die an festgelegten Stellen im Abgasstrom positioniert werden müssen.
CO2-Messgerät nach der Brandbekämpfung mit CO2 als Löschmittel
Kohlendioxid wird zur Brandbekämpfung sowohl in fest installierten Löschanlagen als auch in mobilen Feuerlöschern als Löschmittel eingesetzt. Speziell für elektrische Betriebsräume, Serveranlagen und Laboratorien, da Kohlendioxid keine Rückstände bildet. Die Freisetzung des Kohlendioxids kann jedoch zu lebensbedrohlichem Konzentrationsanstieg führen. Sollen ohne Atemschutzgeräte Räume betreten werden, in denen mit Kohlendioxid gelöscht wurde, ist zu empfehlen, die Konzentration des Kohlendioxids in der Raumluft vorher mit einem CO2-Messgerät zu überprüfen.
Der Gehalt an Kohlendioxid in der Luft wird üblicherweise entweder in ppm oder in Volumenprozent angegeben. Dabei steht ppm für parts per million, also für Teile pro Million. Gewichtsbezogen entspricht die Einheit ppm also einem Milligramm pro Kilogramm und volumenbezogen einem Milliliter pro Kubikmeter.
1 ppm = 1 mg/kg = 1 ml/m³
Die Arbeitsplatzgrenzwerte und Empfehlungen für Richtwerte zum CO2-Gehalt in Innenräumen sind meist in ppm angegeben. Der Messbereich kann begrenzt werden auf die für die Alarmierung der Nutzer oder für die Ansteuerung von Anlagen benötigten Werte. Bei vielen technischen Anwendungen werden höhere Kohlendioxid-Konzentrationen als in gewöhnlichen Innenräumen gemessen. Das CO2-Messgerät muss sowohl vom Messbereich als auch von der Bauart des Sensors auf den Einsatzzweck abgestimmt sein.
TRGS 900 Arbeitsplatzgrenzwerte – Technische Regel für Gefahrstoffe
Der Kohlendioxidgehalt in nicht durch Abgase verunreinigter Außenluft liegt bei ca. 0,038 Vol-% und in der Ausatemluft des Menschen bei ca. 4 Vol-%. An Gefahrenarbeitsplätzen darf die Konzentration 0,5 Vol.-% bzw. 5.000 ppm für längstens 8 Stunden am Tag nicht überschreiten. Für kurze Expositionszeiten (15-Minuten-Mittelwert) gilt ein Überschreitungsfaktor von 2 für diesen Arbeitsplatzgrenzwert. Ein mit dem CO2-Messgerät gemessener Mittelwert von 1 Vol.-% Kohlendioxid über 15 Minuten ist also zulässig, wenn danach die Belastung wieder unterhalb des Arbeitsplatzgrenzwertes liegt.
Gesundheitlich hygienische Leitwerte für CO2 in Innenräumen
Bereits 1858 definierte Max von Pettenkofer den Kohlendioxidgehalt als Leitwert für die Überwachung der Luftqualität in Gemeinschaftsräumen, da dieser schon damals objektiv messbar war. Die damalige Empfehlung Pettenkofers, ab Kohlendioxidgehalten oberhalb von 0,1 Vol-% zu lüften, wurde auch in neueren umweltmedizinischen Studien bestätigt.
Empfehlung für Räume mit natürlicher Lüftung
Die Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte des Bundesumweltamtes empfahl 2008 aufgrund umfassender Studien folgende hygienische Leitwerte:
• < 1.000 ppm CO2 - Hygienisch unbedenklich - keine Maßnahmen erforderlich
• 1.000 ... 2.000 ppm CO2 - Hygienisch auffällig - Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern, Luftwechsel erhöhen
• > 2.000 ppm CO2 - Hygienisch inakzeptabel - Belüftbarkeit des Raumes prüfen und Maßnahmen zur Verbesserung veranlassen
Klassifizierung der Raumluftqualität für Räume mit raumlufttechnischen Anlagen in DIN EN 13779
• Bis 800 ppm CO2 - Raumluftkategorie IDA 1 - Hohe Raumluftqualität
• > 800 bis 1.000 ppm CO2 - Raumluftkategorie IDA 2 - Mittlere Raumluftqualität
• > 1.000 bis 1.400 ppm CO2 - Raumluftkategorie IDA 3 - Mäßige Raumluftqualität
• > 1.400 ppm CO2 - Raumluftkategorie IDA 4 - Niedrige Raumluftqualität
Wirkung des CO2 Anteils in der Atemluft
0,038 Vol.-%, 380 ppm - Aktuelle Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Atmosphäre, also in ungestörter Frischluft
0,1 Vol.-%, 1.000 ppm - Pettenkoferzahl, empfohlener hygienischer Richtwert für Innenräume wie Büros, Klassenzimmer
0,2 Vol.-%, 2.000 ppm - Richtwert ab dem in Innenräumen Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität umzusetzen sind
0,5 Vol.-%, 5.000 ppm - Bei begrenzter Einwirkungszeit generell noch keine besonderen Beeinträchtigungen grundlegender Körperfunktionen, festgesetzter Arbeitsplatzgrenzwert AGW für max. 8 Stunden pro Tag.
1 Vol.-%, 10.000 ppm - Bei nur kurzzeitiger Einwirkung ( 15 Minuten-Mittelwert) als Arbeitsplatzgrenzwert nach TRGS zulässig. Der pH-Wert des Blutes ändert sich in dieser Zeit um 0,04 Einheiten und die untere Normgrenze 7,35 wird nicht erreicht.
1,5 Vol.-%, 15.000 ppm - Das Atemzeitvolumen nimmt um mehr als 40% zu
2 ... 3 Vol.-%, 20.000 ... 30.000 ppm - Zunehmende Reizung des Atemzentrums mit Steigerung der Atmung und der Pulsfrequenz.
4 Vol.-%, 40.000 ppm - Normaler CO2-Gehalt der Ausatemluft. Beträgt der CO2-Gehalt in der Einatemluft mehr als 4 Vol.-%, kann CO2 aus dem Blut nicht mehr gegen Sauerstoff ausgetauscht werden und reichert sich im Blutkreislauf an.
5 Vol.-%, 50.000 ppm - Durchblutungsprobleme im Gehirn, Kopfschmerzen, Schwindelgefühl, Brechreiz, Ohrensausen, Gefahr von bleibenden Gesundheitsschäden.
8 Vol.-%, 80.000 – 100.000 ppm - Bewusstlosigkeit und Tod innerhalb 30 bis 60 Minuten.
> 10 Vol.-%, > 100.000 ppm - Tod tritt kurzfristig ein
Die chemische Summenformel CO steht für Kohlenstoffmonoxid, das im allgemeinen Sprachgebrauch als Kohlenmonoxid bezeichnet wird. Große Mengen Kohlenmonoxid entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen und Biomasse, bei Wald- und Buschbränden sowie durch die Oxidation von Methan und anderen flüchtigen organischen Verbindungen. Neben der Energiegewinnung gehört vor allem der Kraftfahrzeugverkehr zu den Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft in industriell entwickelten Gebieten. Kohlenmonoxid ist ein starkes Atemgift, das die Sauerstoffaufnahme bei Menschen und Tieren behindert und Auswirkungen auf das Zentralnervensystem hat. Es ist nicht nur farb-, geruch- und geschmacklos, Kohlenmonoxid verursacht auch keine für andere Atemgifte typischen Reizungen wie Husten oder Atemnot. Kohlenmonoxid verbrennt zu Kohlendioxid. Bei Anteilen zwischen 12,5 und 75 Vol-% in der Luft entstehen explosionsfähige Mischungen.
Ein Kabelbrand, eine defekte Gastherme oder ein Brand in einer Tiefgarage kann durch die Kohlenmonoxidemissionen die Bewohner eines ganzen Gebäudes in Gefahr bringen. Selbst Räume, die weit von der Kohlenmonoxidquelle entfernt sind, können belastet sein, da das Gas auch massive Decken und Wände durchdringt. Ein CO-Messgerät mit Alarmfunktion warnt rechtzeitig, so dass bei ansteigenden Konzentrationen der Gefahrenbereich verlassen werden kann.
CO-Messgerät an Arbeitsstätten mit erhöhter Kohlenmonoxidkonzentration
Kohlenmonoxid kann vor allem in geschlossenen Räumen und in der Nähe von Verbrennungs- oder Oxidationsprozessen in gesundheitsgefährdender Konzentration auftreten. Der Mensch kann mit keinem seiner Sinne dieses Gas wahrnehmen. Bergleute nutzten früher den Umstand, dass Kanarienvogel sehr viel empfindlicher auf Kohlenmonoxid reagieren. Setzte beim in den Schacht mitgenommenen Vogel die Atmung aus, war oft noch genug Zeit für die Bergleute, den gefährdeten Bereich zu verlassen. Heute warnt das an die Arbeitsstätte mitgeführte oder dort fest installierte CO-Messgerät rechtzeitig. Werden die gemessenen Kohlenmonoxidwerte aufgezeichnet und ausgewertet, können in einigen Fällen auch Maßnahmen ergriffen werden, zukünftig hohe CO-Belastungen zu vermeiden. Der Einsatz von mit Diesel oder Benzin betriebenen Flurfördermitteln oder Baumaschinen oder von gasbetriebenen Heizstrahlern in einer geschlossenen Halle kann bereits zu lebensgefährlichen Konzentrationen von Kohlenmonoxid führen.
CO-Messgerät in Wohnräumen und anderen Aufenthaltsräumen
Immer wieder kommt es zu Schlagzeilen wegen Todesfällen durch Kohlenmonoxidvergiftungen in Gartenlauben und Wohnungen. Zwar prüft der Schornsteinfeger in regelmäßigen Abständen die Funktion der Heizanlagen, kann dabei aber weder spezielle Wetterlagen, noch vorausschauend andere Verschlechterungen der Situation berücksichtigen. In der Hitzeperiode im Juli 2019 mit mehr als 42 Grad Celsius in Nordrhein-Westfalen gab es eine Reihe von Kohlenmonoxidunfällen. Durch die außergewöhnliche Hitze konnten sich die Abgase von Gasthermen in Wohnräumen ausbreiten. Dieser unzureichende Abzug der Abgase nach außen kann durch Klimaanlagen und Dunstabzugshauben mit Luftwechsel nach Außen verstärkt werden. In allen beheizten Gebäuden, in denen Räume mit Gasthermen, Gas-Durchlauferhitzern oder Holzöfen ausgestattet sind, sollte der Kohlenmonoxidgehalt der Raumluft ständig mit einem CO-Messgerät überwacht werden. Auch in Gartenlauben und anderen Räumen, die nur gelegentlich beheizt oder in denen anderen Verbrennungsgeräten wie zum Beispiel Stromgeneratoren oder Propangas-Heizstrahler genutzt werden, hilft ein CO-Messgerät, die Gefahren durch zu hohe CO-Konzentrationen rechtzeitig zu erkennen. Insbesondere für Räume in denen geschlafen wird, sollte das CO-Messgerät, so wie die bereits gesetzlich vorgeschriebenen Rauchmelder, über einen akustischen Alarm verfügen.
Auch beim Tabak und Wasserpfeife rauchen entsteht Kohlenmonoxid. In Shisha-Bars, in denen mehrere der Wasserpfeifen gleichzeitig verwendet werden, kommt es laut Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe immer häufiger zu Kohlenmonoxid-Vergiftungen. Das Kohlenmonoxid entsteht dabei durch die glimmende Kohle. Hamburg hat als erstes Bundesland auf die sich häufenden Vergiftungsfälle reagiert und für Shisha-Bars den Einsatz von raumlufttechnischen Anlagen und die Überwachung der Raumluft durch ein CO-Messgerät vorgeschrieben.
Rauch- und Abgasüberprüfung mit einem CO-Messgerät
Der Kohlenmonoxidgehalt in Rauch- und Abgasen ist ein Zeichen für die unvollständige Verbrennung. Sowohl für Heizungen, Kraftfahrzeuge, Maschinen mit Verbrennungsmotor und mit Flüssigkraftstoffen betriebene Kleingeräte wie Motorsägen, Rasenmäher und Laubbläser gibt es vorgegebene maximale Emissionswerte für den Kohlenmonoxidgehalt im Abgas. Die Einhaltung dieser Grenzwerte kann mit einem speziellen CO-Messgerät überprüft werden. Sie dienen nicht nur der Luftreinhaltung, sondern geben auch Hinweise auf schlechte Brennstoffausnutzung und notwendige Wartungsmaßnahmen.
CO-Messgerät während und nach Rettungseinsätzen
Angehörige von Feuerwehren und Rettungsdiensten sollten bei Einsätzen in geschlossenen Räumen und schlecht belüfteten Bereichen in denen mit Kohlenmonoxid zu rechnen ist, Selbstgefährdung vermeiden, indem sie ein mobiles CO-Messgerät bei sich tragen. Solch ein CO-Messgerät für Rettungskräfte warnt oft nicht nur akustisch, sondern vibriert auch, sodass die Warnung auch bei Störgeräuschen und Ablenkung funktioniert.
Der Spitzenverband der Deutschen gesetzlichen Unfallversicherung DGUV hat zu diesem Thema im Jahr 2015 ein kompaktes Infoblatt erstellt. Das Infoblatt Nr. 07 des Sachgebietes „Feuerwehren und Hilfsorganisationen“ hat den Titel „Einsatz von Kohlenmonoxidwarngeräten bei Feuerwehren und Hilfeleistungsorganisationen“ und wird kostenlos im PDF-Format zur Verfügung gestellt.
Um die verfügbaren Messbereiche für ein CO-Messgerät und die ermittelten Werte einordnen zu können, nachfolgend eine Auflistung wichtiger Kohlenmonoxidwerte. Die oberen Werte und ihre Bewertung sind größtenteils der vfdb-Richtlinie 10/03 „Schadstoffe bei Bränden“ entnommen. Der vfdb ist ein eingetragener Verein zur Verbesserung der Sicherheit vor Gefahren des täglichen Lebens und der Industriegesellschaft. Das Kürzel vfdb steht für Vereinigung zur Förderung des deutschen Brandschutzes e. V. Ein CO-Messgerät zum Personenschutz sollte unbedingt über eine ausreichende Empfindlichkeit im unteren Bereich und über ein oder zwei Alarmschwellen verfügen.
Kohlenmonoxidkonzentration in der Atemluft und ihre Wirkung
0,2 mg/m³ / 0,16 ppm - Jahresmittelwert an ausgewählten Messstellen des Bundesumweltamtes -
10 mg/m³ / 8,6 ppm - gemäß Bundesimmissionsschutzverordnung höchster 8h-Mittelwert eines Tages im Freien, bei Überschreitung sind Gegenmaßnahmen zur Luftreinhaltung einzuleiten
23 mg/m³ / 20 ppm - 8-Stunden-Grenzwert nach EU Richtlinie 2017/164, gemessen als Mittelwert
35 mg/m³ / 30 ppm - Aufmerksamkeitsgrenzwert für Rettungskräfte nach AK G der AGBF und Giftinformationszentrum Nord, Arbeitsplatzgrenzwert als 8 Stunden Schichtmittelwert, prinzipiell noch keine Gefährdung ungeschützter Personen, weiteren CO-Anstieg verhindern
75 mg/m³ / 60 ppm - Arbeitsplatzgrenzwert als 15-Min-Kurzzeitwert, Bereich Belüften, Feuerwehr alarmieren, Aufenthalt von Rettungskräften auf max. 15 Minuten begrenzen
117 mg/m³ / 100 ppm - 15-Minuten-Grenzwert nach EU Richtlinie 2017/164, gemessen als Mittelwert
250 mg/m³ / 200 ppm - Gefährdungsgrenze für Rettungskräfte nach AK G der AGBF und Giftinformationszentrum Nord, bereits nach 30 Minuten leichte Vergiftungssymptome, Kopfschmerzen nach 2 bis 3 Stunden, Querlüften, Bereich verlassen, Feuerwehr alarmieren
375 mg/m³ / 300 ppm - ausgeprägte Vergiftungserscheinungen wie Verlangsamung des Pulses, Ansteigen des Blutdruckes, Zittern
500 mg/m³ / 400 ppm - Ausgeprägte Vergiftungserscheinungen nach 2 bis 3 Stunden Inhalation
625 mg/m³ / 500 ppm - Einsatzgrenze für Rettungskräfte nach AK G der AGBF und Giftinformationszentrum Nord, nach 10 Minuten leichte und nach 20 bis 30 Minuten mittelschwere Vergiftungssymptome und Halluzinationen. Gefahrenbereich verlassen, Feuerwehr alarmieren
1.250 mg/m³ / 1.000 ppm - mittelschwere Symptome und Bewegungseinschränkungen nach wenigen Minuten, nach 2 Stunden potenziell tödlich
1.875 mg/m³ / 1.500 ppm - Tod nach einstündiger Inhalation
3.750 mg/m³ / 3.000 ppm - schwere Vergiftungssymptome nach wenigen Minuten, nach 30 Minuten potenziell tödlich.
10.000 mg/m³ / 8.000 ppm - sofortiger Tod
