Oxid uhličitý, známy aj ako kysličník uhličitý, je atmosférický plyn s chemickým vzorcom CO2. Je bezfarebný, nehorľavý a ťažší ako vzduch. Vzniká ako produkt mnohých biologických a chemických procesov, vrátane dýchania, kvasenia a spaľovania organických látok.
V minulosti bol oxid uhličitý prvou chemickou zlúčeninou, ktorá bola popísaná ako plyn odlišný od vzduchu. V 17. storočí flámsky chemik Jan Baptist van Helmont zistil, že pri spaľovaní dreveného uhlia v uzatvorenej nádobe váha popola je menšia, než pôvodného uhlia. V polovici 18. storočia vlastnosti tohto plynu študoval podrobnejšie škótsky lekár Joseph Black. Zistil, že zahrievaním vápenca alebo jeho reakciou s kyselinami vzniká plyn, ktorý nazval „fixovateľný vzduch“ („fixed air“), pretože ho bolo možné viazať silnými zásadami. Zistil aj to, že je ťažší ako vzduch a že na rozdiel od normálneho vzduchu nepodporuje horenie a že zvieratá v ňom hynú.
Výroba CO2 pri kvasení a fermentácii
Droždie, ktoré je skupinou jednobunkových mikroorganizmov, sa živí škrobom a cukrami v múke. Tento metabolický proces vedie k alkoholovej fermentácii, ktorej výsledkom je etanol a oxid uhličitý vo forme plynu. Uvoľnený plyn spôsobuje, že chlebové cesto kysne a zväčšuje svoj objem. Etanol sa počas pečenia chleba odparuje kvôli vysokým teplotám. Metabolizmus kvasiniek, konkrétne druhu Saccharomyces cerevisiae zodpovedného za kvasenie chleba, možno vyjadriť chemickou reakciou: C6H12O6 → 2 C2H5-OH + 2 CO2. Táto rovnica znamená, že molekula glukózy účinkom metabolizmu kvasiniek skončí v dvoch molekulách etanolu a dvoch molekulách oxidu uhličitého.
Okrem kvasenia pri výrobe chleba vzniká oxid uhličitý aj pri mliečnom kvasení, ktoré je súčasťou tráviaceho procesu prežúvavcov. Počas prežúvania dochádza k intenzívnemu drveniu krmiva v ústach, čo vedie k vylučovaniu plynných metabolitov, vrátane CO2 a metánu (CH4), ústami.
Prirodzené zdroje a výskyt CO2
Oxid uhličitý je prirodzenou súčasťou zemskej atmosféry. Jeho koncentrácia v ovzduší kolíše v závislosti na miestnych podmienkach, nadmorskej výške a relatívnej vlhkosti vzduchu. Lokálne veľmi vysoká koncentrácia CO2 sa vyskytuje v miestach jeho výronu zo zeme vo vulkanicky aktívnych oblastiach a v niektorých prírodných minerálnych vodách. Vzhľadom na to, že je ťažší ako vzduch, môže sa v takýchto miestach hromadiť a predstavovať nebezpečnú pascu pre zvieratá i ľudí.
Ročne vulkanické aktivity dodávajú do atmosféry Zeme približne 130 až 230 Tg CO2, čo predstavuje len 1 až 2 % produkcie CO2 ľudstvom. Oxid uhličitý bol tiež nájdený v medzihviezdnom priestore a je hlavnou zložkou atmosféry planét Venuša a Mars.
Priemyselná výroba CO2 je tiež bežná, pretože tento plyn je ľahko dostupný. Vo svojej podstate CO2 nie je škodlivinou, pretože nie je jedovatý. Avšak, zvýšená koncentrácia oxidu uhličitého vo vzduchu, najmä v interiéri, môže negatívne ovplyvniť kvalitu ovzdušia. Ak sa pravidelne nevetrá, hladiny CO2 v miestnosti môžu rýchlo dosiahnuť nepriaznivé úrovne, ktoré znižujú bdelosť, zvyšujú únavu a spôsobujú bolesti hlavy.
CO2 a globálne otepľovanie
Nárast koncentrácie CO2 v ovzduší je považovaný za hlavnú príčinu globálneho otepľovania. Tento nárast je spôsobený najmä spaľovaním fosílnych palív a úbytkom lesov. Oxid uhličitý je tzv. skleníkový plyn, ktorý bráni odvádzaniu tepla do vesmíru. Pri normálnych hodnotách je tento efekt dôležitý pre naše prežitie, ale nadmerné zadržiavanie tepla vedie k otepľovaniu klímy na Zemi. V súčasnosti ľudstvo vypúšťa do atmosféry približne 32 miliárd ton CO2 ročne.
Veľké množstvo oxidu uhličitého je tiež rozpusteného vo svetových moriach a oceánoch, ktoré tak regulujú jeho množstvo v atmosfére. Pozvoľný nárast globálnej teploty však negatívne ovplyvňuje rozpustnosť CO2 v morskej vode, čo vedie k jeho návratu do atmosféry ako pozitívna spätná väzba.
V roku 1997 bola na Konferencii o ovzduší v Japonsku (Kjóto) prijatá obmedzenia pre produkciu CO2, známe ako Kjótsky protokol. Jednou z možností obmedzenia množstva oxidu uhličitého v atmosfére je jeho skladovanie v zemskej kôre, napríklad v hĺbkových podzemných akviferoch alebo vo vytvorených ložiskách zemného plynu.
NAVÁŽNO: Ohrozuje planétu globálne otepľovanie?
CO2 a poľnohospodárstvo
V poľnohospodárstve vzniká oxid uhličitý aj počas kompostovania organickej hmoty. V tomto procese je veľká časť organickej hmoty premenená na stabilizované organo-minerálne hnojivo s vysokým podielom humusových látok. Tým sa veľký podiel uhlíka dlhodobo fixuje v humuse, ktorý zlepšuje vlastnosti pôd.
V chove dojníc je dôležité dbať na kvalitu krmiva, ktoré má priamy vplyv na ich úžitkovosť a zdravotný stav. Pri trávení krmiva v bachore prežúvavcov vznikajú plyny, vrátane CO2. Správne kŕmenie a trávenie sú kľúčové pre minimalizáciu nežiadúcich metabolitov.
Okrem spaľovania biomasy či bioplynu vzniká oxid uhličitý tiež počas kompostovania. Časť organickej hmoty zostáva na poli ako požatvové zvyšky a koreňový systém. V priebehu kompostovania je veľká časť organickej hmoty premenená na stabilizované organo-minerálne hnojivo s vysokým podielom humusových látok, takže veľký podiel uhlíka zostáva dlhodobo fixovaný v humuse, ktorý zlepšuje vlastnosti pôd (vododržnosť, pufračnú kapacitu, a pod.).
