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Trockenes Eis – ein Widerspruch? Keineswegs: Denn Trockeneis wird beim Auftauen tatsächlich nicht nass. Dieser Stoff findet dank seinen einzigartigen Eigenschaften vielfältige Anwendung in Medizin und Technik. Man kann damit beispielsweise Dinge kühlen, die nicht mit Flüssigkeit in Berührung geraten dürfen.
Trockeneis ist ein geruchloser weisser Feststoff, dessen Konsistenz an Wassereis erinnert. Es besteht aus festem Kohlenstoffdioxid (CO2). Eine Besonderheit von Trockeneis ist, dass es beim Erwärmen keine Tröpfchen bildet, also nicht in den flüssigen Zustand übergeht. Stattdessen wird es sofort gasförmig; man sagt, es „sublimiert“. Während gasförmiges CO2 natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre ist, kommt Trockeneis auf der Erde nicht vor. Es lässt sich aber künstlich herstellen: Dazu wird CO2-Gas unter Druck gesetzt und dadurch verflüssigt. Anschliessend wird es „entspannt“, der Druck wird also plötzlich wieder verringert. Dabei dehnt sich ein Teil des Kohlenstoffdioxids schlagartig aus, wird wieder zu Gas und kühlt sich stark ab – das nennt man den Joule-Thomson-Effekt. Dadurch wird auch dem verbleibenden Kohlendioxid Wärme entzogen, und es gefriert bei einer Temperatur von –78,5 °C zu Trockeneis-Schnee. Dieser kann je nach beabsichtigter Anwendung in eine bestimmte Form gepresst werden.
Auch CO2-Feuerlöscher funktionieren nach dem Prinzip des Joule-Thomson-Effekts: Das im Feuerlöscher enthaltene Kohlenstoffdioxid verdampft beim Austritt aus der Schneebrause zum grössten Teil sofort und kühlt dadurch so stark ab, dass der Rest als Kohlensäureschnee gefriert und dem Feuer Wärme entzieht. Zudem verdrängt das gasförmige CO2 wegen seiner höheren Dichte den Luftsauerstoff und erstickt das Feuer so zusätzlich.
An anderen Orten des Universums entsteht Trockeneis auch ohne menschliches Zutun. Es kommt zum Beispiel auf dem Mars vor, wo es sich im Winter dank dessen CO2-reicher Atmosphäre bildet. Auch auf vielen anderen Himmelskörpern existiert gefrorenes Kohlenstoffdioxid.
Eiskalt erwischt: Trockeneis und seine Anwendungen
Trockeneis ist ungiftig, nicht entflammbar und bakterienhemmend. Unter Normaldruck sublimiert Trockeneis bei einer Temperatur von –78.48 Grad Celsius. Es schmilzt also nicht, sondern wird direkt zu einem Gas und dehnt sich dabei auf das 760-fache seines ursprünglichen Volumens aus. Diese Eigenschaften machen sich die Industrie, Forschung, Medizin, Dienstleistung und Gastronomie in verschiedenen Anwendungen zu Nutze: Trockeneis kann als Kühlmittel genutzt werden, wenn Flüssigkeiten – insbesondere Wasser – Schaden anrichten könnten.
Trockeneis im Motorsport und in der Elektronik
Dies ist beispielsweise bei der Kühlung von Motoren im Motorsport der Fall: Während Wasser bei der Maschine Schäden anrichten kann, ist Kohlenstoffdioxid im Motorraum ungefährlich. In der Elektronik eignet sich Trockeneis als Kühlmittel beim Übertakten, also beim Steigern der Leistung von Computer-Bauteilen durch höhere Taktfrequenz, da es im Gegensatz zu Flüssigkeiten keinen Strom leitet.
Trockeneis in der Medizin und Pharmazie
Auch in Medizin und Forschung kommt Trockeneis als Kühlmittel zum Einsatz. Es hält medizinische Produkte kalt, beispielsweise während eines Transports oder Versands, oder kühlt Laborproben schnellstmöglich ab. Trockeneis wird auch zur Entfernung von Warzen genutzt, indem diese vereist werden. Eine weitere Anwendung ist der Sensibilitätstest von Zähnen: Trockeneis verursacht einen starken Temperaturabfall, den gesunde Zähne als schmerzhaft empfinden. Bleibt der Schmerz aus oder ist übermässig stark, kann dies auf eine Erkrankung hindeuten, die eine Wurzelbehandlung nötig macht.
Trockeneis in der Industrie
Verschiedene industrielle Anwendungen nutzen Trockeneis als Kühlmittel, beispielsweise für die Kühlung von Lebensmitteln beim Transport oder bei Veranstaltungen ohne Stromversorgung. Auch Eisskulpturen schmelzen dank dem Einsatz von Trockeneis langsamer. Trockeneis kann zudem Verschmutzungen entfernen: Dazu wird feines Trockeneis-Granulat mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Fläche geblasen. Die Kälte erhärtet die Verschmutzungen, diese werden daraufhin spröde und platzen ab. Nicht zuletzt können mit Trockeneis Metallteile gekühlt und so zum Beispiel heisse Heizungsrohre für Wartungsarbeiten erkaltet werden.
Trockeneis als visueller Effekt
Die Unterhaltungsbranche nutzt Trockeneis ausserdem aufgrund seiner ästhetischen Eigenschaften. Früher wurde es häufig genutzt, um den Eindruck von Bodennebel zu erzeugen, wie du es vielleicht auch schon bei Konzerten gesehen hast. Dazu wurde heisses Wasser auf Trockeneis gegossen. Heutzutage werden dafür allerdings vermehrt sogenannte Nebelmaschinen genutzt. In Filmen kommt Trockeneis nach wie vor gelegentlich zu Einsatz, um den Eindruck von sprudelnd kochendem Wasser zu erzeugen. Dazu muss sich das Trockeneis unter Wasser befinden.
Brandgefährliche Risiken
Beim Umgang mit Trockeneis heisst es vorsichtig sein: Bei festem Hautkontakt über mehrere Sekunden bleibt das Eis an der Haut kleben und führt zu einer Kälteverbrennung und damit zum Absterben des Gewebes. Ausserdem wirkt Kohlenstoffdioxid in Konzentrationen von über 5% erstickend. Da sich aus einem kleinen Stück Trockeneis eine relativ grosse Menge Gas bildet, kann dies in geschlossenen Räumen durchaus relevant sein. Auf keinen Fall darf Trockeneis verschluckt werden: Durch Kälteverbrennung und Erstickungsgefahr kann dies tödlich enden. Daher ist beim Einsatz von Trockeneis das Tragen von Handschuhen und Schutzbrille Pflicht.
Das Element Kohlenstoff geht zahlreiche chemische Verbindungen ein, die auf der Erde in unterschiedlichen Formen vorliegen und fortlaufend umgewandelt werden. Dies nennt man den globalen Kohlenstoffkreislauf.