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Kohlenstoffdioxid ist, ebenso wie Methan (CH4) und Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O), ein Treibhausgas. Ohne CO2 wäre das Leben auf der Erde unmöglich, würde es in der Atmosphäre fehlen, dann wäre es bitterkalt. Die Sonnenstrahlen erwärmen die Erde. Einen Teil der Wärme gibt der Boden wieder an die Atmosphäre ab. Die Treibhausgase reflektieren die Strahlung und schicken sie wieder zurück zur Erde. So sorgt der natürliche Treibhauseffekt dafür, dass die Erde warm bleibt. Die Menge der Treibhausgase in der Atmosphäre schwankt jedoch, ebenso wie die Temperatur auf der Erde. In kälteren Zeiten sind deutlich weniger Treibhausgase in der Luft als in wärmeren Perioden.

Der Menschen-gemachte-CO2-Ausstoß ist eine nicht natürliche Quelle, die einen kontinuierlichen Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxid-Gehaltes verursacht. Ein Teil dieses Ausstoßes wird vom Ozean und der Vegetation zusätzlich aufgenommen, aber nicht die gesamte Menge. Und genau darauf reagiert die atmosphärische CO2-Konzentration mit dem bekannten Anstieg von etwa 280 ⁠ppm⁠ auf etwa 419 ⁠ppm⁠ (2022) während des Industriezeitalters. Im Gegensatz dazu blieb der CO2-Gehalt der Atmosphäre in den rund 10 000 Jahren davor (Holozän) in etwa konstant.

Die Natur kennt keine Abfälle. Auch CO2 ist nicht zwingend Abfall: Die Photosynthese verwandelt es im natürlichen Kreislauf immer wieder. Erst der Mensch hat seit der industriellen Revolution den Kohlenstoffkreislauf aus dem Gleichgewicht gebracht. Technologien zur CO2-Nutzung bieten nun die Chance, den Verbrauch von fossilen Kohlenstoffen sowie CO2-Emissionen zu reduzieren und einen natürlichen Kreislauf zu imitieren. Dabei muss das stabile und energiearme Molekül CO2 in ein höherwertiges Produkt eingebaut werden. Dies wird möglich durch neue chemische Prozesse, zum Beispiel in der Katalyseforschung.