Da hier im Forum immer wieder die grundlegenden Eigenschaften von CO2 erfragt wurden, möchte ich hier mal eine kurze Abhandlung zum Thema einbringen.
CO2, auch bekannt als Kohlendioxyd, ist ein farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas, das etwa um den Faktor 1,5 dichter als Luft ist. Kohlendioxid kommt in der Natur in freiem Zustand zu 0,033 Volumenprozenten bzw. 330 parts per million (ppm) in der normalen Atemluft vor. Darüber hinaus wird Kohlendioxid auch bei der Förderung von Erdgas angetroffen. In Gewächshäusern wird der CO2-Gehalt der Luft zum Teil auf 2000ppm erhöht. Dieser Wert gilt für Menschen selbst bei dauerhaftem Aufenthalt während des gesamten Arbeitstags noch als absolut unbedenklich. Als giftig gilt CO2 ab einer Konzentration von etwa 5000ppm.
Privat kennt man CO2 auch als ausperlende "Kohlensäure" in diversen Mineralwässern und Erfrischungsgetränken. Auch Gefroren ist es vielen von uns sicher unter der Bezeichnung Trockeneis oder Kohlensäureschnee bekannt und wird zur Kühlung und als Löschmittel eingesetzt.
Es gibt verschiedene Methoden der Herstellung. In der Natur entsteht CO2 vor allem beim Verbrennen kohlenstoffhaltiger Brennstoffe (Holz, Kohle usw.) und bei der alkoholischen Gärung (Sekt, Schaumwein, Bier).
Als technisches Gas wird es zumeist aus Abgasen großer Industrieanlagen gewonnen. Diese Abgase werden in Waschtürmen von Staub und Schwefeldioxid befreit und danach in eine konzentrierte Alkalicarbonatlösung geleitet. Durch Erwärmen lässt sich das CO2 wieder freisetzen und wird dann mit Hilfe von Kompressoren verflüssigt und in Stahlflaschen abgefüllt.
CO2 wird bei 20°C und einem Druck von 56,56 bar flüssig. Diesen Druck nennt man Sättigungsdampfdruck. Ab 31°C (und daraus resultierenden 74 bar) befindet sich das CO2 im "überkritischem Zustand" und hat gleichzeitig Eigenschaften des gasförmigen als auch des flüssigen Aggregatzustandes. Da in diesem Zustand der Druck aber bei weiterer Temperaturerhöhung, zumindest verglichen mit den sonstigen CO2 Verhältnissen, recht konstant bleibt, ist dies für den Schützen recht uninteressant. Dass man CO2-Kartuschen wie alle anderen nicht explizit für höhere Temperaturen ausgelegten Druckgefäße nicht bei über 50°C lagern darf, sollte man aber in jedem Fall beachten.
Durch den Effekt des Sättigungsdampfdrucks ist der Druck im CO2-Vorratstank einer Waffe vom Füllungsgrad des Tanks fast völlig unabhängig. Das bedeutet, dass wir bei Zimmertemperatur das CO2 im Drucktank der Waffe in flüssiger und gleichzeitig aber auch in gasförmiger Form vorfinden. Solange noch flüssiges CO2 vorhanden ist, hat der Tankinhalt bei 20°C immer den beschriebenen Druck von 56.56 bar, etwa das 20fache dessen, was ein Autoreifen hat. Einzig die Temperatur und die damit verbundene Änderung des Sättigungsdampfdrucks ändern den Druck im Tank.
Dadurch wird bei Wiederbefüllbaren Kartuschen ein Abkühlen der Kartusche zum Befüllen unumgänglich. Wäre auch nur ein Tropfen flüssiges CO2 in der zu befüllenden Kartusche, hätte sie bei gleicher Temperatur den gleichen Innendruck wie die Vorratsflasche. Ein Befüllen währe so unmöglich. Wurde die Kartusche gar länger in der Hand gehalten oder ist aus anderen Gründen wärmer als die Vorratsflasche, würde sogar das Problem auftreten, dass die Kartusche nach dem vermeintlichen Füllen leerer ist als zuvor, da sie versucht hat, die Vorratsflasche zu füllen.
Wird gasförmiges CO2 entnommen, sinkt der Druck nur für sehr kurze Zeit, da durch den sinkenden Druck augenblicklich das flüssige CO2 zu sieden beginnt, um so den Druck wieder auszugleichen. Hierbei kühlt das CO2 allerdings ab, so dass bei schneller Schussfolge der Tank sogar vereisen kann. Leider führt diese Abkühlung, zusammen mit dem beschriebenen Effekt dass der Druck von der Temperatur unmittelbar abhängig ist, unweigerlich zu Schwankungen, die überdies durch die unterschiedliche Wiedererwärmung des Tanks auch noch von der Umgebungstemperatur abhängig sind.
Ein weiterer Nachteil dieser Eigenschaft des CO2 ist, dass der Druck keine Auskunft über den Füllinhalt des Tanks gibt, weshalb selbst CO2-Tanks für Matchwaffen, anders als bei den meisten Pressluftwaffen üblich, keine Füllanzeige in Form eines Manometers haben. Will man den Füllstand seiner CO2-Tanks bestimmen, ist hierfür eine Waage erforderlich.
Kommen wir nun zu den Vorteilen. Durch den Druckausgleich per Sieden des flüssigen CO2s ist der Druck im Behälter vom Füllstand nahezu vollständig unabhängig. Somit ist ein aufwendiger Druckminderer oder Druckregler, wie ihn moderne Matchwaffen brauchen, die über einen Presslufttank betrieben werden, unnötig. Da das CO2 im flüssigen Zustand eine deutlich größere Dichte hat, kann ein CO2-Tank zudem kleiner gestaltet werden als ein vergleichbarer Presslufttank. Des weiteren muss kein "zusätzlicher Druck" bevorratet werden, der Tank hat den Betriebsdruck und nicht wie bei einigen Pressluftwaffen ein Vielfaches davon. Das führt zu dünnwandigeren, leichteren und preiswerteren Tanks. Alles in allem kann eine CO2-Waffe so mit sehr einfacherer Technik auskommen als eine Pressluftwaffe.