Kohlendioxidemissionen (CO2) treten auf, wenn Kohlendioxid auf natürliche Weise oder durch menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre freigesetzt wird. Kohlendioxid ist eine chemische Verbindung aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen, die in der Gasphase der Erdatmosphäre vorhanden ist. Die Atmosphäre besteht aus einer Reihe von Gasschichten, die die Erde umgeben. Diese Gase sind an den Planeten gebunden und werden durch die Schwerkraft der Erde daran gehindert, in den Weltraum zu schweben. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff, aber auch viele andere Gase, darunter eine geringe Menge Kohlendioxid, existieren in der Atmosphäre.
Die vom Menschen verursachten Emissionen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen haben dieses Gleichgewicht jedoch durcheinander gebracht. Ein Treibhausgas ist ein atmosphärisches Gas, das Sonnenlicht durch die Atmosphäre passieren lässt, um die Erde zu erreichen. Wenn das Licht auf die Erde trifft, prallt ein Teil davon als Infrarotstrahlung oder Wärme in den Weltraum zurück. Treibhausgase fangen diese Wärme in der Atmosphäre ein und erwärmen so die Welt in einem Phänomen, das als Treibhauseffekt bekannt ist. Eine gewisse Menge an Treibhausgasen ist notwendig, um das Klima der Erde zu kontrollieren und den Planeten warm genug für das Leben zu machen, aber eine zu starke Erwärmung kann auch das Leben bedrohen.
Es treten natürliche Prozesse auf, die in einem komplexen fortlaufenden Austausch, dem sogenannten Kohlenstoffkreislauf, Kohlendioxid aus der Atmosphäre emittieren und aus dieser entfernen. Die Prozesse, die für den Ausstoß von Kohlendioxid verantwortlich sind, werden Quellen genannt und diejenigen, die Kohlendioxid entfernen, werden als Senken bezeichnet. Zu den natürlichen CO2-Quellen gehören die Atmung von Pflanzen und Tieren wie menschliche Ausdünstungen und Vulkanausbrüche. Zu den natürlichen Senken gehört die pflanzliche Photosynthese, bei der Pflanzen Kohlendioxid aus der Luft entfernen, um Zucker herzustellen und in pflanzlicher Biomasse zu speichern. Ozeane sind sowohl eine Senke als auch eine Quelle, wobei tropische Gewässer typischerweise Kohlendioxid freisetzen und kälteres Ozeanwasser Kohlendioxid absorbiert.
In einem gesunden Kohlenstoffkreislauf werden die Kohlendioxidemissionen durch die Entfernung von Kohlendioxid ausgeglichen, so dass sich die Kohlendioxidkonzentration der Atmosphäre netto nicht ändert. Menschliche Aktivitäten wie die Metallproduktion, die Mineralproduktion und die Verbrennung fossiler Brennstoffe haben die Kohlendioxidemissionen erhöht. Inzwischen haben die Meeresverschmutzung und die Entwaldung, das Abholzen von Bäumen und anderen Pflanzen für Holz, Landwirtschaft und Stadtentwicklung die natürlichen Prozesse der Kohlendioxidentfernung behindert. In der Zeit zwischen der industriellen Revolution des 1700. Jahrhunderts und 2005 stieg die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre um 35 % an, was darauf hindeutet, dass die Quellen im Kohlenstoffkreislauf die Senken überholt haben.
Wenn fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas oder Öl zur Energiegewinnung verbrannt werden, setzen sie Kohlenstoff in Form von CO2 frei. Diese fossilen Brennstoffe werden im Allgemeinen verbrannt, um Strom für Haushalte und Industrie zu erzeugen, Wärme zu erzeugen und Fahrzeuge wie Flugzeuge, Züge, Autos und Boote zu bewegen. Die mineralischen Produktionsprozesse von Kalk, Zement und Soda beinhalten chemische Reaktionen, die Chemikalien in den Rohstoffen umwandeln, um Kohlendioxidemissionen zu erzeugen. Auf ähnliche Weise entstehen CO2-Emissionen bei der Herstellung von Metallen wie Eisen, Zink und Blei. Auch der Abbau erdölbasierter Produkte und die Produktion von Chemikalien wie Ammoniak tragen zum Ausstoß von Kohlendioxid bei.