Hoofdstuk 7 Duurzaamheid
7.2 Fossiele brandstoffen
Energieleveranciers
Fossiele brandstoffen:
● Steenkool 🡪 voornamelijk koolstof, verontreinigd met zwavel.
● Aardolie 🡪 tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en
aromatische verbindingen, vaak met zwavelverbindingen.
● Aardgas 🡪 voornamelijk methaan.
Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en voor het opwekken van
elektrische energie. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel energie er vrijkomt bij de verbranding
van één kg of één m3 van die brandstof bij een bepaalde druk en temperatuur.
Leverancier van grondstoffen
Aardgas en aardolie leveren ook grondstoffen voor de chemische industrie. Omdat aardolie uit veel
verschillende stoffen bestaat, moeten deze eerst worden gescheiden in een aantal fracties. Een
fractie is een mengsel van stoffen met een kookpunt binnen bepaalde grenzen. Dat proces 🡪
gefractioneerde destillatie. Stoffen die bestaan uit grote moleculen hebben een hoger kookpunt en
condenseren daardoor bij een hogere temperatuur. Ze worden daarom lager in de destillatiekolom
'afgetapt' dan stoffen met kleine moleculen.
Eén van de belangrijkste fracties is de naftafractie. Die bestaat uit een mengsel van
koolwaterstofmoleculen waarvan het aantal C-atomen tussen vijf en twaalf ligt. Twee belangrijke
stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn thermisch kraken en katalytisch reformen.
Thermisch kraken
Bij verhitting van de naftafractie tot ongeveer 850 °C treedt er een ontledingsreactie op. De C-C
atoombindingen in de moleculen worden verbroken en er ontstaat een mengsel van verzadigde en
onverzadigde koolwaterstoffen. 🡪 ontstaat altijd een mengsel bij kraken. Na verdere bewerking is het
belangrijkste eindproduct etheen. Dat is een veelgebruikte grondstof in de chemische industrie.
Katalytisch reformen
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur, druk en een katalysator zodanig
bewerkt dat onvertakte alkanen en cycloalkanen worden omgezet in onder andere vertakte alkanen
en aromaten. Die worden dan als grondstof gebruikt voor onder andere autobenzine.
Milieuproblemen
Alle fossiele brandstoffen bevatten de atoomsoorten C en H en vaak zijn ze verontreinigd met de
atoomsoort S. Bij verbranding in motoren en elektriciteitscentrales ontstaan dus de oxiden CO2, H2O
en SO2. De temperatuur bij deze verbranding is zo hoog dat N2 en O2 uit de lucht met elkaar reageren
en stikstofoxiden vormen.
Koolstofdioxide
De uitstoot van CO2 is de afgelopen honderd jaar enorm toegenomen. Het gas draagt voor 70% bij
aan het versterkte broeikaseffect. Het is daarom verstandig om de uitstoot ervan te verminderen. Dat
kan door energiebesparing maar ook door CO2 op te slaan. Daar zijn diverse mogelijkheden voor:
1. Opslaan in oude gas- en olievelden.
2. Injecteren in de oceaan. Het CO2 borrelt dan omhoog en lost op in het zeewater. Bij injectie
op een diepte van < 3 km wordt het gas zo samengeperst dat de dichtheid groter wordt dan
water. Het gas wordt vloeibaar en blijft op de boden van de oceaan liggen.
, 3. Uitstrooien van het mineraal olivijn (Mg2SiO4), dat met CO2 reageert. De opslagreactie is:
Mg2SiO4 + CO2 🡪 SiO2 + 2 MgCO3, de reactie verloopt erg langzaam en de haalbaarheid van
deze methode wordt nog onderzocht.
Zwaveldioxide
In de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als gevolg 'zure regen'. Het probleem is
grotendeels opgelost door het gebruik van ontzwavelde brandstoffen of door het zuiveren van
verbrandingsgassen in rookgasontzwavelingsinstallaties.
Stikstofoxiden
Een mengsel van gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx en omdat deze gassen giftig zijn,
hebben auto's een driewegkatalysator waarin NOx in het uitlaatgas wordt omgezet in stikstof,
koolstofdioxide en water(damp).
7.3 Biobrandstoffen
Koolstofkringloop
Groene planten en bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide en water glucose maken.
Het koolstofdioxide uit de lucht fungeert als koolstofbron: 6 CO2 (g) + H2O (l) 🡪 C6H12O6 (s) + 6 O2 (g).
Dit is een endotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. De glucose wordt daarna in de
plant weer omgezet in andere koolstofverbindingen, zoals cellulose en zetmeel. De koolstof uit de
atmosfeer is dus in deze stoffen opgeslagen. Ook de zonne-energie is in deze stoffen opgeslagen in de
vorm van chemische energie. Als de biomassa wordt verbrand, komen koolstof en energie weer vrij.
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 🡪 6 CO2 (g) + H2O (l).
De energie gebruiken we en de koolstof komt weer als CO2 in de atmosfeer. Daarmee is de
koolstofkringloop gesloten. Deze kringloop vb van een elementenkringloop. (element + koolstof).
Bij de verbranding van biobrandstoffen komt ook CO2 vrij, maar dat is de CO2 die planten en bomen in
de jaren daarvoor tijdens de fotosynthese hebben opgenomen. Zo'n proces is klimaatneutraal of . CO2
– neutraal. 🡪 gebruik van biobrandstoffen verlaagt dus de uitstoot van CO2.
Eerste generatie biobrandstoffen
Biobrandstoffen worden gemaakt van biomassa, materiaal van organische
oorsprong. Bij de eerste generatie biobrandstoffen worden daarvoor
voedselgewassen gebruikt. Bio-ethanol bijvoorbeeld wordt gemaakt uit mais,
suikerbiet, suikerriet, tarwe of gerst. Autobenzine wordt gemengd met
bio-ethanol, om het milieu vriendelijker te maken. Via vergisting wordt
bio-ethanol uit suikers gemaakt volgens de reactie: C6H12O6 (s) 🡪 2 C2H5OH (l)
+ 2 CO2 (g).
Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad. Het productieproces
verloopt in een aantal stappen. Eerst wordt de olie uit het zaad geperst en
gezuiverd. Het omzetten van de gezuiverde olie in biodiesel heet omestering.
Koolzaadolie bestaat uit glyceryltri-esters. Bij omestering worden die door
toevoeging van methanol en een katalysator omgezet in biodiesel en glycerol.
Het productieproces van biodiesel kun je weergeven in een blokschema. Hierin stellen de pijlen
stofstromen voor, de buizen waar in een fabriek de grondstoffen doorheen stromen. In de blokken
gebeurt er iets met de stoffen, die zijn de reactoren.
7.2 Fossiele brandstoffen
Energieleveranciers
Fossiele brandstoffen:
● Steenkool 🡪 voornamelijk koolstof, verontreinigd met zwavel.
● Aardolie 🡪 tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en
aromatische verbindingen, vaak met zwavelverbindingen.
● Aardgas 🡪 voornamelijk methaan.
Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en voor het opwekken van
elektrische energie. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel energie er vrijkomt bij de verbranding
van één kg of één m3 van die brandstof bij een bepaalde druk en temperatuur.
Leverancier van grondstoffen
Aardgas en aardolie leveren ook grondstoffen voor de chemische industrie. Omdat aardolie uit veel
verschillende stoffen bestaat, moeten deze eerst worden gescheiden in een aantal fracties. Een
fractie is een mengsel van stoffen met een kookpunt binnen bepaalde grenzen. Dat proces 🡪
gefractioneerde destillatie. Stoffen die bestaan uit grote moleculen hebben een hoger kookpunt en
condenseren daardoor bij een hogere temperatuur. Ze worden daarom lager in de destillatiekolom
'afgetapt' dan stoffen met kleine moleculen.
Eén van de belangrijkste fracties is de naftafractie. Die bestaat uit een mengsel van
koolwaterstofmoleculen waarvan het aantal C-atomen tussen vijf en twaalf ligt. Twee belangrijke
stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn thermisch kraken en katalytisch reformen.
Thermisch kraken
Bij verhitting van de naftafractie tot ongeveer 850 °C treedt er een ontledingsreactie op. De C-C
atoombindingen in de moleculen worden verbroken en er ontstaat een mengsel van verzadigde en
onverzadigde koolwaterstoffen. 🡪 ontstaat altijd een mengsel bij kraken. Na verdere bewerking is het
belangrijkste eindproduct etheen. Dat is een veelgebruikte grondstof in de chemische industrie.
Katalytisch reformen
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur, druk en een katalysator zodanig
bewerkt dat onvertakte alkanen en cycloalkanen worden omgezet in onder andere vertakte alkanen
en aromaten. Die worden dan als grondstof gebruikt voor onder andere autobenzine.
Milieuproblemen
Alle fossiele brandstoffen bevatten de atoomsoorten C en H en vaak zijn ze verontreinigd met de
atoomsoort S. Bij verbranding in motoren en elektriciteitscentrales ontstaan dus de oxiden CO2, H2O
en SO2. De temperatuur bij deze verbranding is zo hoog dat N2 en O2 uit de lucht met elkaar reageren
en stikstofoxiden vormen.
Koolstofdioxide
De uitstoot van CO2 is de afgelopen honderd jaar enorm toegenomen. Het gas draagt voor 70% bij
aan het versterkte broeikaseffect. Het is daarom verstandig om de uitstoot ervan te verminderen. Dat
kan door energiebesparing maar ook door CO2 op te slaan. Daar zijn diverse mogelijkheden voor:
1. Opslaan in oude gas- en olievelden.
2. Injecteren in de oceaan. Het CO2 borrelt dan omhoog en lost op in het zeewater. Bij injectie
op een diepte van < 3 km wordt het gas zo samengeperst dat de dichtheid groter wordt dan
water. Het gas wordt vloeibaar en blijft op de boden van de oceaan liggen.
, 3. Uitstrooien van het mineraal olivijn (Mg2SiO4), dat met CO2 reageert. De opslagreactie is:
Mg2SiO4 + CO2 🡪 SiO2 + 2 MgCO3, de reactie verloopt erg langzaam en de haalbaarheid van
deze methode wordt nog onderzocht.
Zwaveldioxide
In de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als gevolg 'zure regen'. Het probleem is
grotendeels opgelost door het gebruik van ontzwavelde brandstoffen of door het zuiveren van
verbrandingsgassen in rookgasontzwavelingsinstallaties.
Stikstofoxiden
Een mengsel van gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx en omdat deze gassen giftig zijn,
hebben auto's een driewegkatalysator waarin NOx in het uitlaatgas wordt omgezet in stikstof,
koolstofdioxide en water(damp).
7.3 Biobrandstoffen
Koolstofkringloop
Groene planten en bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide en water glucose maken.
Het koolstofdioxide uit de lucht fungeert als koolstofbron: 6 CO2 (g) + H2O (l) 🡪 C6H12O6 (s) + 6 O2 (g).
Dit is een endotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. De glucose wordt daarna in de
plant weer omgezet in andere koolstofverbindingen, zoals cellulose en zetmeel. De koolstof uit de
atmosfeer is dus in deze stoffen opgeslagen. Ook de zonne-energie is in deze stoffen opgeslagen in de
vorm van chemische energie. Als de biomassa wordt verbrand, komen koolstof en energie weer vrij.
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 🡪 6 CO2 (g) + H2O (l).
De energie gebruiken we en de koolstof komt weer als CO2 in de atmosfeer. Daarmee is de
koolstofkringloop gesloten. Deze kringloop vb van een elementenkringloop. (element + koolstof).
Bij de verbranding van biobrandstoffen komt ook CO2 vrij, maar dat is de CO2 die planten en bomen in
de jaren daarvoor tijdens de fotosynthese hebben opgenomen. Zo'n proces is klimaatneutraal of . CO2
– neutraal. 🡪 gebruik van biobrandstoffen verlaagt dus de uitstoot van CO2.
Eerste generatie biobrandstoffen
Biobrandstoffen worden gemaakt van biomassa, materiaal van organische
oorsprong. Bij de eerste generatie biobrandstoffen worden daarvoor
voedselgewassen gebruikt. Bio-ethanol bijvoorbeeld wordt gemaakt uit mais,
suikerbiet, suikerriet, tarwe of gerst. Autobenzine wordt gemengd met
bio-ethanol, om het milieu vriendelijker te maken. Via vergisting wordt
bio-ethanol uit suikers gemaakt volgens de reactie: C6H12O6 (s) 🡪 2 C2H5OH (l)
+ 2 CO2 (g).
Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad. Het productieproces
verloopt in een aantal stappen. Eerst wordt de olie uit het zaad geperst en
gezuiverd. Het omzetten van de gezuiverde olie in biodiesel heet omestering.
Koolzaadolie bestaat uit glyceryltri-esters. Bij omestering worden die door
toevoeging van methanol en een katalysator omgezet in biodiesel en glycerol.
Het productieproces van biodiesel kun je weergeven in een blokschema. Hierin stellen de pijlen
stofstromen voor, de buizen waar in een fabriek de grondstoffen doorheen stromen. In de blokken
gebeurt er iets met de stoffen, die zijn de reactoren.
