Chemie Overal 4 VWO ||| Samenvatting H7: Duurzaamheid
H7 | Duurzaamheid
7.1 Fossiele brandstoffen
Fossiele brandstoffen
De wereld draait op fossiele brandstoffen, maar de voorraad is eindig en dus moet er op zoek
gegaan worden naar alternatieve brandstoffen.
De fossiele brandstoffen steenkool (voornamelijk bestaande uit koolstof),
aardgas (voornamelijk bestaande uit methaan) en aardolie (bestaande uit
tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en
aromatische verbindingen) zorgen nog voor het grootste deel van energie in
ons land.
Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en het
opwekken van elektriciteit. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel
warmte er bij de verbranding van één kg of m3 brandstof vrijkomt in (kilo)joule bij een bepaalde
druk en temperatuur (BINAS tabel 28B).
Aardolieverwerking
Aardolie is niet alleen brandstof, maar levert ook grondstoffen voor de chemische industrie.
Door het grote aantal stoffen is het niet mogelijk om aardolie te scheiden in zuivere stoffen, in
plaats daarvan wordt aardolie gescheiden in fracties. Een fractie is een mengsel van stoffen met
een kookpunt binnen bepaalde grenzen.
Fracties die bestaan uit stoffen met grote moleculen hebben een kooktraject met hogere
temperaturen en condenseren lager in de kolom dan fracties van stoffen die uit kleine moleculen
bestaan. Dit proces heet gefractioneerde destillatie.
De naftafractie (een mengsel waarvan de hoeveelheid koolstofatomen tussen de acht en twaalf ligt)
hebben twee belangrijke stappen in het bewerkingsproces: kraken en reformen.
Kraken
Kraken is een proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleed in kleinere moleculen.
Dit proces vindt meestal plaats door de fractie te verhitten, waardoor atoombindingen worden
verbroken tussen koolstofatomen.
Bij kraken ontstaat altijd een mengsel van stoffen, waarvan de moleculen zowel enkele als dubbele
bindingen bevatten.
Reformen
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur en druk zodanig bewerkt dat
onvertakte alkanen en cycloalkanen worden omgezet in onder andere vertakte alkanen en
aromaten.
Milieuproblemen
Bij verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan de oxiden CO2, H2O en SO2. Hierbij reageert N2
en O2 ook nog tot stikstofdioxide door de hoge temperatuur. Elk van deze oxiden levert zijn eigen
bijdrage aan de milieuverontreiniging.
Zwaveldioxide
In de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als gevolg zure regen. Het probleem
is grotendeels opgelost door het gebruik van rookgasontzwavelingsinstallaties.
Stikstofoxiden
Een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx. In auto’s zit een driewegkatalysator
en in elektriciteitscentrales zogenaamde DeNOx-installaties om stikstofoxiden om te zetten naar
niet giftige stoffen.
Koolstofdioxide
De CO2-uitstoot is flink toegenomen. Het gas CO2 draagt voor 70% bij aan het versterkte
broeikaseffect. Er worden daarom veel maatregelen genomen: energiebesparing, ontwikkelen van
nieuwe brandstoffen, CO2 op te slaan of CO2 gebruiken als grondstof voor productie.
1
, Chemie Overal 4 VWO ||| Samenvatting H7: Duurzaamheid
7.2 Biobrandstoffen
Duurzame alternatieven
Verminderde fossiele brandstoffen en het versterkte broeikaseffect zorgen dat we naar duurzame
alternatieven zoeken. Eén daarvan zijn biobrandstoffen. Dit zijn brandstoffen die worden gemaakt
uit biomassa, materiaal van organische oorsprong.
Groene planten en bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide; water en glucose maken:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Dit is een endotherme reactie waarbij de zon de benodigde energie levert. Als
de biomassa wordt verbrand, komen koolstof én energie weer vrij.
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
Hierdoor is de koolstofkringloop gesloten. De koolstofkringloop is een
voorbeeld van een elementenkringloop. Je kijkt in deze kringloop naar wat er
gebeurt met het element koolstof.
De CO2 die bij de verbranding van biomassa vrijkomt, is gelijk aan de
hoeveelheid CO2 die oorspronkelijk door de plant was opgenomen.
Biobrandstoffen die uit biomassa worden geproduceerd zijn daarmee CO2-neutraal.
Eerste generatie biobrandstoffen
Bij biobrandstoffen onderscheid je drie generaties. Bij de eerste generatie biobrandstoffen worden
voor de productie van bio-ethanol voedselgewassen gebruikt. Autobenzine wordt gemengd met
bio-ethanol.
Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad. Het productieproces verloopt in een aantal
stappen. De olie wordt uit het zaad geperst en
gezuiverd. Het omzetten van gezuiverde olie in biodiesel
heet omestering. Bij omestering worden die door
toevoeging van methanol en een katalysator omgezet in
biodiesel. Dit kan je weergeven in een blokschema.
Tweede generatie biobrandstoffen
Voor de tweede generatie biobrandstoffen worden geen voedselgewassen meer gebruikt, maar
bijvoorbeeld houtsnippers en stro.
Via vergisting wordt bio-ethanol uit suikers gemaakt volgens de reactie:
C6H12O6 (s) → 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)
Uit het bio-afval kan door vergisting biogas, methaan, worden gevormd. De cellulose in
plantenresten wordt afgebroken tot bruikbare suikers door een bacterie.
Derde generatie biobrandstoffen
De derde generatie biobrandstoffen maakt gebruik van organisch materiaal dat geen landbouwafval
is. Daarvan zijn twee voorbeelden.
Algen
Algen groeien in water door zonlicht en mest. Daarna worden de algen bewerkt zodat er een olie
uitkomt die de biobrandstof levert. Het proces is CO2-neutraal en algen zijn op grote schaal
industrieel te kweken.
Zeewier
Zeewier is een andere bron voor biobrandstoffen. Ook hier zorgt een bacterie voor bruikbare
zeewiersuikers waardoor er direct bio-ethanol gemaakt kan worden. Er is voor zeewier geen
landbouwgrond en kunstmest nodig en het heeft geen gevolgen voor de voedselvoorraden.
7.3 Duurzame ontwikkelingen
Duurzame grondstoffen
Duurzaamheid is een breed begrip, maar kan het best omschreven worden als we rekening houden
met de behoeften in het heden, zonder de behoeften van toekomstige generaties te verpesten.
2
H7 | Duurzaamheid
7.1 Fossiele brandstoffen
Fossiele brandstoffen
De wereld draait op fossiele brandstoffen, maar de voorraad is eindig en dus moet er op zoek
gegaan worden naar alternatieve brandstoffen.
De fossiele brandstoffen steenkool (voornamelijk bestaande uit koolstof),
aardgas (voornamelijk bestaande uit methaan) en aardolie (bestaande uit
tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en
aromatische verbindingen) zorgen nog voor het grootste deel van energie in
ons land.
Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en het
opwekken van elektriciteit. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel
warmte er bij de verbranding van één kg of m3 brandstof vrijkomt in (kilo)joule bij een bepaalde
druk en temperatuur (BINAS tabel 28B).
Aardolieverwerking
Aardolie is niet alleen brandstof, maar levert ook grondstoffen voor de chemische industrie.
Door het grote aantal stoffen is het niet mogelijk om aardolie te scheiden in zuivere stoffen, in
plaats daarvan wordt aardolie gescheiden in fracties. Een fractie is een mengsel van stoffen met
een kookpunt binnen bepaalde grenzen.
Fracties die bestaan uit stoffen met grote moleculen hebben een kooktraject met hogere
temperaturen en condenseren lager in de kolom dan fracties van stoffen die uit kleine moleculen
bestaan. Dit proces heet gefractioneerde destillatie.
De naftafractie (een mengsel waarvan de hoeveelheid koolstofatomen tussen de acht en twaalf ligt)
hebben twee belangrijke stappen in het bewerkingsproces: kraken en reformen.
Kraken
Kraken is een proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleed in kleinere moleculen.
Dit proces vindt meestal plaats door de fractie te verhitten, waardoor atoombindingen worden
verbroken tussen koolstofatomen.
Bij kraken ontstaat altijd een mengsel van stoffen, waarvan de moleculen zowel enkele als dubbele
bindingen bevatten.
Reformen
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur en druk zodanig bewerkt dat
onvertakte alkanen en cycloalkanen worden omgezet in onder andere vertakte alkanen en
aromaten.
Milieuproblemen
Bij verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan de oxiden CO2, H2O en SO2. Hierbij reageert N2
en O2 ook nog tot stikstofdioxide door de hoge temperatuur. Elk van deze oxiden levert zijn eigen
bijdrage aan de milieuverontreiniging.
Zwaveldioxide
In de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als gevolg zure regen. Het probleem
is grotendeels opgelost door het gebruik van rookgasontzwavelingsinstallaties.
Stikstofoxiden
Een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx. In auto’s zit een driewegkatalysator
en in elektriciteitscentrales zogenaamde DeNOx-installaties om stikstofoxiden om te zetten naar
niet giftige stoffen.
Koolstofdioxide
De CO2-uitstoot is flink toegenomen. Het gas CO2 draagt voor 70% bij aan het versterkte
broeikaseffect. Er worden daarom veel maatregelen genomen: energiebesparing, ontwikkelen van
nieuwe brandstoffen, CO2 op te slaan of CO2 gebruiken als grondstof voor productie.
1
, Chemie Overal 4 VWO ||| Samenvatting H7: Duurzaamheid
7.2 Biobrandstoffen
Duurzame alternatieven
Verminderde fossiele brandstoffen en het versterkte broeikaseffect zorgen dat we naar duurzame
alternatieven zoeken. Eén daarvan zijn biobrandstoffen. Dit zijn brandstoffen die worden gemaakt
uit biomassa, materiaal van organische oorsprong.
Groene planten en bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide; water en glucose maken:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Dit is een endotherme reactie waarbij de zon de benodigde energie levert. Als
de biomassa wordt verbrand, komen koolstof én energie weer vrij.
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
Hierdoor is de koolstofkringloop gesloten. De koolstofkringloop is een
voorbeeld van een elementenkringloop. Je kijkt in deze kringloop naar wat er
gebeurt met het element koolstof.
De CO2 die bij de verbranding van biomassa vrijkomt, is gelijk aan de
hoeveelheid CO2 die oorspronkelijk door de plant was opgenomen.
Biobrandstoffen die uit biomassa worden geproduceerd zijn daarmee CO2-neutraal.
Eerste generatie biobrandstoffen
Bij biobrandstoffen onderscheid je drie generaties. Bij de eerste generatie biobrandstoffen worden
voor de productie van bio-ethanol voedselgewassen gebruikt. Autobenzine wordt gemengd met
bio-ethanol.
Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad. Het productieproces verloopt in een aantal
stappen. De olie wordt uit het zaad geperst en
gezuiverd. Het omzetten van gezuiverde olie in biodiesel
heet omestering. Bij omestering worden die door
toevoeging van methanol en een katalysator omgezet in
biodiesel. Dit kan je weergeven in een blokschema.
Tweede generatie biobrandstoffen
Voor de tweede generatie biobrandstoffen worden geen voedselgewassen meer gebruikt, maar
bijvoorbeeld houtsnippers en stro.
Via vergisting wordt bio-ethanol uit suikers gemaakt volgens de reactie:
C6H12O6 (s) → 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)
Uit het bio-afval kan door vergisting biogas, methaan, worden gevormd. De cellulose in
plantenresten wordt afgebroken tot bruikbare suikers door een bacterie.
Derde generatie biobrandstoffen
De derde generatie biobrandstoffen maakt gebruik van organisch materiaal dat geen landbouwafval
is. Daarvan zijn twee voorbeelden.
Algen
Algen groeien in water door zonlicht en mest. Daarna worden de algen bewerkt zodat er een olie
uitkomt die de biobrandstof levert. Het proces is CO2-neutraal en algen zijn op grote schaal
industrieel te kweken.
Zeewier
Zeewier is een andere bron voor biobrandstoffen. Ook hier zorgt een bacterie voor bruikbare
zeewiersuikers waardoor er direct bio-ethanol gemaakt kan worden. Er is voor zeewier geen
landbouwgrond en kunstmest nodig en het heeft geen gevolgen voor de voedselvoorraden.
7.3 Duurzame ontwikkelingen
Duurzame grondstoffen
Duurzaamheid is een breed begrip, maar kan het best omschreven worden als we rekening houden
met de behoeften in het heden, zonder de behoeften van toekomstige generaties te verpesten.
2
