Scheikunde
Hoofdstuk 7 – Duurzaamheid
§7.1 – FOSSIELE BRANDSTOFFEN
Fossiele brandstoffen: steenkool (koolstof verontreinigd met zwavel), aardgas (methaan) en aardolie
(koolwaterstoffen en aromatische verbindingen) zijn aan het opraken.
Ze worden gebruikt voor warmteproductie en het opwekken van elektriciteit.
Verbrandingswarmte: hoeveel warmte vrijkomt bij verbranding van brandstof in (K)J die vrijkomt van 1kg of
1m3 bij een bepaalde druk en temperatuur. In Binas tabel 28B staan de verbrandingswarmtes van brandstoffen.
Aardolie: brandstof en levert grondstoffen op voor de chemische industrie.
Het is een mengsel van koolwaterstoffen en deze moeten worden gescheiden om ze te kunnen verwerken in
producten, dit kan niet in zuivere stoffen, dus gebeurd in fracties: mengsel van stoffen met een kookpunt
binnen bepaalde grenzen.
• Aardolie verwarmd en door een destillatiekolom geleid -> fracties condenseren op hun eigen hoogte door
hun eigen kooktraject (stoffen met grote moleculen, kooktraject met hoge temperaturen en condenseren
lager)= gefractioneerde destillatie.
Een van die fracties: de naftafractie, deze bestaat uit een mengsel van koolwaterstoffen
(tussen 8 en 12 koolstofatomen).Uit de naftafractie worden de meeste producten gesynthetiseerd.
Twee belangrijke stappen uit dit bewerkingsproces van nafta zijn kraken en reformen.
KRAKEN:
• Proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleedt in kleinere moleculen.
• Door de fractie te verhitten worden atoombindingen tussen koolstofatomen verbroken.
• Uiteindelijk ontstaat er een mengsel van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen.
Voorbeeld:
De bindingen tussen koolstofatomen (C–C) breken. Ontstaan: Verzadigde koolwaterstoffen (alleen enkele
bindingen, zoals alkanen) en onverzadigde koolwaterstoffen (met dubbele bindingen, zoals alkenen).
REFORMEN:
• Nafta word onder hoge druk en temperatuur bewerkt zodat onvertakte alkanen en cycloalkanen -> vertakte
alkanen en aromaten.
Fossiele brandstoffen bevatten de atoomsoorten C, H en S -> vormen bij verbranding oxiden CO2, H2O en SO2.
• Zwaveldioxide: SO2 omgezet in zwavelzuur H2SO4 -> zure regen.
Oplossing: ontzwavelende brandstoffen of zuiveren van verbrandingsgassen.
• Stikstofoxiden: Mengsel van NO en NO2 aangeduid als NOx, ze zijn giftig.
Oplossing: katalysator die NOx omzet in stikstof, koolstofdioxide en water(damp)
• Koolstofdioxide: draagt bij aan het versterkt broeikaseffect -> maatregelen om te verminderen.
Door energie besparen, ontwikkelen nieuwe brandstoffen, CO2 opslaan in oude gas- en olie velden of
injecteren in de oceaan: Bij minder dan 3 km diepte: CO₂ borrelt omhoog en lost op in water.
Bij meer dan 3 km diepte: CO₂ wordt vloeibaar, is zwaarder dan water en blijft op de bodem liggen.
CO₂ gebruiken als grondstof om bijvoorbeeld bouwmaterialen of kunststoffen te maken
, §7.2 – BIOBRANDSTOFFEN
Mogelijke duurzame alternatieven:
• Biobrandstoffen: gemaakt uit biomassa (materiaal van organische oorsprong), zorgt niet voor een toename
van koolstofdioxide en biomassa is eenvoudig om opnieuw te produceren.
Door fotosynthese kunnen planten uit koolstofdioxide en water, glucose maken. CO2 is de koolstofbron.
Dit is een endotherme reactie, want zon levert de energie. Glucose word in de plant omgezet in andere
koolstofverbindingen. Koolstof en zonne-energie is in deze stoffen opgeslagen -> biomassa verbrand -> stoffen
komen vrij.
Energie gebruiken we en CO2 komt weer vrij in de lucht= koolstofkringloop gesloten. Voorbeeld van
elementenkringloop, waarin je je focust op één element (dit geval koolstof).
C-atomen in fossiele brandstoffen zijn miljoenen jaren geleden door fotosynthese uit de atmosfeer gehaald en
opgeslagen in de planten. Bij verbranding van deze fossiele brandstoffen komt deze koolstof na al die jaren weer
als CO2 in de lucht terecht. Dit is gebeurd een korte tijd waardoor de CO2 concentratie in een korte tijd stijgt=
niet CO2 neutraal.
CO2 die bij de verbranding van de biomassa vrijkomt is gelijk aan de hoeveelheid CO2 die de plant recent heeft
opgenomen. Biobrandstoffen uit biomassa zijn daarom CO2-neutraal.
Biobrandstoffen onderscheid je in 3 generaties:
1. Biobrandstoffen voor productie Bio-ethanol: voedselgewassen, zoals maïs en suiker via vergisting:
Biodiesel gemaakt uit koolzaad: olie uit het zaad geperst en gezuiverd -> omzetting olie naar
biodiesel= omestering -> door toevoeging menthanol en katalysator -> biodiesel (hoofdproduct) en
glycerol (bijproduct).
Nadeel: Veel voedsel nodig -> prijsstijging voedsel.
2. Tweede generatie biobrandstoffen: gemaakt uit bio-afval (houtsnippers, stro, frituurvet, enzv).
Door vergisting kan uit het bio-afval, biogas (methaan) worden gemaakt.
Nadeel: cellulose uit plantenresten is niet eenvoudig af te breken tot bruikbare suikers. Dus gezocht
naar bacteriën die doormiddel van genetische technieken snel cellulose af kunnen breken.
3. Derde generatie biobrandstoffen: gebruik van organische materiaal dat geen landbouwafval is.
Bijvoorbeeld biobrandstof uit algen en zeewier:
ALGEN: groeien in water door zonlicht en mest -> geoogst, gecentrifugeerd, gedroogd tot
pasta/poeder -> oliën leveren de biobrandstof= CO2-neutraal, want ze gebruiken CO2 voor hun groei.
Voordeel: kan in grote hoeveelheden. Nadeel: waterverspilling, hoge kosten (algen scheiden van olie)
en de lage opbrengst.
Hoofdstuk 7 – Duurzaamheid
§7.1 – FOSSIELE BRANDSTOFFEN
Fossiele brandstoffen: steenkool (koolstof verontreinigd met zwavel), aardgas (methaan) en aardolie
(koolwaterstoffen en aromatische verbindingen) zijn aan het opraken.
Ze worden gebruikt voor warmteproductie en het opwekken van elektriciteit.
Verbrandingswarmte: hoeveel warmte vrijkomt bij verbranding van brandstof in (K)J die vrijkomt van 1kg of
1m3 bij een bepaalde druk en temperatuur. In Binas tabel 28B staan de verbrandingswarmtes van brandstoffen.
Aardolie: brandstof en levert grondstoffen op voor de chemische industrie.
Het is een mengsel van koolwaterstoffen en deze moeten worden gescheiden om ze te kunnen verwerken in
producten, dit kan niet in zuivere stoffen, dus gebeurd in fracties: mengsel van stoffen met een kookpunt
binnen bepaalde grenzen.
• Aardolie verwarmd en door een destillatiekolom geleid -> fracties condenseren op hun eigen hoogte door
hun eigen kooktraject (stoffen met grote moleculen, kooktraject met hoge temperaturen en condenseren
lager)= gefractioneerde destillatie.
Een van die fracties: de naftafractie, deze bestaat uit een mengsel van koolwaterstoffen
(tussen 8 en 12 koolstofatomen).Uit de naftafractie worden de meeste producten gesynthetiseerd.
Twee belangrijke stappen uit dit bewerkingsproces van nafta zijn kraken en reformen.
KRAKEN:
• Proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleedt in kleinere moleculen.
• Door de fractie te verhitten worden atoombindingen tussen koolstofatomen verbroken.
• Uiteindelijk ontstaat er een mengsel van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen.
Voorbeeld:
De bindingen tussen koolstofatomen (C–C) breken. Ontstaan: Verzadigde koolwaterstoffen (alleen enkele
bindingen, zoals alkanen) en onverzadigde koolwaterstoffen (met dubbele bindingen, zoals alkenen).
REFORMEN:
• Nafta word onder hoge druk en temperatuur bewerkt zodat onvertakte alkanen en cycloalkanen -> vertakte
alkanen en aromaten.
Fossiele brandstoffen bevatten de atoomsoorten C, H en S -> vormen bij verbranding oxiden CO2, H2O en SO2.
• Zwaveldioxide: SO2 omgezet in zwavelzuur H2SO4 -> zure regen.
Oplossing: ontzwavelende brandstoffen of zuiveren van verbrandingsgassen.
• Stikstofoxiden: Mengsel van NO en NO2 aangeduid als NOx, ze zijn giftig.
Oplossing: katalysator die NOx omzet in stikstof, koolstofdioxide en water(damp)
• Koolstofdioxide: draagt bij aan het versterkt broeikaseffect -> maatregelen om te verminderen.
Door energie besparen, ontwikkelen nieuwe brandstoffen, CO2 opslaan in oude gas- en olie velden of
injecteren in de oceaan: Bij minder dan 3 km diepte: CO₂ borrelt omhoog en lost op in water.
Bij meer dan 3 km diepte: CO₂ wordt vloeibaar, is zwaarder dan water en blijft op de bodem liggen.
CO₂ gebruiken als grondstof om bijvoorbeeld bouwmaterialen of kunststoffen te maken
, §7.2 – BIOBRANDSTOFFEN
Mogelijke duurzame alternatieven:
• Biobrandstoffen: gemaakt uit biomassa (materiaal van organische oorsprong), zorgt niet voor een toename
van koolstofdioxide en biomassa is eenvoudig om opnieuw te produceren.
Door fotosynthese kunnen planten uit koolstofdioxide en water, glucose maken. CO2 is de koolstofbron.
Dit is een endotherme reactie, want zon levert de energie. Glucose word in de plant omgezet in andere
koolstofverbindingen. Koolstof en zonne-energie is in deze stoffen opgeslagen -> biomassa verbrand -> stoffen
komen vrij.
Energie gebruiken we en CO2 komt weer vrij in de lucht= koolstofkringloop gesloten. Voorbeeld van
elementenkringloop, waarin je je focust op één element (dit geval koolstof).
C-atomen in fossiele brandstoffen zijn miljoenen jaren geleden door fotosynthese uit de atmosfeer gehaald en
opgeslagen in de planten. Bij verbranding van deze fossiele brandstoffen komt deze koolstof na al die jaren weer
als CO2 in de lucht terecht. Dit is gebeurd een korte tijd waardoor de CO2 concentratie in een korte tijd stijgt=
niet CO2 neutraal.
CO2 die bij de verbranding van de biomassa vrijkomt is gelijk aan de hoeveelheid CO2 die de plant recent heeft
opgenomen. Biobrandstoffen uit biomassa zijn daarom CO2-neutraal.
Biobrandstoffen onderscheid je in 3 generaties:
1. Biobrandstoffen voor productie Bio-ethanol: voedselgewassen, zoals maïs en suiker via vergisting:
Biodiesel gemaakt uit koolzaad: olie uit het zaad geperst en gezuiverd -> omzetting olie naar
biodiesel= omestering -> door toevoeging menthanol en katalysator -> biodiesel (hoofdproduct) en
glycerol (bijproduct).
Nadeel: Veel voedsel nodig -> prijsstijging voedsel.
2. Tweede generatie biobrandstoffen: gemaakt uit bio-afval (houtsnippers, stro, frituurvet, enzv).
Door vergisting kan uit het bio-afval, biogas (methaan) worden gemaakt.
Nadeel: cellulose uit plantenresten is niet eenvoudig af te breken tot bruikbare suikers. Dus gezocht
naar bacteriën die doormiddel van genetische technieken snel cellulose af kunnen breken.
3. Derde generatie biobrandstoffen: gebruik van organische materiaal dat geen landbouwafval is.
Bijvoorbeeld biobrandstof uit algen en zeewier:
ALGEN: groeien in water door zonlicht en mest -> geoogst, gecentrifugeerd, gedroogd tot
pasta/poeder -> oliën leveren de biobrandstof= CO2-neutraal, want ze gebruiken CO2 voor hun groei.
Voordeel: kan in grote hoeveelheden. Nadeel: waterverspilling, hoge kosten (algen scheiden van olie)
en de lage opbrengst.
