Scheikunde hoofdstuk 7
Scheikunde §7.1
De fossiele brandstoffen steenkool, aardgas en aardolie nog voor het grootste deel van
onze energie zorgen. Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en
het opwekken van elektriciteit. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel warmte er
vrijkomt bij de verbranding van een brandstof.
Aardolie is niet alleen een brandstof, maar levert ook grondstoffen voor de chemische
industrie. Door het grote aantal stoffen in aardolie, is het niet mogelijk om het 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 bestaat. Dit
proces heet gefractioneerde destillatie. Uit een naftafractie worden verreweg de meeste
producten gesynthetiseerd. Twee belangrijke stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn
kraken en reformen.
Kraken: kraken is een proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleend
in kleinere moleculen. 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: de verbranding van C, H en S heeft hoge temperaturen, zodat N2 en O2 uit
de lucht reageren en stikstofoxiden vormen. Elk levert zijn eigen bijdrage aan
milieuverontreiniging.
Zwaveldioxide: in de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als
gevolg: zure regen.
Stikstofoxiden: een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx,
deze gassen zijn giftig.
Koolstofdioxide: de uitstoot van CO2 is toegenomen. Het gas CO2 draagt voor 70% bij
aan het versterkte broeikaseffect en daarmee aan de opwarming van de aarde.
Er worden veel maatregelen genomen om de uitstoot ervan te verminderen.
1. Opslaan in oude gas- en olievelden.
2. Injecteren in de oceaan.
Een duurzame oplossing is het onderzoeken en productieprocessen die CO2 als grondstof
gebruiken voor de productie van bijvoorbeeld bouwmaterialen en kunststoffen.
Scheikunde §7.2
Als mogelijk alternatief van fossiele brandstoffen zijn biobrandstoffen. Dit zijn brandstoffen
die worden gemaakt uit biomassa, materiaal van organische oorsprong. Groene planten en
bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide en water glucose maken. Dit is een
endotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. Als de biomassa wordt verbrand,
komen koolstof en energie weer vrij. De energie gebruiken we en koolstof komt weer als CO2
vrij in de atmosfeer. Daarmee is de koolstofkringloop gesloten. De koolstofkringloop is een
voorbeeld van een elementenkringloop.
Biobrandstoffen die uit biomassa worden geproduceerd zijn CO2-neutraal.
Generaties van biobrandstoffen:
1. Biobrandstoffen worden voor de productie van bio-ethanol voedselgewassen
gebruikt. Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad.
a. Olie wordt uit het zaad geperst en gezuiverd. Dit proces heet omestering. Bij
omestering wordt de glyceryltri-esters door toevoeging van methanol en
katalysator omgezet in biodiesel
(hoofdproduct) en glycerol (bijproduct).
Het productieproces van biodiesel kun je
weergeven in een blokschema. De pijlen stellen
de stofstromen voor. In de blokken gebeurt er iets
met de stoffen, de reactoren.
Scheikunde §7.1
De fossiele brandstoffen steenkool, aardgas en aardolie nog voor het grootste deel van
onze energie zorgen. Fossiele brandstoffen worden vooral gebruikt voor warmteproductie en
het opwekken van elektriciteit. De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel warmte er
vrijkomt bij de verbranding van een brandstof.
Aardolie is niet alleen een brandstof, maar levert ook grondstoffen voor de chemische
industrie. Door het grote aantal stoffen in aardolie, is het niet mogelijk om het 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 bestaat. Dit
proces heet gefractioneerde destillatie. Uit een naftafractie worden verreweg de meeste
producten gesynthetiseerd. Twee belangrijke stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn
kraken en reformen.
Kraken: kraken is een proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden ontleend
in kleinere moleculen. 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: de verbranding van C, H en S heeft hoge temperaturen, zodat N2 en O2 uit
de lucht reageren en stikstofoxiden vormen. Elk levert zijn eigen bijdrage aan
milieuverontreiniging.
Zwaveldioxide: in de atmosfeer wordt SO2 omgezet in zwavelzuur, H2SO4, met als
gevolg: zure regen.
Stikstofoxiden: een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx,
deze gassen zijn giftig.
Koolstofdioxide: de uitstoot van CO2 is toegenomen. Het gas CO2 draagt voor 70% bij
aan het versterkte broeikaseffect en daarmee aan de opwarming van de aarde.
Er worden veel maatregelen genomen om de uitstoot ervan te verminderen.
1. Opslaan in oude gas- en olievelden.
2. Injecteren in de oceaan.
Een duurzame oplossing is het onderzoeken en productieprocessen die CO2 als grondstof
gebruiken voor de productie van bijvoorbeeld bouwmaterialen en kunststoffen.
Scheikunde §7.2
Als mogelijk alternatief van fossiele brandstoffen zijn biobrandstoffen. Dit zijn brandstoffen
die worden gemaakt uit biomassa, materiaal van organische oorsprong. Groene planten en
bomen kunnen door fotosynthese uit koolstofdioxide en water glucose maken. Dit is een
endotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. Als de biomassa wordt verbrand,
komen koolstof en energie weer vrij. De energie gebruiken we en koolstof komt weer als CO2
vrij in de atmosfeer. Daarmee is de koolstofkringloop gesloten. De koolstofkringloop is een
voorbeeld van een elementenkringloop.
Biobrandstoffen die uit biomassa worden geproduceerd zijn CO2-neutraal.
Generaties van biobrandstoffen:
1. Biobrandstoffen worden voor de productie van bio-ethanol voedselgewassen
gebruikt. Biodiesel wordt in Europa vooral gemaakt uit koolzaad.
a. Olie wordt uit het zaad geperst en gezuiverd. Dit proces heet omestering. Bij
omestering wordt de glyceryltri-esters door toevoeging van methanol en
katalysator omgezet in biodiesel
(hoofdproduct) en glycerol (bijproduct).
Het productieproces van biodiesel kun je
weergeven in een blokschema. De pijlen stellen
de stofstromen voor. In de blokken gebeurt er iets
met de stoffen, de reactoren.
