Hoofdstuk 7 Duurzaamheid Scheikunde vwo 5
§7.2 Fossiele brandstoffen
Energieleveranciers:
Steenkool, aardolie en aardgas zijn fossiele brandstoffen. Steenkool bestaat
voornamelijk uit koolstof, vaak verontreinigd met zwavel. Aardolie bestaat uit
tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en aromatische
verbindingen, vaak met zwavelverbindingen. Aardgas bestaat voornamelijk uit
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 1 kg en 1 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 heet 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.
Een van de belangrijkste fracties is de naftafractie. Die bestaat uit een mengsel van
koolwaterstofmoleculen waarvan het aantal C-atomen tussen 5 en 12 ligt. 2 belangrijke
stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn thermisch kraken en katalytisch
reformen.
Thermisch kraken:
Bij verhitting van de naftafractie tot ongeveer 850℃ treedt er een ontledingsreactie op.
De C-C-atoombindingen in de moleculen worden verbroken en er ontstaat een mengsel
van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen. Een voorbeeld van een kraakreactie
is: C8H18 → C2H4 + C6H14.
, Katalytisch reformen:
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur en druk in aanwezigheid
van een katalysator zodanig bewerkt dat onvertakte alkanen en cycloalkanen worden
omgezet in onder andere vertakte alkanen en aromaten.
Milieuproblemen
Koolstofdioxide:
Het gas CO2 levert een grote bijdrage (70%) aan het 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:
- Opslaan in oude gas- en olievelden.
- Injecteren in de oceaan. Het CO2 borrelt dan omhoog en lost op in het
zeewater. Bij injectie op een diepte van meer dan 3 km wordt het CO2 zo
samengeperst dat de dichtheid groter wordt dan water. Het CO2 wordt vloeibaar
en blijft op de bodem van de oceaan liggen.
- Uitstrooien van het mineraal olivijn (Mg2SiO4), dat met CO2 reageert. De
opslagreactie is: Mg2SiO4 + CO2 → SiO2 + 2 MgCO3. Die reactie verloopt 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.
Stikstofdioxiden:
Een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx en omdat deze gassen
giftig zijn, hebben auto's een driewegkatalysator waarin de 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. CO2 uit de lucht fungeert als koolstofbron:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Dit is een exotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. De glucose wordt
daarna in de plant weer omgezet in andere koolstofverbindingen. De koolstof uit de
atmosfeer is in deze stoffen opgeslagen, net als de zonne-energie (chemische energie).
Als de v wordt verbrand, komen koolstof en energie weer vrij:
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
§7.2 Fossiele brandstoffen
Energieleveranciers:
Steenkool, aardolie en aardgas zijn fossiele brandstoffen. Steenkool bestaat
voornamelijk uit koolstof, vaak verontreinigd met zwavel. Aardolie bestaat uit
tienduizenden verschillende stoffen, voornamelijk koolwaterstoffen en aromatische
verbindingen, vaak met zwavelverbindingen. Aardgas bestaat voornamelijk uit
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 1 kg en 1 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 heet 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.
Een van de belangrijkste fracties is de naftafractie. Die bestaat uit een mengsel van
koolwaterstofmoleculen waarvan het aantal C-atomen tussen 5 en 12 ligt. 2 belangrijke
stappen in het bewerkingsproces van nafta zijn thermisch kraken en katalytisch
reformen.
Thermisch kraken:
Bij verhitting van de naftafractie tot ongeveer 850℃ treedt er een ontledingsreactie op.
De C-C-atoombindingen in de moleculen worden verbroken en er ontstaat een mengsel
van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen. Een voorbeeld van een kraakreactie
is: C8H18 → C2H4 + C6H14.
, Katalytisch reformen:
Bij een ander proces wordt de nafta onder hoge temperatuur en druk in aanwezigheid
van een katalysator zodanig bewerkt dat onvertakte alkanen en cycloalkanen worden
omgezet in onder andere vertakte alkanen en aromaten.
Milieuproblemen
Koolstofdioxide:
Het gas CO2 levert een grote bijdrage (70%) aan het 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:
- Opslaan in oude gas- en olievelden.
- Injecteren in de oceaan. Het CO2 borrelt dan omhoog en lost op in het
zeewater. Bij injectie op een diepte van meer dan 3 km wordt het CO2 zo
samengeperst dat de dichtheid groter wordt dan water. Het CO2 wordt vloeibaar
en blijft op de bodem van de oceaan liggen.
- Uitstrooien van het mineraal olivijn (Mg2SiO4), dat met CO2 reageert. De
opslagreactie is: Mg2SiO4 + CO2 → SiO2 + 2 MgCO3. Die reactie verloopt 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.
Stikstofdioxiden:
Een mengsel van de gassen NO en NO2 wordt aangeduid als NOx en omdat deze gassen
giftig zijn, hebben auto's een driewegkatalysator waarin de 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. CO2 uit de lucht fungeert als koolstofbron:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Dit is een exotherme reactie en de zon levert de benodigde energie. De glucose wordt
daarna in de plant weer omgezet in andere koolstofverbindingen. De koolstof uit de
atmosfeer is in deze stoffen opgeslagen, net als de zonne-energie (chemische energie).
Als de v wordt verbrand, komen koolstof en energie weer vrij:
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
