Groenere chemische industrie
1 Een fabrikant van koffie met de zogenaamde ‘cups’ (afgesloten aluminium
bakjes) gevuld met koffie is van plan om wereldwijd 75% van alle verkochte
cups in te zamelen. Een gevulde cup bestaat uit 1,1 gram aluminium en
5 gram koffie. Het aluminium in de ingezamelde cups wordt gerecycled en de
koffiedrab wordt gebruikt als grondstof voor nieuwe producten, of wordt
gecomposteerd. De productiecapaciteit van deze fabrikant bedraagt 9 miljard
cups per jaar.
Neem aan dat het aluminium van de cups alleen hoeft te worden
omgesmolten om te recyclen, dit kost 8,0 MJ·kg-1 aan energie.
a Bereken hoeveel ton aluminium deze fabrikant hoopt op te halen.
b Bereken hoeveel energie nodig is om alle ingezamelde de cups om te
smelten.
Om nieuw aluminium te maken uit aluminiumoxide is 54 MJ·kg-1 nodig.
c Bereken hoeveel energie de koffiemaker per jaar bespaart.
d Leg uit of dit een voorbeeld is van groene chemie. Gebruik eventueel
Binas 97F.
2 Het gebruik van kunststoffen betekent dat er kunststofafval ontstaat dat zich
wereldwijd ophoopt. Zo is er bijvoorbeeld sprake van ‘plasticsoep’ in de
oceanen. Een manier om de hoeveelheid kunststofafval te verminderen, is het
maken van biologisch afbreekbare kunststoffen.
a Leg uit wat wordt bedoeld met de term ‘biologisch afbreekbare
kunststoffen’.
Een biologisch afbreekbare kunststof is polycaprolacton (PCL). Hieronder is
een stukje van de structuur van een polymeermolecuul PCL getekend.
b Teken het monomeer van PCL. PCL ontstaat door middel van een
polycondensatiereactie.
PCL is een kunststof op basis van aardolie. Het heeft een heel laag smeltpunt
(60 °C) en wordt onder andere gebruikt voor 3D-printers.
c Verklaar het lage smeltpunt van PCL op meso-schaal.
d Leg uit of het vervangen van niet-biologisch afbreekbare kunststof door
PCL een voorbeeld is van groene chemie. Gebruik eventueel Binas
97F.
, 3 Om de stof PDO (propaan-1,3-diol, C3H6O2) te maken, zijn er diverse
processen mogelijk. De stof kan geproduceerd worden uit etheen, uit propeen
of uit glycerol als grondstof.
Als propaan-1,3-diol wordt gemaakt uit etheen als kraakproduct van de
naftafractie is een aantal processen mogelijk. Zo kan etheen als eerste stap
reageren tot etheenoxide. Etheen en zuurstof reageren daartoe met behulp
van een zilverkatalysator in een molverhouding van 1:2.
Het rendement van deze reactie is 75%. De rest gaat verloren aan
ongewenste reacties (nevenreacties).
Het etheen verblijft zo kort in de reactor (R1) dat slechts 10% van alle
toegevoerde etheen reageert.
De overige 90% verlaat de reactor zonder te reageren.
a Geef een reactievergelijking van een mogelijke nevenreactie tussen
etheen en zuurstof. Gebruik molecuulformules.
In een volgende processtap (S1) worden het etheen, het etheenoxide en de
nevenproducten van elkaar gescheiden. De nevenproducten worden
afgevoerd en het etheen wordt gerecycled.
Het etheenoxide laat men in een tweede reactor (R2) reageren met
koolstofmono-oxide en waterstof. Hierbij ontstaat een product dat in een derde
reactor (R3) verder reageert.
b Een zilverkatalysator is heel duur om aan te schaffen. Leg uit waarom
deze toch gebruikt wordt.
c Geef de systematische naam van het product van R2.
In een derde reactor (R3) reageert het product van R2 met waterstof tot
propaan-1,3-diol.
d Geef de som van alle deelreacties in één reactievergelijking weer.
Gebruik molecuulformules.
e Bereken de atoomeconomie voor de totaalreactie.
1 Een fabrikant van koffie met de zogenaamde ‘cups’ (afgesloten aluminium
bakjes) gevuld met koffie is van plan om wereldwijd 75% van alle verkochte
cups in te zamelen. Een gevulde cup bestaat uit 1,1 gram aluminium en
5 gram koffie. Het aluminium in de ingezamelde cups wordt gerecycled en de
koffiedrab wordt gebruikt als grondstof voor nieuwe producten, of wordt
gecomposteerd. De productiecapaciteit van deze fabrikant bedraagt 9 miljard
cups per jaar.
Neem aan dat het aluminium van de cups alleen hoeft te worden
omgesmolten om te recyclen, dit kost 8,0 MJ·kg-1 aan energie.
a Bereken hoeveel ton aluminium deze fabrikant hoopt op te halen.
b Bereken hoeveel energie nodig is om alle ingezamelde de cups om te
smelten.
Om nieuw aluminium te maken uit aluminiumoxide is 54 MJ·kg-1 nodig.
c Bereken hoeveel energie de koffiemaker per jaar bespaart.
d Leg uit of dit een voorbeeld is van groene chemie. Gebruik eventueel
Binas 97F.
2 Het gebruik van kunststoffen betekent dat er kunststofafval ontstaat dat zich
wereldwijd ophoopt. Zo is er bijvoorbeeld sprake van ‘plasticsoep’ in de
oceanen. Een manier om de hoeveelheid kunststofafval te verminderen, is het
maken van biologisch afbreekbare kunststoffen.
a Leg uit wat wordt bedoeld met de term ‘biologisch afbreekbare
kunststoffen’.
Een biologisch afbreekbare kunststof is polycaprolacton (PCL). Hieronder is
een stukje van de structuur van een polymeermolecuul PCL getekend.
b Teken het monomeer van PCL. PCL ontstaat door middel van een
polycondensatiereactie.
PCL is een kunststof op basis van aardolie. Het heeft een heel laag smeltpunt
(60 °C) en wordt onder andere gebruikt voor 3D-printers.
c Verklaar het lage smeltpunt van PCL op meso-schaal.
d Leg uit of het vervangen van niet-biologisch afbreekbare kunststof door
PCL een voorbeeld is van groene chemie. Gebruik eventueel Binas
97F.
, 3 Om de stof PDO (propaan-1,3-diol, C3H6O2) te maken, zijn er diverse
processen mogelijk. De stof kan geproduceerd worden uit etheen, uit propeen
of uit glycerol als grondstof.
Als propaan-1,3-diol wordt gemaakt uit etheen als kraakproduct van de
naftafractie is een aantal processen mogelijk. Zo kan etheen als eerste stap
reageren tot etheenoxide. Etheen en zuurstof reageren daartoe met behulp
van een zilverkatalysator in een molverhouding van 1:2.
Het rendement van deze reactie is 75%. De rest gaat verloren aan
ongewenste reacties (nevenreacties).
Het etheen verblijft zo kort in de reactor (R1) dat slechts 10% van alle
toegevoerde etheen reageert.
De overige 90% verlaat de reactor zonder te reageren.
a Geef een reactievergelijking van een mogelijke nevenreactie tussen
etheen en zuurstof. Gebruik molecuulformules.
In een volgende processtap (S1) worden het etheen, het etheenoxide en de
nevenproducten van elkaar gescheiden. De nevenproducten worden
afgevoerd en het etheen wordt gerecycled.
Het etheenoxide laat men in een tweede reactor (R2) reageren met
koolstofmono-oxide en waterstof. Hierbij ontstaat een product dat in een derde
reactor (R3) verder reageert.
b Een zilverkatalysator is heel duur om aan te schaffen. Leg uit waarom
deze toch gebruikt wordt.
c Geef de systematische naam van het product van R2.
In een derde reactor (R3) reageert het product van R2 met waterstof tot
propaan-1,3-diol.
d Geef de som van alle deelreacties in één reactievergelijking weer.
Gebruik molecuulformules.
e Bereken de atoomeconomie voor de totaalreactie.
