Scheikunde

2. Vervuiling en biobrandstoffen

Gegeven door:
Henk de Beuker
Beschrijving Begrippen

In de vorige uitlegvideo voor scheikunde hebben we het gehad over het gebruik van fossiele brandstoffen als energiebron. In dit filmpje zullen we het hebben over de vervuiling door fossiele brandstoffen. De video is onderverdeeld in verschillende onderwerpen, bijvoorbeeld: vervuiling door fossiele brandstoffen, biobrandstoffen, fotosynthese en nog veel meer. Gebruik deze uitleg om je goed voor te bereiden op het scheikunde examen en/of andere toetsen!

Biobrandstoffen

Koolstof houdende materialen uit biomassa, zoals bio-ethanol, als duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen

Biodiesel

Type brandstof dat wordt geproduceerd uit dierlijk vet of plantaardige olie

Bio-ethanol

Type brandstof dat wordt geproduceerd uit verschillende plantaardige grondstoffen

Biogas

Gas dat ontstaat door de vergisting van organisch materiaal en als brandstof kan worden gebruikt

Broeikaseffect

Het verschijnsel dat de atmosfeer (vooral door de aanwezigheid van koolstofdioxide, methaan en waterdamp) een deel van de warmtestraling van de aarde tegenhoudt

C/H verhouding

De C/H verhouding is de verhouding van het aantal C en H atomen in de moleculen van de brandstof. Het heeft invloed op uitstoot van CO2

Ecosysteem

Begrensd gebied met bepaalde eigenschappen waarbinnen de abiotische en biotische factoren een eenheid vormen

Fossiele brandstoffen

Energierijke stoffen (steenkool, aardgas en aardolie) die in de loop van vele honderden miljoenen jaren in de grond zijn ontstaan

Fotosynthese

Het proces waarbij water en koolstofdioxide door het zonlicht worden omgezet in zuurstof en glucose

Glucose

Een belangrijk monosachararide met 6 C-atomen dat wordt gevormd bij de fotosynthese en afgebroken bij de dissimilatie

Omestering

Een bewerking waarbij een alkylgroep van een ester voor een alcoholgroep vervangen wordt. Een andere benaming is transesterificatie

E1: Industriële processen

E2: Energieomzettingen

Samenvatting voor scheikunde: Vervuiling en biobrandstoffen


Vervuiling door fossiele brandstoffen

In een vorige video hebben we het gebruik van fossiele brandstoffen als energiebron uitgebreid besproken. Er zit echter ook een negatieve kant aan dit gebruik. De verbranding van fossiele brandstoffen zorgt namelijk voor vervuiling van het milieu. Zo zorgen deze bekende fossiele brandstoffen bij verbranding voor het vrijkomen van extra CO2. Dit CO2 zat in de vorm van koolstof opgeslagen in de opbouw van de fossiele brandstof. Het extra CO2 is nadelig voor de ozonlaag van de atmosfeer op aarde en draagt bij aan het broeikaseffect, oftewel de opwarming van de aarde.


Daarnaast zijn fossiele brandstoffen ook vaak vervuild met zwavel, naast het koolstof en waterstof. Daardoor ontstaat er met de zwavel bij de verbranding van fossiele brandstoffen SO2, oftewel zwaveldioxide. Bij het verbranden van de fossiele brandstoffen stijgt de temperatuur tot een heel hoog punt. Vaak stijgt deze zelfs zo hoog dat er ook nog eens een reactie tussen stikstof en zuurstof plaatsvindt. Daarbij ontstaat er NO (stikstofoxide) en NO2 (stikstofdioxide). Ook stikstofoxide en stikstofdioxide zijn vervuilende stoffen.


Milieuverontreiniging door zure regen

Al deze gassen zorgen dus voor enorme milieuverontreiniging van de atmosfeer. De effecten van de gassen zijn zeer merkbaar. CO2 zorgt bijvoorbeeld voor een versterkt broeikaseffect, en daarmee voor versnelde opwarming van de aarde. Zwaveldioxide zorgt in de atmosfeer ook voor nadelige effecten. Zwaveldioxide wordt in de atmosfeer namelijk omgezet in een sterk zuur: H2SO4. Deze stof zorgt voor zure regen. Het zuur in deze regel heeft veel invloed op de planten op de aarde doordat de beschermlaag van planten wordt aangetast. Ook in de bodem wordt het evenwicht van voedingsstoffen aangetast door zure regen. 


Biobrandstoffen

Als alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen zijn er dan ook vervangende brandstoffen met dezelfde functie als benzine en diesel, namelijk iets dat we biobrandstof noemen. Biobrandstof bestaat uit biomassa. Biomassa is het totaal van organisch materiaal wat verzameld kan worden in een bepaald gebied. Het organische materiaal kan onder andere bestaan uit planten, of dierlijk materiaal, zoals resten. De biomassa kan dus worden omgezet in biobrandstof, waaronder biodiesel, maar ook biogas of bio-ethanol.


Biodiesel bestaat specifiek uit plantaardige olie of dierlijk vet en wordt gebruikt voor voertuigen. Biodiesel ontstaat door omestering van vetmoleculen. Bij omestering worden esterverbindingen in het vetmolecuul verbroken door het toevoegen van een base. Door de base toe te voegen aan de vetmoleculen ontstaan dan glycerol en vrije vetzuren. Deze stoffen worden dan weer afzonderlijk veresterd met de alcoholgroep.


Dus, de esterverbindingen worden verbroken in de vetmoleculen, waardoor glycerol en vrije vetzuren ontstaan, en vervolgens worden deze stoffen weer veresterd met de alcoholgroep. Omestering is dus het vervangen van een alkylgroep van een ester voor een alcoholgroep. 


Biomassa zelf, dus zonder het eerst om te zetten in biobrandstof, kan ook worden gebruikt om energie op te wekken. Je kunt biomassa namelijk direct omzetten in energie door vergisting. Vergisting houdt in dat de glucose in de biomassa door gistcellen wordt afgebroken. Hierbij wordt de glucose omgezet in alcohol en koolstofdioxide en komt er dus energie vrij. 


Fotosynthese

Het gebruik van biobrandstof is dus duurzamer dan fossiele brandstoffen, omdat de CO2 afkomstig is van plantaardige producten. Planten die dus in eerste instantie zelf CO2 opnemen uit de lucht. Deze opname van koolstofdioxide door planten gebeurt door fotosynthese. Fotosynthese beschrijven we met de reactievergelijking CO2 (koolstofdioxide), plus H2O (water), wordt met zonne-energie C6H12O6. Oftewel glucose plus O2 (zuurstof).


Dit is dus een proces waarin energie in de vorm van licht van zonnestralen door plant en boom wordt gebruikt om koolstofdioxide en water om te zetten in zuurstof en glucose. Glucose wordt vervolgens door de planten weer omgezet in andere stoffen. Hierbij wordt de lichtenergie van de zon dus omgezet in chemische energie. Dus, CO2 en water met lichtenergie wordt in de planten omgezet in glucose en zuurstof. Glucose wordt in de planten omgezet in andere stoffen. 


C/H-verhouding

Tot slot kijken we nog even naar hoe die duurzaamheid van brandstoffen nou gemeten wordt. De meting van duurzaamheid van brandstoffen gebruikt de C/H-verhouding, oftewel de koolstof-waterstof verhouding. Als deze verhouding hoog is, is er veel koolstof ten opzichte van waterstof. Als de verhouding laag is, dan is er dus weinig koolstof ten opzichte van waterstof. De kans dat er CO2 ontstaat bij de verbranding is bij een hoge verhouding, dus veel koolstof, erg groot. Een lagere C/H-verhouding is dus beter, want dan ontstaat er minder CO2.


Methaan is een voorbeeld van een stof die een lage C/H-verhouding heeft. In methaan zit zoals je weet ook koolstof. Deze koolstof wordt alleen beter beschermd, door de omringende waterstofatomen. Daardoor kan de koolstof minder goed reageren met andere schadelijke stoffen tijdens verbranding. Zo ontstaan er bij verbranding van methaan minder schadelijke gassen.