11.3 Groene productieprocessen

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 5

Doelen: je kunt ... 

•  uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  
• rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  
• het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  
• rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)    

processen die gebaseerd zijn op de 12 principes van de groene chemie zijn duurzamer:

Binas 97F

tabel 6 op pagina 216

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het gebruiken van het afval van suikerriet
om een kunststof te maken.

1. principe 1
2. principe 5
3. principe 3
4. principe 7

Het gebruiken van het afval van suikerriet

om een kunststof te maken.

Principe 7: Het suikerriet groeit het volgende jaar weer aan.

Past bij: Het uitgangsmateriaal moet, indien technisch en economisch mogelijk, hernieuwbaar zijn.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu.

1. principe 8
2. principe 10
3. principe 6
4. principe 4

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu

Principe 10. Ontwerpen met het oog op afbraak

Chemische producten dienen zo ontworpen te worden dat ze aan het eind van hun gebruiksperiode niet in het milieu achterblijven, maar afgebroken kunnen worden tot ongevaarlijke reststoffen of tot uitgangsmaterialen.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B, die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.

1. principe 8
2. principe 6
3. principe 4
4. principe 2

Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B, die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.

Principe 6.  Energie-efficiënt ontwerpen

6: De energiebehoefte van het proces moet in het geheel meegenomen en beoordeeld worden op zijn economische impact, maar vooral op zijn impact op het milieu. In ieder geval dient deze impact zo laag mogelijk te zijn.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

principes groene chemie toepassen

Aanpassingen aan processen of beschrijvingen van processen moet je kunnen koppelen aan de 12 principes (binas!). 

Het komt altijd hierop neer, groene chemie is:

• veiliger
  
• gebruiken minder grondstoffen en energie
  
• gebruiken zoveel mogelijk duurzame energie en grondstoffen 
• geven minder vervuiling
   
  

Binas 97F

Duurzaamheid

Duurzame ontwikkelingen zijn belangrijk voor toekomstige generaties!

Ze moeten minder energie en grondstoffen consumeren en zuiverdere en minder gevaarlijke stoffen opleveren. 

En daar kunnen we ook aan rekenen!

Duurzaamheid

Duurzame ontwikkelingen zijn belangrijk voor toekomstige generaties!

Cijfermatig beeld van "groene chemie" via: 

1. Atoomeconomie

2. Rendement

3. E-factor

1. Zoveel mogelijk atomen uit beginstoffen komen terug in gewenste product

2. in de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald, omdat er bijproducten ontstaan en/of bij zuivering stof verloren gaat.

3. een hogere environmental factor geeft minder kg afval per kg gewenst product

• ... ZnO + ... CH₄ -> ...Zn + ... CO₂ + ...H₂O
• 325.52      16,042     261,52   44,01    36,022
• 
  
• Atoom Economie Zn = 
• 
  
• ... ZnO + ... CO -->  ...Zn + ... CO2 
• 81,38       28,010      65,38   44,010
• 
  
• Atoom Economie Zn =  

Atoomeconomie

Een optimale atoomeconomie houdt in dat het eindproduct zoveel mogelijk atomen van de in het proces gebruikte grondstoffen bevat. 

-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

                                                                                                                                  

Atoomeconomie=​Mmassabeginstoffen​​Mmassagewenstproduct​​⋅100

%

Rendement

In de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald, omdat er bijproducten ontstaan en/of bij zuivering een deel van de stof verloren gaat. 

-> praktische opbrengst is altijd gegeven in de vraag 

-> theoretische opbrengst berekenen met verhouding van molecuulmassa's

Rendement=​massatheoretischeopbrengst​​massawerkelijkeopbrengst​​⋅100

%

4 ZnO + 1 CH₄ -> 4 Zn + 1 CO₂ + 2 H₂O

651 g           wordt ... g Zink

• 651 g ZnO = 651/81,4 = 8,00 Mol ZnO
• Er ontstaat 8,00 x 1 = 8,00 mol Zn
• 8,00 Mol Zn = 8,00 x 65,4 = 523 g Zn
• Stel: er ontstaat 366 gram Zink

Wat is dan het Rendement?

E-factor

E-factor, Environmental factor, is het aantal kg afval per kg product. 

-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

     maar: bij massa gewenst product wel rekening houden met rendement!

Efactor=​Mgewenstproduct​​Mbeginstoffen−Mgewenstproduct​​⋅100

%

4 ZnO + 1 CH4 -> 4 Zn + 1 CO2 + 2 H2O

325.52     16,042    261,52    44,01      36,022

Stel: Het rendement is 70%

• 70% gewenste product = 0,7 * 261,52

Afval = beginstoffen - gewenste product

•  (325.52 + 16,042)  - 183,06 = 158,50

E-factor = Afval / gewenste product

• 158,50 / 183,06 = 0,8658 

Recapituleren

Wat druk je NIET uit in %?

1. atoomeconomie
2. E-factor
3. rendement
4. alles is in %

Welke reactie heeft een atoomeconomie van 100 %

1. verbranden aluminium
2. verbranden methaan
3. methanol + ethaanzuur wordt ester + water
4. hydrolyse van de olie van glycerol en oliezuur

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzerchloride in de volgende reactie (max. 30 seconden tijd om te antwoorden):

2Fe+3Cl​2​​→2FeCl​3​​

1. groter dan 100%
2. gelijk aan 100%
3. kleiner dan 100%

Bereken de atoomeconomie voor de vorming van calciumoxide uit calciumcarbonaat. De bijbehorende reactievergelijking is: CaCO₃ --> CaO   +  CO₂

Bereken de atoomeconomie van de reactie waarbij 2-broombenzeen-1-ol
(= molecuul met ringstructuur rechts)
het gewenste reactieproduct is.

Bij de additie van water aan 1,0 kg propeen
ontstaat 0,80 kg propaan-1-ol.
Bereken het rendement van deze reactie.

Bereken het rendement van dit proces als er 12,7 ton ijzer ontstaat uit 20,4 ton ijzeroxide.

Bereken de E-factor van de volgende reactie,
waarbij natrium het gewenste product is
en er slecht 80% rendement is:
2 NaCl --> 2 Na + Cl2

Bij groene chemie betekent duurzaam:

“Duurzame ontwikkeling is de ontwikkeling die aansluit op de behoeften van het heden zonder het vermogen van de toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen”      (Verenigde Naties)

Een manier van produceren die hieraan voldoet is "Cradle to Cradle". 

Doelen: kun je ... 

• ... uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  
• ... rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  
• ... het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  
• ... rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)   
  
• ... uitleggen wat cradle to cradle betekent en herkennen  
  

Als je nog niet alles beheerst:
welk onderdeel / onderdelen wil je nog extra uitleg over?

Rendement berekenen

rendement =  werkelijke opbrengst          x 100%

     theoretische opbrengst

dus: wat je echt hebt gekregen gedeeld door wat je maximaal had kunnen krijgen als wel alles was omgezet

Rendement berekenen

Om te berekenen hoeveel % van de beginstof daadwerkelijk is omgezet in gewenst reactieproduct, gebruik je de volgende formule:

rendement =  werkelijke opbrengst          x 100%

     theoretische opbrengst

(dus: wat je echt hebt gekregen gedeeld door wat je maximaal had kunnen krijgen als wel alles was omgezet)

Stappenplan - rendement berekenen

1. Geef de reactievergelijking
2. Bereken met de gegeven hoeveelheid beginstof hoeveel reactieproduct hiermee maximaal (= theoretisch)
   kan ontstaan (dit is rekenen met r.v.         )
3. Kijk in de opgave hoeveel reactieproduct er
    werkelijk is ontstaan (dit is gegeven) 
4. Bereken het rendement 

Bij de additie van water aan
1,0 kg propeen ontstaat 0,80 kg
propaan-1-ol. Bereken het rendement

Atoomeconomie

Bij een chemische reactie hergroeperen de atomen tot moleculen van nieuwe stoffen. Voor een duurzaam proces is het de bedoeling dat zoveel mogelijk atomen van de beginstoffen gebruikt worden voor het gewenste reactieproduct. Je wilt zo min mogelijk atomen "verliezen" aan restproducten (afval).

Voorbeeld

glucose    -->    melkzuur

C6H12O6  --> 2 C3H6O3

Bij deze reactie worden alle atomen van de beginstof gebruikt voor het reactieproduct. De atoomeconomie is 100%. 

Atoomeconomie berekenen

Deze formule om de atoomeconomie te berekenen vind je in 

Binas 37H en op blz 157 in je boek

pak nu je telefoon of laptop en doe mee...

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzerchloride in de volgende reactie

2Fe+3Cl​2​​→2FeCl​3​​

1. groter dan 100%
2. gelijk aan 100%
3. kleiner dan 100%

Wat is juist over de atoomeconomie van alcohol in de volgende reactie

C​6​​H​12​​O​6​​→2C​2​​H​6​​O+2CO​2​​

C​2​​H​6​​O

Alcohol = 

1. groter dan 100%
2. gelijk aan 100%
3. kleiner dan 100%

Aan de slag

Maak opdrachten uit je boek:

start met 20, dan 18 

en daarna de rest

Op de volgende dia's staat als opfrisser nog wat extra info over maken van blokschema's

herhalen blokschema's:

van grondstof tot product