Groene verffabriek - leerlingen

Wat wordt de naam van jouw fabriek?

Bindmiddel - Algemene informatie

Verf bestaat uit verschillende ingrediënten. Een belangrijk ingrediënt om verf bij elkaar te houden en te laten plakken is bindmiddel. Beide eigenschapen worden duidelijk als je kijkt naar de moleculaire opbouw van bindmiddelen.

Een bindmiddel bestaat vaak uit organische polymeren. Polymeren zijn lange molecuulketens (zie figuur 1.1). Deze lange molecuulketens kunnen andere deeltjes omringen en ‘vasthouden’. Verf behoudt bijvoorbeeld zijn kleur doordat de pigmentdeeltjes ‘vastgehouden’ worden door deze polymeren.

^{Figuur 1.1 Een weergave van een polymeer. Bron: Love Employee/Shutterstock.com}

De organische polymeren worden meestal verkregen door condensatiereacties, waarbij alcoholen en zuren met elkaar reageren tot lange ketens. Afhankelijk van het zuur en alcohol zijn er verschillende bindmiddelen te maken. Het volgende reactieschema geeft aan hoe de meeste polymeren worden gemaakt:

Alcohol(aq) + zuur(aq) → polymeer(aq) + water (l)

Chemische eigenschappen
De stoffen die voor bindmiddelen worden gebruikt, hebben specifieke chemische eigenschappen, zodat ze geschikt zijn als bindmiddel. Een voorbeeld van zo’n chemische eigenschap is het polymerisatievermogen. Het bindmiddel bestaat uit polymeren. Tijdens het opdrogen van verf moeten deze polymeren een netwerk vormen, waardoor er een mooie stevige laag ontstaat. Ook moet de reactiviteit van de polymeren hoog zijn met stoffen zoals water en zuurstof. Zuurstof in de lucht kan helpen met het vormen van het netwerk. Dit wordt oxidatieve uitharding genoemd.

Bindmiddelen hebben ook goede hechtingseigenschappen. De hechting is daarbij ook afhankelijk van de ondergrond. Meestal hebben bindmiddelen polaire groepen zoals hydroxylgroepen (-OH) of carbonylgroepen (-C=O). Tenslotte moeten de bindmiddelen ook een chemische stabiliteit hebben, zodat ze bestand zijn tegen UV-straling en langer meegaan.

Micro-meso-macro-niveau
De eigenschappen van bindmiddel die wij op macroniveau kunnen waarnemen, kun je verklaren door te kijken naar de individuele moleculen (op microniveau) en de structuur die de polymeren vormen (op mesoniveau) (zie afbeelding 1.2).

_{Figuur 1.2 Schematische weergave van het macro-, meso- en microniveau.}

Bijvoorbeeld: op microniveau omringen de moleculen van het bindmiddel de pigmentdeeltjes. Bij het drogen van de verf verdampt het oplosmiddel. Daardoor komen de polymeren van het bindmiddel dichter bij elkaar en vormen ze een stevig netwerk door covalente bindingen en VanderWaalskrachten.Hierdoor wordt op mesoniveau een structuur gevormd: een stevig en flexibel netwerk van polymeren. Dit netwerk omringt de pigmentdeeltjes niet alleen, maar houdt ze ook op hun plaats. Daardoor zijn de pigmentdeeltjes goed verdeeld binnen dit netwerk. Op macroniveau is dit te zien: de kleur is mooi verdeeld.

Jouw opdracht

Er zijn verschillende bindmiddelen op de markt. Ze zijn gemaakt van aardolie, planten of afvalproducten uit de voedingsindustrie. Ook het recyclen van bindmiddel is een optie. Welke ga jij gebruiken in jouw groene verffabriek? Jouw keuze heeft effect op de duurzaamheid van de verfproductie, de kwaliteit van de verf en de kosten van de verf. Bij sommige bindmiddelen heeft de keuze ook effect op de tijd die jouw fabriek nodig heeft om de keuze te implementeren.

Bindmiddel uit aardolie of uit planten? Of bindmiddelen toch maar recyclen? Wat zijn de voor- en nadelen? Lees de informatie hierover en maak vervolgens jouw keuze.

Bindmiddel uit aardolie - Inleiding

Veel bindmiddelen worden gemaakt uit aardolie. Al lange tijd worden bindmiddelen gemaakt uit aardolie gebruikt in de verfindustrie. Door goede scheikundige kennis kunnen de bindmiddelen zo gemaakt worden, dat het toepasbaar is voor verschillende soorten verf. De keuze voor bindmiddelen uit aardolie geeft diverse opties om verschillende bindmiddelen te maken.

Voorbeelden van bindmiddelen uit aardolie

Alkydhars en vinylhars zijn twee bekende en vaak gebruikte bindmiddelen. Beide bindmiddelen worden gemaakt van stoffen die afkomstig uit aardolie en ze zijn allebei kwalitatief goed.

Alkydhars
Alkydhars is een betrouwbaar bindmiddel. Het heeft verschillende eigenschappen, zoals een goede hechting en een stevige afwerking. Dit bindmiddel kan niet goed oplossen in water. Daarom wordt terpetine gebruikt als oplosmiddel. Bij het gebruik van alkydhars is er ook een droogmiddel nodig. He droogmiddel versterkt de oxidatieve uitharding en helpt met het vormen van netwerken met crosslinks tussen de lange polymeren. De verf wordt erg hard en krijgt een stevige afwerking.

^{Figuur 1.3 Monomeer van VinylChloride. Bron: StudioMolekuul/shutterstock.com}

Vinylhars

Vinylhars is een synthetisch polymeer dat veel gebruikt wordt in verf en coatings. De hars heeft een goede hechting, een hoge chemische resistentie en een hoge flexibiliteit. Meestal is het een polymeer van etheenchloride (zie figuur 1.3). Dit polymeer noemen we Poly-Vinylchloride (PVC). Vinylhars wordt veel gebruikt in de verfwereld en is een van de goedkoopste polymeren. Het bindmiddel lost goed op in water en wordt daarom vaak gebruikt voor op water gebaseerde verfsoorten.

Grondstoffen
Zowel vinylhars als alkydhars worden gemaakt vanuit aardolie. Eerst worden monomeren, zoals etheen, propeen en andere eenvoudige koolwaterstoffen, gewonnen uit aardolie. Deze stoffen worden nog verder verwerkt om de gewenste monomeren te krijgen waaruit vinylhars gemaakt kan worden. Ethyl wordt bijvoorbeeld in een reactievat gebracht met chloor. Dit reageert tot etheenchloride. Deze etheenchloride wordt met behulp van twee stappen uiteindelijk verder verwerkt tot PVC door een polymerisatiereactie.

Voor alkydhars zijn vetzuren nodig die ook worden gewonnen uit aardolie. Om de vetzuren te krijgen, zijn er verschillende reacties nodig met andere stoffen zoals zuurstof en verschillende alcoholen. Wanneer de vetzuren geïsoleerd zijn, worden deze gebruikt om alkydhars te maken.

Grootschalig gebruik van bindmiddelen gebaseerd op aardolie

Veel bindmiddelen die momenteel grootschalig worden gebruikt in de verfindustrie zijn bindmiddelen die gemaakt worden uit aardolie. Maar waar komt die aardolie vandaan?

Aardolie is een fossiele brandstof die miljoenen jaren geleden is gevormd uit organische resten van dieren en planten. Deze resten raakten op de zeebodem bedekt met zand en klei. Daar ondervonden ze voor lange tijd een hoge druk en temperatuur. Vervolgens ontstond aardolie. Aardolie bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen en is in onze maatschappij niet weg te denken (zie figuur 1.4).

Veel bindmiddelen die momenteel grootschalig worden gebruikt in de verfindustrie zijn bindmiddelen die gemaakt worden uit aardolie. Maar waar komt de aardolie vandaan?

^{Figuur 1.4 Versimpelde weergave van het ontstaan van aardolie. Bron: ivector/Shutterstock.com}

De aardolie wordt opgepompt en gedestilleerd in verschillende fracties (zie figuur 1.5). Eén deel hiervan wordt onder andere gebruikt in de bindmiddel-industrie. Het gebruik van aardolie is een van de goedkopere opties; zolang de raffinaderij blijft draaien, worden de grondstoffen gemaakt. De constante verwerking van aardolie zorgt ook voor een continue aanvoer van grondstoffen voor de productie van bindmiddel.

^{Figuur 1.5 Gefractioneerd destilleren van aardolie. Bron White_Space_Illustrations/Shutterstock.com}

Omdat deze bindmiddelen al langer op de markt zijn, is er veel kennis over de effecten ervan. Dan moet je denken aan de reactiviteit met pigmenten en vulstoffen, de houdbaarheid van het bindmiddel en het effect op het drogen van de verf. Deze beschikbare kennis zorgt ervoor dat een verffabrikant veel soorten verf kan maken van goede kwaliteit.

Meer informatie

Wil je meer weten over bindmiddelen gemaakt uit aardolie? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Bindmiddelen gemaakt van planten - Inleiding

In plaats van aardolie als grondstof kunnen bindmiddelen ook gemaakt worden uit plantaardig materiaal, zoals tuinafval of afval van de voedselindustrie. Met behulp van veel energie en verschillende reacties worden de biobased bindmiddelen gemaakt.
Hoe gaat dit proces in zijn werk? Welke grondstof wordt er precies gebruikt? En wat zijn de eigenschappen van dit biobased bindmiddel?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

Plantaardige grondstoffen om bindmiddelen te maken

^{Figuur 1.6 Cellulose is een onderdeel van planten en is te vinden in de plantaardige cellen. Bron: VectorMine/Shutterstock.com}

Veel bindmiddelen die gebaseerd zijn op plantaardig materiaal worden gemaakt van de stof cellulose (zie figuur 1.6). Deze stof is te vinden in hernieuwbare bronnen zoals planten en wordt door de planten zelf gemaakt door het fotosynthetisch proces. Cellulose is een polymeer vvan de stof glucose. De stof wordt gebruikt in verschillende industrieën, ook in de verfindustrie.

Cellulose bindmiddel
Cellulose is een polymeer van het monomeer glucose. In cellulose zijn glucosemonomeren aan elkaar verbonden tot een lange keten (zie figuur 1.7). Cellulose kan dan een polymeernetwerk vormen. Dit netwerk is in staat om andere deeltjes effectief te omsluiten en vast te houden. Hierdoor werkt cellulose uitstekend als bindmiddel: het omsluit en houdt de pigmentdeeltjes stevig vast. Hierdoor krijg je een gelijkmatige verdeling van de pigmenten en blijft de verf goed gebonden.

^{Figuur 1.7 Cellulose bestaat uit monomeren, de moleculen tussen de blokhaken worden telkens herhaald. Bron: petrroudny43/Shutterstock.com}

Cellulose is hydrofiel en kan waterstofbruggen vormen met water, waardoor het oplosbaar is in water. Wanneer water verdampt, verlaten de watermoleculen het polymeernetwerk, waardoor de verf droogt. Bovendien heeft cellulose een hoge chemische aanpasbaarheid en kan het reageren met andere stoffen om eigenschappen van het bindmiddel, zoals hardheid, droogtijd en glans, te verbeteren. Deze reacties kosten echter ook veel energie.

Winning cellulose
Cellulose wordt vooral gewonnen uit hout met het Kraftproces. Tijdens dit proces worden grote stukken hout verpulverd tot een houterig moes. Hierdoor worden de plantaardige cellen kapot gemaakt en komt de cellulose vrij. Door de moes te behandelen met water, natriumhydroxide en natriumsulfide wordt een aantal verbindingen in de keten van de cellulose verbroken. De cellulose bestaat nu uit kortere polymeren en is hierdoor beter te verwerken. Het Kraftproces vereist veel mechanische energie en wordt uitgevoerd bij hoge temperaturen.

Plantaardig bindmiddel op macro-, meso- en microniveau

De meeste bindmiddelen op basis van cellulose bestaan uit lange ketens. De lengte en chemische structuur op microniveau heeft effect op de netwerken die worden gevormd op mesoniveau. Deze netwerken hebben vervolgens waarneembare effecten op het macroniveau.

Omringen pigmenten
De lange ketens cellulose kunnen de verschillende pigmentdeeltjes omringen. De OH-groepen in de cellulose trekken elkaar aan door intermoleculaire krachten, daardoor kunnen de lange ketens cellulose ‘omvouwen’ en om andere deeltjes heen gaan zitten. Dit is te vergelijken met een bord spaghetti met gehaktballen, waarbij de spaghetti om de gehaktballen heen gaat zitten. Hierdoor worden ze stevig vastgehouden en blijven ze op hun plaats. Op mesoniveau kun je dit zien als een rooster van lange ketens, waarbinnen grotere deeltjes zitten. Deze deeltjes kunnen niet ‘ontsnappen’ uit het rooster. Dit zie je op macroniveau terug aan verf die een gelijke kleurverdeling heeft.

Oplosmiddelen
Cellulose is een goed bindmiddel wanneer water als oplosmiddel gebruikt wordt. Watermoleculen kunnen zich goed binnen het cellulosenetwerk vestigen. Dit komt doordat cellulose een hydrofiele stof is. De watermoleculen worden aangetrokken door de OH-groepen van de cellulose. Hierdoor worden de lange ketens een beetje uit elkaar geduwd en komt er meer ruimte tussen de ketens in. Deze ruimte is opgevuld met watermoleculen, maar kan ook opgevuld worden met pigmentdeeltjes of ander vulstoffen. Op microniveau worden deze deeltjes goed omhuld, maar er is wel meer ruimte gekomen door de watermoleculen. Op macroniveau merk je doordat de viscositeit (smeerbaarheid) van de verf groter wordt. Hierdoor is het gemakkelijker te roeren en aan te brengen op de ondergrond.

Drogen

^{Figuur 1.8 De lange slierten van polymeren vouwen om en maken een netwerk; soms zullen de ketens aan elkaar verbinden. Hierbij ontstaat er crosslinks. Bron: petrroudny43/Shutterstock.com}

Wanneer de verf is aangebracht, begint het droogproces. Bij het droogproces verdampt het water. De watermoleculen raken los en verdampen uit het polymeer netwerk. Deze watermoleculen verlaten de verflaag en komen als gas in de omringende lucht. In de verflaag vallen er gaten in het bindmiddel. Daar waar eerst watermoleculen waren, zit nu niets. Hier reageert de cellulose op: de ketens worden naar elkaar toe getrokken door vanderwaalskrachten en de OH-groepen vormen onderling waterstofbruggen. Aan de buitenkanten blijven de polymeren redelijk lineair en tussenin worden de crosslinks gemaakt (zie figuur 1.8). Na het drogen ontstaat er een stevige harde verflaag die een mooie glans heeft.

Meer informatie

Wil je meer weten over bindmiddelen gemaakt uit planten? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Bindmiddelen van planten en zonlicht - Inleiding

Er wordt veel onderzoek gedaan naar goedkopere en duurzamere bindmiddelen. Een relatief nieuw en veelbelovend bindmiddel wordt gemaakt van plantaardig materiaal, waarbij de energie voor de reacties wordt gehaald uit zonlicht. Dit bindmiddel verschilt van de plantaardige bindmiddelen die al op de markt zijn. Door het speciale productieproces is er veel minder energie nodig.
Hoe wordt dit nieuwe bindmiddel gemaakt? En wat is het verschil met het bindmiddel dat al op de markt is?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

Biomassa als bindmiddel, zonlicht als energie: Het innovatieve bindmiddel

Biomassa of plantaardige materialen gebruiken als grondstof voor bindmiddel is niet nieuw. Wel wordt er veel onderzoek gedaan naar een nieuwe variant. Deze variant maakt van planten bindmiddel door reacties te gebruiken die werken met zuurstof en zonlicht. Dit innovatieve bindmiddel kan plantaardig bindmiddel maken waar de benodigde energie wordt gehaald uit duurzame bronnen.

^{Figuur 1.9 Onderzoek naar een nieuw bindmiddel die met behulp van zonlicht gemaakt kan worden. Bron: ivector/Shutterstock.com}

Dit nieuwe bindmiddel wordt onderzocht door verschillende experts en universiteiten. Ze bekijken de productie van het bindmiddel en de invloed van het productieproces op het bindmiddel en omgeving. Ook bekijken ze hoe het bindmiddel de kwaliteit van de verf op lange termijn beïnvloed. Het onderzoek is al een aantal jaren bezig, en volgens de onderzoekers ligt er een patent in het vooruitzicht. Wel gaven de onderzoekers aan dat een echt functioneel en duurzaam bindmiddel van goede kwaliteit, dat op grote schaal te gebruiken is, nog een tijd op zich laat wachten. Op zijn vroegst is dat in 2040.

Toch is dit bindmiddel het wachten waard. Als het gaat over duurzaamheid, is dit bindmiddel erg vernieuwend. De grondstoffen zijn van hernieuwbare bronnen een het productieproces kost minder energie. Daarnaast is de hoeveelheid afvalproductie ook minimaal en komen er bijna geen broeikasgassen vrij bij de verwerking van plant tot bindmiddel.

Productieproces van het innoverende bindmiddel

Hoe wordt nu dit duurzame bindmiddel gemaakt? Welke reacties vinden er plaats en hoe ziet de stof er op moleculair niveau uit?

Uit planten wordt de lignocellulose gebruikt als de grondstof voor het bindmiddel. Een groot deel van de plant bestaat uit deze stof. Het is een combinatie uit twee soorten koolhydraatpolymeren: cellulose en hemicellulose. De hemicellulose is nodig voor het maken van het bindmiddel. Hemicellulose bestaat uit verschillende monomeren. Het suiker xylose is het monomeer dat voor dit nieuwe bindmiddel gebruikt wordt.

^{Figuur 1.10 Molecuulstructuur van Xylose. Bron: Odrinna/Shutterstock.com}

De xylose (C₅H₁₀O₅) verschilt van de glucose omdat het een vijf-ring structuur heeft in plaats van een zes-ring structuur (zie figuur 1.10). De xylose wordt in een zure (H₃O⁺) omgeving gebracht en verwarmd. Het reactieproduct wordt met zuurstof en alcohol verwerkt met behulp van zonlicht tot een monomeer dat kan polariseren tot een goed bindmiddel. Hierbij lijkt het eindproduct op moleculair niveau niet op een bindmiddel gemaakt uit aardolie en heeft het andere eigenschappen. Maar doordat er groepen overeenkomen en er polymerisatie plaats kan vinden, is het wel mogelijk om dit biobased bindmiddel te gebruiken in de verfindustrie.

Moleculaire eigenschappen van het innoverende bindmiddel

De chemische eigenschappen van het nieuw gemaakte polymeer dragen bij aan de eigenschappen als bindmiddel. Zo bestaat het polymeer uit ringformaties: deze formaties hebben dubbele bindingen. Doordat ze in een ring zitten, zullen deze echter minder snel reageren met andere stoffen (ten opzichte van rechtlijnige moleculen met dubbele bindingen). Dit is goed omdat het hierdoor minder snel met omgevingsstoffen reageert. Een nadeel uit dat deze structuur er ook voor zorgt dat het molecuul zelf minder makkelijk aan te passen is.

Daarnaast kunnen de polymeren ook relatief lang worden, waardoor ze makkelijk een netwerk kunnen vormen. Ook zorgen de OH-groepen die aan het molecuul zitten ervoor dat het molecuul hydrofiel is, waardoor de stof oplosbaar is in water. Hierdoor kan water ook als oplosmiddel gebruikt worden.

De bovenstaande chemische eigenschappen, en zijn gedeeltelijke vergelijkbaarheid met andere bindmiddelen, zorgen ervoor dat het nieuwe plantaardige bindmiddel gebruikt kan worden als ingrediënt voor de verf. Helaas zijn er kleine verschillen in het molecuul waardoor een simpele vervanging niet mogelijk is. Om het bindmiddel in de verf te gebruiken, zijn nog meer testen en onderzoek nodig.

Meer informatie

Wil je meer weten over dit nieuwe plantaardige binmiddel? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Doe de studiekeuzetest op exactwatjezoekt.nl!

Bindmiddel uit (deels) gerecyclede stoffen - Inleiding

Er zijn al heel veel verschillende soorten bindmiddelen gemaakt. Niet alle verkochte verf wordt helemaal gebruikt. De verf die nog niet gebruikt is, kan ook weer voor nieuwe verf gebruikt worden. Gebruikte bindmiddelen recyclen kan op verschillende manieren. Bij mechanische recycling wordt de verf gecontroleerd en hergebruikt. Bij chemische recycling wordt de oude verf eerst teruggebracht naar zijn oorspronkelijke hoofdcomponenten, die vervolgens gebruikt kunnen worden voor de productie van nieuwe verf. Het recyclen is optimaal voor witte verf, maar we kunnen in de toekomst ook kleuren en opgedroogde verf recyclen.
Wat houdt het recyclingproces in? Welke verf kun je allemaal recyclen? Wat gebeurt er met de kwaliteit van de nieuwe verf?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

Mechanische recycling van bindmiddelen

^{Figuur 1.11 Inzameling van oude verf}. ^{Bron: richardjohnson/Shutterstock.com}

Verf recyclen gebeurt al op verschillende plekken in de wereld. Als de verf apart wordt ingezameld (zie figuur 1.11), kan het mechanisch gerecycled worden.

Bij mechanische recycling worden oude verfblikken ingeleverd bij een inzamelingspunt. Deze oude verf wordt gecontroleerd en verwerkt tot nieuwe verf. De verf die mechanisch gerecycled kan worden, is verf die nog smeerbaar is en niet gerot is. In plaats van dat deze verf bij de originele koper staat te drogen, kan deze teruggebracht worden naar de fabriek om opnieuw gebruikt te worden.

^{Figuur 1.12 Bij een homogeen mengsel (rechts) zijn de verschillende stoffen gelijkmatig verdeeld. Bron: Ph-Hy/Shutterstock.com}

Mechanische verfrecycling gaat vaak volgens een aantal vaste stappen. Eerst wordt de ingezamelde verf gesorteerd. Vaste opgedroogde verfresten worden apart verzameld van de vloeibare verf. De vloeibare verf wordt gesorteerd op kleur, glans en chemische componenten. Zo worden bijvoorbeeld waterhoudende verven bij elkaar gehouden en gescheiden van oliehoudende verven. Wanneer de verven gesorteerd zijn, worden ze in een grote container geleegd. Hierbij worden de blikken schoon geschraapt zodat zo veel mogelijk verf gerecycled kan worden. Bij het legen van de verfpotten moet de verf door een rooster heen. Dit rooster zeeft grote objecten uit de verf zoals achtergebleven kwasten, roerstokjes of rollers en voorkomen dat deze bij de verf in de grote containers komen. De verf in de grote containers wordt vervolgens gemengd tot een homogeen mengsel (zie figuur 1.12). Deze batches worden daarna gecontroleerd op kleur en kwaliteit. Als de batch goedgekeurd is, wordt deze verpakt en klaargemaakt voor de verkoop.

Voordat de verf opnieuw verpakt wordt en de kwaliteitsscan door is gegaan, is er vaak nog een aanvulling nodig. Er worden meestal nieuwe grondstoffen toegevoegd om de kwaliteit van de verf te verbeteren. Veel gerecyclede verf bestaat dus gedeeltelijk uit oude ingezamelde verf en nieuwe verf en/of grondstoffen.

Chemische recycling van bindmiddelen

^{Figuur 1.13 Chemische recycling. Bron:VZ_Art/Shutterstock.com}

De verf die niet mechanisch gerecycled kan worden, wordt chemisch gerecycled. Bij chemische recycling wordt de verf weer afgebroken, zodat de grondstoffen van elkaar gescheiden worden. Op deze manier kunnen de bindmiddelen, pigmenten en vulstoffen opnieuw gebruikt worden. De polymeren worden verbroken en weer teruggebracht tot monomeren. De verf gaat terug naar zijn oorspronkelijke componenten. De verschillende stoffen kun je met chemische reacties en scheidingsmethodes van elkaar scheiden.

Bij chemische recycling is de controle van de verf erg belangrijk. Sommige soorten verf zijn wel te recyclen via chemische recycling, andere soorten weer niet. Dit heeft allemaal te maken met de chemische componenten van de verf. Het proces van chemische recycling verloopt daarom net wat anders dan het proces van mechanische recycling. Ten eerste moet de verf ingezameld en gesorteerd worden. Alleen vloeibare en witte verf op waterbasis kan, tot nu toe, worden gebruikt voor chemische recycling. Dit komt omdat de verschillende pigmenten effect kunnen hebben op het recyclingproces.

Het is de bedoeling dat de polymeren gedepolariseerd worden. Dit kan door de verf met veel water te mengen. De hydrofiele polymeren kunnen oplossen in het water. Hierbij worden de polymeren opgesplitst in kleinere delen (monomeren). Wanneer dit gebeurt met water noemen we dit hydrolyse. Eventueel kan er een katalysator gebruikt worden om het proces te vergemakkelijken en versnellen.

Wanneer de bindmiddelen opgesplitst zijn tot monomeren, kun je deze gebruiken voor de productie van nieuwe verf. Hierbij moet je wel de andere stoffen, zoals de pigmenten, eruit halen. Dit kan door het mengsel te filtreren of te centrifugeren. Hierdoor worden grote deeltjes uit het mengsel gehaald. Om andere vulstoffen uit het mengsel te halen, moet je destilleren.

Wanneer de monomeren gescheiden zijn, kun je ze weer gebruiken voor het nieuwe bindmiddel. De monomeren worden dan weer aan elkaar verbonden, meestal door een condensatiereactie. Hierbij worden de bindingen die eerder zijn verbroken door het water weer opnieuw gemaakt. Bij de polymerisatie kan het zijn dat de gemaakte ketens minder lang zijn waardoor de kwaliteit van het bindmiddel kan afnemen. Dit kun je voorkomen door altijd kwaliteitscontroles toe te voegen én eventueel nieuw bindmiddel toe te voegen. De meeste gerecyclede verf bestaat uit een combinatie van gerecycled bindmiddel en nieuw bindmiddel.

Toekomstperspectief van het recyclen van bindmiddelen

Bij zowel chemische als mechanische recycling worden er vaak nog nieuwe grondstoffen toegevoegd aan de verf om de verf toch te verbeteren. Meestal zijn dit dan bindmiddelen die hun oorsprong vinden in de aardolieproductie.

Het toevoegen van nieuwe grondstoffen zou in de toekomst niet meer nodig hoeven te zijn. Door de recyclingprocessen te onderzoeken en te verbeteren, kun je het proces optimaal krijgen. In dit geoptimaliseerde proces zouden er geen nieuwe grondstoffen meer gebruikt hoeven te worden.

Meer informatie

Wil je meer weten over het recyclen van bindmiddelen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Bindmiddel

Uitleg

Uit aardolie

Van planten

Van planten en zonlicht

(Deels) gerecycled

Pigmenten - Algemene informatie

Pigmenten kom je overal tegen. Zo zitten pigmenten in make-up, inkt voor je printer, tatoeages, kunststoffen en in verf. De wereld krijgt kleur door al die pigmenten. Er zit veel scheikunde achter deze kleine kleurrijke deeltjes.

^{Figuur 2.1 Verschillende pigmenten in poedervorm. Bron: Nataliya_Druchkova/Shutterstock.com}

Wat zijn pigmenten?
Stoffen die een sterke kleur hebben en andere voorwerpen kunnen kleuren zijn pigmenten (zie figuur 2.1). Pigmenten zijn geen functionele groepen in de scheikunde, maar een naam voor een groep stoffen die aan bepaalde stofeigenschappen voldoen. Ten eerste moeten ze sterk van kleur zijn. Ten tweede moeten ze de kleur kunnen geven aan andere voorwerpen. Ten slotte moet het pigment ook stabiel zijn in vaste fase binnen bepaalde temperaturen. De temperaturen zijn afhankelijk van de toepassing van het pigment. Pigmenten zijn erg divers. Ze worden uit de bodem gehaald en ze zijn in de natuur te vinden, maar ze worden ook kunstmatig gemaakt. Zo zijn er dus organische, anorganische en synthetische pigmenten te vinden.

Pigmenten en kleurabsorptie
Pigmenten hebben hele verschillende kleuren. Zo heeft elk pigment zijn eigen specifieke samenstelling waardoor deze een eigen kleur heeft. De kleur die wij zien, zijn de kleuren die de pigmenten terug reflecteren naar ons oog. De overige golflengtes van het zichtbare licht worden door het pigmentgeabsorbeerd (Zie afbeelding 2.2).

^{Figuur 2.2 Absorptie van licht. Bron Grayjay/Shutterstock.com}

Mengen van pigmenten
Pigmenten zijn erg divers en daarom is er niet één techniek om de pigmenten te mengen. Voor grotere pigmenten wordt vaak een ‘dry mill’ gebruikt. Deze maalt de pigmenten en dispergeert ze in het bindmiddel. Zo wordt het pigment gelijkmatig verdeeld en krijgt deze zijn optimale kleur. Hierbij is er een optimale tijd dat de pigmenten in de ‘dry mill' zitten. Te lang: dan worden de deeltjes te klein en vervaagt de kleur. Te kort: dan blijven er grote stukken achter en krijg je een ongelijke kleurverdeling of klonterige verf.

Jouw opdracht
Pigmenten zijn, naast het bind- en oplosmiddel, een belangrijk onderdeel van de verf. Pigmenten bepalen de kleur van de verf en hebben onder andere invloed op de viscositeit, dekking en droogtijd van de verf. Er zijn verschillende opties voor pigmenten. Elke optie heeft een ander effect op je totale kosten, duurzaamheid, kwaliteit van de verf en starttijd van je fabriek.

Lees de gegeven informatie en vind de voor- en nadelen van de verschillende keuzes. Maak daarna je keuze: waar haal je jouw pigmenten vandaan?

Meer informatie?

Wil je meer weten over pigmenten? Bekijk de volgende bronnen die verder gaan op de informatie die je hier hebt gekregen:

Pigmenten van aardolie en metalen - Inleiding

Het grootste assortiment van organische pigmenten komt uit fossiele grondstoffen zoals aardolie en metalen. Deze grondstoffen worden gebruikt om pigmenten te maken. Hiervoor zijn chemische reacties nodig om de gewenste pigmenten te krijgen. Bijna alle pigmenten op de huidige markt zijn gemaakt met fossiele grondstoffen.
Waar komt de aardolie vandaan? Hoe worden er pigmenten van gemaakt? En welke kleuren zijn er allemaal beschikbaar?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Meest bekende voorbeelden van pigmenten uit aardolie

Vroeger hadden schilders niet heel veel keuze uit kleuren en pigmenten, omdat ze zelf hun verf maakten vanuit gemakkelijk te vinden grondstoffen. Toen de verfindustrie op gang kwam, veranderde er veel in het kleurbereik. De regenboog van kleuren werd groter. Ook pigmenten die in de natuur te vinden waren, konden nu op grotere schaal geproduceerd worden vanuit aardolie.

Het rode pigment Alizarine (C₁₄H₈O₄) is hiervan een voorbeeld. Het is het eerste synthetisch geproduceerde organische pigment. In 1869 is dit pigment gemaakt uit antraceen. Antraceen is een product dat vrijkomt bij de destillatie van steenkoolteer. De rode kleur is afhankelijk van de zuurtegraad van zijn omgeving, hierdoor kan dit pigment ook gebruikt worden als pH-indicator.

Pigment Blue 15 (koper(II)phthalocyanine) is een erg bekend blauw pigment dat ook wordt gemaakt uit aardolie. Dit pigment wordt gemaakt door verschillende chemische reacties. Blue 15 wordt gemaakt uit benzeen. Benzeen wordt uit aardolie gehaald.

Andere pigmenten die gebruikmaken van fossiele grondstoffen zijn de metaalpigmenten. Wanneer verf alleen uit metaalpigmentenpoeder bestaat krijg je een metaalachtige glans. Metaalpigmenten worden gemaakt uit deeltjes of vlokken van metalen of legeringen. Een voorbeeld is de kleur brons. Hiervoor wordt een dunne laag van de legering brons gemaakt en vervolgens gemalen tot poeder. Dit poederpigment wordt gebruikt voor bronzen verf.

Winning van ruwe aardolie als grondstof voor pigmenten

Synthetische pigmenten worden meestal gemaakt vanuit aardolie. Nadat de aardolie opgepompt is en naar de juiste fabriek is gestuurd, worden de verschillende componenten van aardolie van elkaar gescheiden. Dit gebeurt door het raffinageproces van ruwe aardolie. Dit proces bestaat uit enkele stappen.

^{Figuur 2.3 Gefractioneerd destilleren van aardolie. Bron White_Space_Illustrations/Shutterstock.com}

Distillatie en Zuiveren
De ruwe aardolie bestaat uit verschillende lengtes koolwaterstofketenen. Deze ketenen hebben allemaal een ander kookpunt. Eerst wordt de ruwe aardolie in zijn geheel verdampt. Deze damp wordt dan door een destillatietoren geleid. In de destillatietoren neemt de temperatuur geleidelijk af. De damp gaat in delen condenseren en uit de toren geleid. Op deze manier kunnen er verschillende stoffen uit de ruwe aardolie worden gehaald (zie figuur 2.3). Nadat het mengsel gescheiden is, bevat het nog ongewenste stoffen. Door een katalysator te gebruiken kunnen ongewenste stoffen uit het mengsel gehaald worden om zo een ‘schoner’ product te krijgen.

Omdat aardolie uit verschillende koolstofketenen bestaat, kunnen lange ketens gebroken worden om twee kortere ketens te maken. Het breken of kraken van de koolstofketenen werkt alleen als het doel is om kleinere koolstofketenen te krijgen. Ook kunnen deelproducten met elkaar gemengd worden. Hierdoor ontstaan er net wat andere eindproducten met een andere toepassing. Het kraken van de koolstofketenen kost veel energie.

Het beschreven proces werkt voor alle producten die uit ruwe aardolie worden gehaald. Echter niet alle producten zijn nodig voor het maken van de pigmenten. Voor het maken van de pigmenten moet je vooral de benzeen moleculen isoleren en zuiveren. Deze benzeen moleculen worden dan gebruikt. De ‘rest’-producten worden overigens niet weggegooid. Bijna alle eindproducten van de destillatie hebben een plaats in de industrie gevonden.

Synthetische pigmenten uit aardolie in de verfindustrie

Pigmenten uit aardolie en metalen worden heel veel gebruikt in de verfindustrie. Meer dan 90% van de pigmenten die worden gebruikt, wordt gemaakt uit aardolie en metalen. Deze synthetische pigmenten, zelfs voor pigmenten die in de natuur voorkomen. Dit komt omdat de synthetische pigmenten uit aardolie en metalen een rijk assortiment aan kleuren hebben. Ook is het proces goed onderzocht, vaak doorlopen en de prijs van de pigmenten is relatief laag.

Deze betrouwbare pigmenten kunnen we eeuwig gebruiken, omdat ze gemaakt worden van fossiele grondstoffen. Die grondstoffen zijn niet eindeloos beschikbaar en op de lange termijn neemt ook de beschikbaarheid van de pigmenten dus af. De prijs van de grondstoffen is relatief laag, maar de verwerking van aardolie naar pigmenten is een proces dat veel energie kost.

Meer informatie

Wil je je meer weten over pigmenten gemaakt uit aardolie en metalen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Pigmenten van steen of mineralen - Inleiding

De meeste anorganische pigmenten worden gewonnen uit mineralen. Deze pigmenten zijn meestal oxiden van metalen. Een groot deel van de pigmenten die je tegenkomt in de verfwinkel zijn gemaakt van mineralen en gesteente.
Hoe worden de grondstoffen gewonnen? Wat is het verwerkingsproces? En hoeveel kleuren zijn er beschikbaar?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

De winning en toepassing van stenen en mineralen voor pigmenten

^{Figuur 2.4 Ondermijnse mijnbouw. Bron Eugene_Papkov/Shutterstock.com}

Pigmenten uit mineralen en gesteente worden gewonnen uit de grond. Dit gebeurt al eeuwenlang. Deze winning kost veel energie en tast het landschap aan. Maar hoe vindt deze mijnbouw precies plaats?

Winning
Mineralen kun je winnen uit mijnbouw. Een voorbeeld is de mijnbouw van titaanerts om titaanwit te maken. Hierbij worden zowel dagbouw als ondergrondse mijnbouwmethodes gebruikt (zie figuur 2.4). Dit is allemaal afhankelijk van de omgeving. In sommige gebieden zal er dieper gemijnd moeten worden om het titaanerts te krijgen. Bij het mijnen wordt er gewerkt met zware machines die de ertsafzetting verplaatsen.

Er zitten meestal nog wat onzuiverheden in deze titaniumerts. Daarom moet het erts eerst worden gezuiverd. Naast zuiver titanium is er ook veel titaniumdioxide aanwezig in verschillende mineralen (e.g. limoniet, rutiel en leukoxeel). Deze moeten ook van onzuiverheden (e.g. ijzer, magnesium, aluminium) gezuiverd worden.

Ook andere pigmenten, zoals de okerpigmenten, kun je halen uit het vermalen en zuiveren van gesteente. Hierbij wordt erg veel (afval)water gebruikt. Er zijn veel verschillende mineralen en gesteentes die gewonnen worden, elk op hun eigen manier; hiermee kun je een divers aantal kleuren krijgen.

^{Figuur 2.5 Bovengrondse mijnbouw. Bron: WILLIAM_LUQUE/Shutterstock.com}

Betrouwbaarheid
Het winnen van de verschillende pigmenten is een erg oud proces. Daarom is het ook een betrouwbaar proces. Vooral met de nieuwe wetgeving is de winning van verschillende ertsen een veilig proces. Veel van de mijnbouw vindt ook bovengronds plaats (zie figuur 2.5). Helaas zorgt de mijnbouw wel voor een permanente aantasting van de omgeving.

Prijs
De prijs van de verschillende gesteente of mineralen is afhankelijk van de voorraad van deze niet-hernieuwbare grondstof. De ene grondstof komt nu eenmaal vaker voor dan de andere. De pigmenten die uit mineralen en gesteente worden gehaald zijn al lang in gebruik. Daarom zijn de invloeden op verschillende bindmiddelen duidelijk en kunnen we daarmee een goede kwaliteit verf maken.

De kwaliteit van de pigmenten uit mineralen en gesteente

Pigmenten uit mineralen en gesteente hebben bepaalde eigenschappen die de kwaliteit van de verf kunnen beïnvloeden en daar is veel onderzoek naar gedaan.

Ten eerste hebben de natuurlijke pigmenten van mineralen en gesteente een sterke kleurkracht, al is dit wel afhankelijk van de minerale samenstelling. De natuurlijke intensiteit bepaald hoeveel pigment er nodig is om de gewenste kleur te bereiken. Omdat dit ook per batch gesteente kan verschillen, moeten er vaak kleurcontroles gehouden worden. Ten tweede is de felheid en intensiteit van de kleur gemakkelijk aan te passen. Hierbij wordt niet het pigment zelf aangepast, maar kan de verf van kleur veranderen door de hoeveelheid pigment aan te passen. De verhouding bindmiddel en pigment is hierin wel belangrijk. Wanneer je de hoeveelheid pigment verandert, moet je ook iets doen met de hoeveelheid bindmiddel. Daarnaast zijn de meeste mineralen bestand tegen straling. Hierdoor vervaagt de kleur niet te snel. Dit is echter weer afhankelijk van het type mineraal, maar over het algemeen behouden de natuurlijke pigmenten de intensiteit van hun kleur. Zo heeft titaanwit zelfs de eigenschap dat ze UV-werend is.

^{Figuur 2.6 Onderzoekers in een lab naar nieuwe pigmenten. Bron AI/Shutterstock.com}

Naast deze eigenschappen is uit onderzoek gebleken dat sommige mineralen op een dusdanige manier reageren met het bindmiddel dat de droogtijd van de verf kan versnellen of vertragen. Dit verschilt per pigment en per bindmiddel. De meeste reacties zijn al bekend, doordat deze pigmenten vaak worden gebruikt. Bij nieuwe pigmenten uit mineralen of gesteente moet er nog wel gekeken worden naar de eventuele interactie tussen diverse bindmiddelen. Ook hier moet er dan een kwaliteitscontrole ingezet worden. Dit hoeft niet te betekenen dat de kwaliteit van de verf omhoog of omlaag gaat. Dat is helemaal afhankelijk van de originele droogtijd en de toepassing van de verf.

Meer informatie

Wil je je meer weten over pigmenten gemaakt uit gesteente en mineralen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Doe de studiekeuzetest op exactwatjezoekt.nl!

Pigmenten van algen/micro-organismen - Inleiding

Je kunt algen gebruiken om pigmenten te krijgen. Groen krijg je bijvoorbeeld door de chloroplasten van algen te gebruiken.
Welke kleuren kun je krijgen? Op welke manier worden de pigmenten uit algen verkregen? En hoe wordt de kwaliteit van de verf beïnvloed?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Kweken van algen en natuurlijke pigmenten

^{Figuur 2.7 Algen in de zee. Bron:Ajm_a_l66/Shutterstock.com}

Algen (wetenschappelijke naam Algae) zijn een groep plantaardige organismen (zie figuur 2.7). Er zijn heel veel verschillende soorten algen. Zo zijn er eencellige en meercellige algen, algen die geen structuur hebben en algen waaraan wel bladeren en wortels groeien. Wat algen gemeen hebben is dat ze fotoautotroof zijn. Dit betekent dat algen zichzelf met behulp van licht in leven kunnen houden. Dit doen ze met fotosynthese waarmee licht, koolstofdioxide en water omgezet worden naar glucose en zuurstof (zie figuur 2.8).

^{Figuur 2.8 Het proces van fotosynthese schematisch weergegeven. Bron: Ph-HY/Shutterstock.com}

Er zijn veel algen op de wereld. Een groot deel van de zuurstof die wij inademen, wordt geproduceerd door de algen. Daarnaast zorgen algen er ook voor dat CO₂ - een van de broeikasgassen. - uit de lucht wordt gehaald.

Algen hebben daarom vaak een CO₂-neutrale productie. Tijdens de algengroei wordt er CO₂uit de lucht gehaald en bij het verwerken van de algen komt deze CO₂ weer in de lucht. Netto komt er dan geen extra CO₂ vrij. Ook groeien algen erg snel, waardoor algen worden gezien als een hernieuwbare grondstof.

De meeste algen hebben chlorofylen. Deze pigmentdeeltjes geven de algen een groene kleur. Er zijn verschillende types chlorofyl die allemaal een net andere chemische samenstelling hebben. Naast dit groene pigment kunnen algen ook nog andere pigmentkleuren bevatten zoals geeloranje (B-caroteen), bruine (fucaxanthine) of rood (fycoeythrine). Deze natuurlijke pigmenten uit algen kun je gebruiken voor de verfindustrie. Dit proces heeft natuurlijk verschillende uitdagingen, waardoor grootschalige productie pas in de toekomst mogelijk is.

Toepassing van natuurlijke pigmenten

^{Figuur 2.9 Pigmenten uit plantaardige cellen. Bron: Elif_Bayraktar/Shutterstock.com}

Pigmenten uit algen en andere micro-organisme halen en in producten verwerken, is niet nieuw. Zo zijn er al verschillende industrieën die met deze natuurlijke pigmenten werken. Toch is er nog veel te ontdekken over deze natuurlijke pigmenten.

Ook in de verfindustrie worden natuurlijke pigmenten gebruikt, al zijn er nog verschillende uitdagingen waarmee de verfindustrie aan de slag moet. Zo is het kleurenbereik van de natuurlijke pigmenten nog niet erg uitgebreid, waardoor het assortiment in de verfwinkel minder divers is.

Ook reageert het natuurlijke pigment op zijn omgeving. Hierdoor kan de kleur snel vervagen, waardoor er vaker geverfd moet worden. Momenteel kost het maken van verf met natuurlijke pigmenten ook veel geld en energie. Daarnaast is er bij deze productie een restafvalstroom die niet gebruikt wordt voor andere producenten. Ten slotte zijn de natuurlijke pigmenten ook nog niet in grote hoeveelheden beschikbaar en kan het nu nog niet voldoen aan de grote vraag van de verfindustrie.

De verfindustrie heeft naast natuurlijke, dus ook andere pigmenten nodig. Om die te vinden, is tijd en geld nodig voor onderzoek. Zo is er 2023 al een doorbraak geweest in een onderzoek met schimmels om bio-verf te maken. De micro-organismes, zoals schimmels, zijn een goede manier om met weinig energie gekleurde verf te maken die langdurig meegaat.

Onderzoeken naar natuurlijke pigmenten

Natuurlijke pigmenten uit algen worden nu al gebruikt als natuurlijke grondstof in levensmiddelen zoals snoep, dranken en gebak. Ook worden ze gebruikt in de cosmetica- en textielindustrie en er loopt een onderzoek naar het uitbreiden van het gebruik van natuurlijke pigmenten voor de verfindustrie.

Er wordt onderzoek gedaan naar pigmenten afkomstig uit algen en micro-organismes. Hierbij moeten de pigmenten wel uit de algen worden gehaald om ze verder te onderzoeken. Een manier om dit te doen is het isoleren van de pigmenten. Bij het isoleren worden de organismes die de meeste pigmenten lijken te vormen geïsoleerd van de rest en in een omgeving geplaatst die het vermenigvuldigen stimuleert. Wanneer er genoeg pigmenten zijn gemaakt, kunnen deze geïsoleerd en gedroogd worden. Bij deze onderzoeken wordt er vooral gekeken naar de productie van de pigmenten en eventueel naar nieuwe kleuren. Gespecialiseerde verfonderzoekers kunnen vervolgens de nieuwe en bestaande natuurlijke pigmenten testen op hun toepasbaarheid in de verfindustrie.

Omdat algen en bacteriën relatief snel groeien, kun je in korte tijd een hoge concentratie pigmenten krijgen. Het onderzoek naar pigmenten en hun toepasbaarheid duurt echter langer, met name voor de toepassingen in alle verven en kleuren.

Meer informatie

Wil je meer weten over natuurlijke pigmenten gemaakt uit algen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Pigmenten met behulp van nanotechnologie - Inleiding

Nanotechnologie gaat over kleine deeltjes en is de laatste jaren erg in opmars. Er zijn al diverse nanopigmenten die gebruikt worden in verf, maar is deze technologie de beste keuze voor een verfpigment? Is het noodzakelijk om de nanotechnologie op het gebied van pigmenten een ontwikkeling die we in de gaten moeten houden?

Verdiep je in de volgende informatie teksten en trek jouw conclusies.

De basis van nanotechnologie

Bij nanotechnologie wordt er onderzoek gedaan naar kleine deeltjes die op de nanometer schaal vallen en tussen de 0,1 nm en 100 nm groot zijn. De nanometer (nm) is een lengte-eenheid. Hierbij geld dat 1 nm gelijk is aan 1,0 * 10^-6 mm (of 0,000001 mm). Het gaat dus om hele kleine deeltjes die net iets groter zijn dan atomen en kleine moleculen. Die atomen en moleculen zijn meestal kleiner, zo heeft een waterstofatoom een doorsneden van 0,037 nm en is daarmee geen nanodeeltje, terwijl een groot DNA-molecuul ongeveer 2 nm is en wel als nanodeeltje gezien kan worden.

Bij nanotechnologie kijk je niet alleen naar welke soort atomen en/of moleculen het deeltje heeft, maar ook naar hoe de atomen aan elkaar verbonden zijn. De verbinding heeft veel invloed op de eigenschappen die de stof uiteindelijk gaat krijgen.

^{Figuur 2.10 Koolstof in verschillende structuren en bindingen, maken verschillende stoffen. Bron: Inkoly/Shutterstock.com}

Zo heeft koolstof diverse verbindingen en structuren die zorgen voor andere stofeigenschappen. De structuur en bindingen van het koolstofatoom zorgen ervoor dat er diamanten bestaan, maar ook grafiet (zie figuur 2.10). Bij dit voorbeeld kan je zien hoe een nanodeeltje dus invloed heeft op de sterkte van de stof. Naast de sterkte van een stof zijn er ook andere eigenschappen die beïnvloed worden, zoals kleur en elasticiteit. In de verfindustrie is er een nieuw nanopigment gevonden die de dichtheid van de verf kleiner maakt. Dit lichtgewicht verf kan baanbrekend zijn, bijvoorbeeld in de luchtvaart. Als een vliegtuig lichter wordt, bespaar je veel energie.

Nanopigmenten gemaakt met behulp van nanotechnologie

Er zijn al diverse nanopigmenten die gebruikt worden in verf. De nanostructuren worden gemaakt door grotere stoffen te verkleinen. Dit wordt de top-down methode genoemd. Er is ook een bottom-up methode, waarbij de deeltjes worden gemaakt door atomen bij atomen of moleculen bij moleculen te voegen en die gezamenlijk te laten reageren.

^{Figuur 2.11 Oude Egyptische geschriften waar roet is gebruikt. Bron: Andrea_Izzotti/Shutterstock.com}

Nanopigmenten werden in de Oudheid al gebruikt. Zo hadden Egyptenaren zwarte pigmenten door het roet van een olielamp te gebruiken (zie figuur 2.11). Deze pigmenten waren goed om op papyrus te schrijven. In deze tijd zouden we het roet van de olielamp beschrijven als nanodeeltjes van koolstof. Koolstof nanodeeltjes zijn in andere vormen ook vaak gebruikt als zwarte pigmenten, zoals het roet van een vuur. Hiermee maakten ze in de prehistorie al muurschilderingen.

Nanopigmenten kun je verdelen in organische en anorganische pigmenten. Anorganische pigmenten zijn meestal afkomstig uit de aardkorst en mineralen. Ze hebben specifieke eigenschappen en zijn meestal harder. Doordat deze nanodeeltjes uit atomen met lange bindingen bestaan, zijn ze een beetje transparant. Organische nanopigmenten zijn meestal natuurlijk of synthetische pigmenten. Hierbij is de kleur afhankelijk van de manier waarop de atomen verbonden zijn (e.g. dubbele bindingen, hoeken van bindingen).

Organische nanopigmenten zijn voor het krijgen van kleuren dus aantrekkelijker dan anorganische nanopigmenten. Helaas zijn organische nanopigmenten duurder. Een ander nadeel van de organische nanopigmenten is dat de felle kleuren gemakkelijk vervagen door omgevingsfactoren zoals warmte en zonlicht. Anorganische nanopigmenten daarentegen blijven juist dezelfde kleur houden, doordat ze niet sterk reageren op de omgevingsfactoren.

Omdat er dus een verschil is tussen de anorganische en organische nanopigmenten, wordt er veel onderzoek gedaan naar hybride pigmenten. Deze pigmenten zijn een combinatie van anorganische en organische nanopigmenten. In de juiste combinatie nemen ze de eigenschappen over die je wilt hebben: een felle kleur die niet vervaagd.

Toepassingen van nanotechnologie in de praktijk

Er wordt veel onderzoek gedaan naar nanopigmenten waarbij er gekeken wordt naar verschillende eigenschappen gekeken zoals de kleur, viscositeit, duurbaarheid en geleidbaarheid.

Met de goede nanopigmenten nano-coatings maken, levert voordelen op voor het geverfde oppervlakte, de levensduur en duurzaamheid van de verf. Daarnaast zijn er meer eigenschappen van de verf mogelijk, zoals zelfreinigende muren, water-resistentie of anti-graffiti. Sommige nanopigmenten zorgen zelfs voor goede geleiding van elektriciteit of juist voor een betere aanhechting met verschillende oppervlaktes.

Helaas kunnen nanopigmenten nu nog een negatief effect hebben op de verdelingsgraad van de verf. Dit komt omdat grotere deeltjes moeilijker homogeen te mengen zijn. Ook kunnen nanodeeltjes zorgen voor een minder felle kleur. Ten slotte maakt nanotechnologie nog gebruik van diverse grondstoffen, ook uit niet-hernieuwbare bronnen.

Wanneer er meer onderzoek gedaan wordt naar nanotechnologie, zou het wel mogelijk zijn dat over een aantal jaren nieuwe nanopigmenten op de markt komen. Met veel tijd, geld en onderzoek zouden in de toekomst alle kleuren beschikbaar kunnen worden en zou er goede kwaliteit verf gemaakt kunnen worden.

Meer informatie

Wil je je meer weten over pigmenten gemaakt met nanotechnologie? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Pigment

Uitleg

Uit aardolie en metalen

Van steen of mineralen

Algen/micro-organisme

Nanotechnologie

Energie - Algemene informatie

In ons dagelijks leven hebben we elektriciteit nodig. Energie kun je halen uit de verbranding van fossiele brandstoffen en biomassa, maar je kunt ook gebruik maken van kernenergie.

^{Figuur 3.1 Een versimpelde weergave van de koolstofkringloop. Bron: Dmitry_Kovalchuk/Shutterstock.com}

Veel elektriciteit wordt opgewekt door het verbranden van fossiele brandstoffen. Het vrijkomen en opnemen van CO₂ in de atmosfeer wordt de koolstofkringloop genoemd. Voor 1850 was de koolstofkringloop in balans: alle CO₂ die door verrotting en verbranding in de atmosfeer kwam, werd door planten weer opgenomen (zie figuur 3.1). Het CO₂-gehalte in de lucht bleef hierdoor stabiel. Vanaf de industriële revolutie (na 1850) zijn er veel fossiele brandstoffen uit de grond gehaald en verbrand. Dit zorgde voor een overschot aan CO₂ uitstoot. Hierdoor kwamen er meer broeikasgassen in de lucht. Dit heeft verschillende effecten op ons klimaat, zoals de opwarming van de aarde door het versterkte broeikaseffect.

Om die effecten te reduceren, is een energietransitie. nodig waarbij we het gebruik van fossiele brandstoffen omzetten naar duurzame en hernieuwbare energiebronnen. De energietransitie is nodig om de klimaatverandering te beperken en om te voorkomen dat de fossiele brandstoffen opraken.

Ook in Nederland wordt er gewerkt aan een nieuw energiesysteem. Het streven is om in 2050 bijna volledig duurzaam en CO₂-neutraal te zijn. De regeringsleiders van de Europese Unie (EU) hebben in 2020 ook afgesproken om te streven naar een 55% afname van alle uitstoot CO₂in 2030. Dat betekent zoveel mogelijk fossiele brandstoffen vervangen voor duurzame energie. Er zijn verschillende duurzame opties waar je in kunt investeren. Daarover lees je nu meer.

Opwekken van elektriciteit

Het opwekken van elektriciteit gebeurt bijna altijd volgens hetzelfde principe. Een turbine wordt aangezet, deze laat een generator draaien waarin er met behulp van magneten door elektromagnetisme stroom ontstaat. Bij deze energieomzetting is er geen sprake van een chemische reactie : het is alleen het omzetten van de ene energiesoort (beweging) naar de andere (elektrische energie).

De turbine draait niet uit zichzelf, je moet water verwarmen tot boven het kookpunt. Hierdoor ontstaat er stoom (waterdamp). Dat opstijgt en de turbine laat draaien. Om het water te verwarmen en te laten verdampen moet er een andere energiebron gebruikt worden, bijvoorbeeld uit de verbranding van fossiele brandstoffen of biomassa of kernenergie te gebruiken. Andere alternatieven zijn wind- en zonne-energie.

Jouw opdracht
In jouw fabriek worden ook grote machines gebruikt die veel elektrische energie verbruiken. Maar hoe kom je aan deze elektrische energie?
Je moet belangrijke keuze maken die verschillende effecten heeft. Elke optie heeft een ander effect op je totale kosten, duurzaamheid en of je fabriek gelijk kan draaien.

Ga jij voor zon- en windenergie? Laat je biomassa of fossiele brandstoffen verbranden? Of investeer je in een nieuwe kerncentrale? Bekijk bij elke keuze de voor- en nadelen. Lees de informatie hierover en maak vervolgens jouw keuze.

Meer informatie

Wil je meer weten over elektriciteit opwekken? De volgende bronnen zijn gebruikt om de informatie teksten te schrijven. Wil je je meer verdiepen? Begin dan hier!

Energie uit fossiele brandstoffen - Inleiding

Ongeveer 85% van de energie die we in Nederland gebruiken, is opgewekt uit verbranding van fossiele brandstoffen, zoals aardgas. Is aardgas een betrouwbare manier van energieopwekking? En wat zijn de gevolgen van het verbranden van aardgas?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

De vorming en verbranding van aardgas

Aardgas is een gas dat bestaat uit verschillende koolwaterstoffen. Het is een gas dat ontstaat tijdens de vorming van aardolie en het is te vinden op verschillende plekken in de grond. Ook in Nederland zit er aardgas in de grond.

Vorming van aardgas
De vorming van aardgas duurt miljoenen jaren. Doordat er dode resten van organismen onder een laag zand, klei en grind terechtkomen, kan het materiaal niet weg. Na miljoenen jaren wordt dit organische materiaal onder grote druk en hoge temperaturen door een chemisch proces omgevormd tot aardolie. Hier komt gas bij vrij, wat boven de aardolie blijft zitten. Dit gas noemen we aardgas (zie figuur 3.2). Met behulp van speciale technieken kan er in de grond geboord worden naar aardgas.

^{Figuur 3.2 Versimpelde weergave van het ontstaan van aardolie en aardgas. Bron: ivector/Shutterstock.com}

Samenstelling aardgas
Aardgas is een mengsel van verschillende gassen en bestaat uit verschillende koolwaterstoffen en stikstofgas. Het gas dat tot voor kort uit de Groningse bodem gehaald werd heeft de volgende samenstelling:

Stof	Formule	Volume%	Mol%	Massa%
Methaan	CH₄	81,30	81,29	69,97
Ethaan	C₂H₆	2,85	2,87	4,63
Propaan	C₃H₈	0,37	0,38	0,90
Butaan	C₄H₁₀	0,14	0,15	0,47
Pentaan	C₅H₁₂	0,04	0,04	0,16
Hexaan	C₆H₁₄	0,05	0,05	0,23
Stikstof	N₂	14,35	14,32	21,52
Zuurstof	O₂	0,01	0,01	0,02
Koolstofdioxide	CO₂	0,89	0,89	2,10

Tabel 1 Samenstelling Groningsgas.

Zoals je ziet in tabel 1 komt de stof methaan (CH₄) het meeste voor. Bij het verbranden van aardgas komt er veel energie vrij in de vorm van warmte. Deze warmte kun je gebruiken voor het opwekken van elektriciteit. De reactievergelijking voor de volledige verbranding van de stof methaan is als volgt:

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) --> 2 H₂O(g) + CO₂(g)

De verbranding van aardgas is relatief schoon ten opzichte van het verbranden van andere fossiele brandstoffen, zoals kolen. Bij het verbranden van aardgas komen er geen fijnstoffen vrij.

Gevolgen van het verbranden van aardgas

Aardgas zorgde in 2023 voor 40% van onze energievoorziening en wordt al langere tijd gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Het verbranden van aardgas heeft verschillende gevolgen.

Aardgas wordt in Nederland al lange tijd gebruikt, zowel op industrieel als op huishoudelijk niveau. Er is een goede infrastructuur (zoals transport- en opslagmogelijkheden) voor aardgas en daardoor een continue aanvoer ervan. Het overschot in de aanvoer van gas wordt opgevangen en opgeslagen voor later gebruik. Het systeem zit goed in elkaar en is betrouwbaar gebleken. Zolang het aardgas niet op raakt, kan het systeem blijven werken.

Aardgas wordt in veel landen gevonden, maar niet overal. Dat is de reden dat de internationale handel van aardgas heel groot is. Door deze handel is aardgas goed beschikbaar. De prijs van aardgas wordt onder andere bepaald door vraag en aanbod en politieke situaties (zoals geopolitieke spanningen en oorlogen). De hoge beschikbaarheid zorgt ervoor dat de kosten van aardgas ook relatief laag zijn. De wereldwijde vraag naar aardgas overstijgt het aanbod in de toekomst: er komt geen nieuw aardgas bij in de bodem. Wanneer het gas alleen maar wordt weggepompt en verbruikt, maar niet wordt aangevuld, raakt deze voorraad in de toekomst op. Dit kan op lange termijn de prijs beïnvloeden.

Aardgas is betrouwbaar en beschikbaar, maar het oppompen heeft ook gevolgen. Dit zie je bijvoorbeeld in Groningen. In deze regio is veel aardgas gevonden en het werd sinds 1963 opgepompt. Goed voor de staatskas, maar helaas is jaren later duidelijk geworden wat dit voor de Groningers heeft gedaan. Er waren kleine (zware) aardbevingen van soms wel 3 of 4 op de Schaal van Richter (zie figuur 3.3), veroorzaakt door het oppompen van het aardgas. Na veel politieke debatten is sinds 19 april 2024 de gaskraan in Groningen dicht. Dit zorgt ervoor dat ook Nederland zijn gas elders in de wereld moet inkopen, met onzekerheid over de prijs als gevolg.

^{Figuur 3.3 De Schaal van Richter. Bron: mentalmind/Shutterstock.com}

Naast de plaatselijke gevolgen zijn er ook mondiale gevolgen voor het verbranden van aardgas. Aardgas zit al miljoenen jaren in de grond en bevat koolstofwaterstoffen die miljoenen jaren geleden ontstaan zijn uit plantenresten. De koolstof in de planten waaruit deze koolstofwaterstoffen zijn ontstaan, is door de planten uit de atmosfeer gehaald (in de vorm van CO₂). Door nu het aardgas op te pompen en te verbranden komt er onder andere extra koolstofdioxide in de lucht. Als dit op te grote schaal gebeurt, raakt de koolstofkringloop uit balans en stijgt de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer. Omdat koolstofdioxide een broeikasgas is, heeft dit ook invloed op het versterkt broeikaseffect en de opwarming van de aarde.

Meer informatie?

Wil je meer weten over fossiele brandstoffen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Energie uit biomassa - Inleiding

Biomassa kan helpen bij de energietransitie. Biomassa is immers een alternatief voor het verbranden van fossiele brandstoffen. Maar wat houdt biomassa als energiebron in? Waarom kan het een alternatief zijn voor het verbranden van fossiele brandstoffen? En wat zijn de gevolgen van het kiezen van biomassa?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Biomassa als energiebron

Biomassa bestaat uit materialen van plantaardige en dierlijke afkomst. Onder biomassa vallen onder andere rest- en afvalproducten uit de voedselindustrie, snoeiafval, maar ook plantenmateriaal dat speciaal voor het gebruik als biomassa geplant en geoogst wordt. Biomassa is een belangrijke grondstof. Zo kan het worden gebruikt als grondstof voor veel verschillende producten en als brandstof voor het opwekken van energie. Biomassa dat we verbranden om warmte op te wekken die vervolgens weer gebruikt wordt voor het opwekken van elektrische energie, noemen we bio-energie. Deze term wordt alleen gebruikt voor energie opgewekt uit biomassa die op duurzame manier is geteeld en geen negatief effect heeft op mens en milieu.

Verbranding van biomassa
De bekendste methode om biomassa te gebruiken voor energieopwekking is het verbranden daarvan. Hout is daar een voorbeeld van. Hout kan uit verschillende afvalstromen gehaald worden, zoals het zaagsel van gekapte bomen. Hierbij geldt dat alleen onbewerkt hout gebruikt mag worden: hout dat geverfd, geïmpregneerd of op een andere manier bewerkt is, kun je niet meer gebruiken.

Het onbewerkte hout bestaat vooral uit cellulose; een polysacharide met molecuulformule (C₆H₁₀0₅)_n (zie figuur 3.4). Wanneer deze cellulose een volledige verbranding ondergaat komt er veel warmte vrij. Die kun je vervolgens gebruiken om elektrische energie op te wekken.

^{Figuur 3.4 De structuur van cellulose. Bron: LukaSkywalker/Shutterstock.com}

De reactievergelijking voor de verbranding van cellulose is als volgt: 2 C₆H₁₀O₅ + 12 O₂ --> 12 CO₂ + 10 H₂O

Pyrolyse van biomassa
De brandbare gassen die het hout bevat, kunnen ook geïsoleerd worden om biogas te maken. Dit proces heet pyrolyse . Hierbij wordt het hout verhit in een zuurstofvrije omgeving. In plaats van een verbranding ontstaat er een endotherme ontledingsreactie. Hierbij wordt er houtgas gemaakt. Door de ontleding van cellulose ontstaat een gasmengsel dat bestaat uit verschillende stoffen, namelijk koolstofdioxide, koolstofmonoxide, methaan, ethaan, waterstof en waterdamp.

Vooral de brandbare gassen methaan (CH₄) en ethaan (C₂H₆) kunnen later verbrand worden en zo warmte leveren voor de opwekking van energie. De reactievergelijking voor de volledige verbranding van ethaan ziet er als volgt uit:

2 C₂H₆ + 7 O₂ --> 4 CO₂ + 6 H₂O

De grote vraagstukken van biomassa

Veel overheden, organisaties en bedrijven zijn bezig met onderzoek naar het gebruik van bio-energie. Er zijn al verschillende biomassacentrales die huizen van warmte en stroom voorzien. Er zijn echter nog wel uitdagingen te overwinnen voordat biomassa grootschalig ingezet kan worden.

Economische en geografische vraagstukken
Het verbranden van biomassa levert op dit moment een kleine bijdrage aan de totale energieproductie. Om op grote schaal biomassa te gebruiken, moeten er meer mogelijkheden komen om de biomassa te verzamelen, te kweken of te oogsten. Het gebruik van alleen afvalstromen als biomassa is een duur alternatief, omdat het afval gecontroleerd moet worden voordat het gebruikt kan worden als biomassa.

Als de vraag naar gekweekte biomassa blijft stijgen, is er ook veel landbouwgrond nodig. Dit neemt niet alleen ruimte in beslag, er moet ook een buffervoorraad aangelegd worden om een continue toestroom van biomassa te garanderen in het geval van een slechte oogst. Deze opslagplaatsen moeten eenvoudig te bouwen zijn en passen in de bestaande infrastructuur.

^{Figuur 3.5 Het proces van fotosynthese schematisch weergegeven. Bron: Ph-HY/Shutterstock.com}

Duurzaamheidsvraagstukken
Bij de verbranding van biomassa komen nog steeds broeikasgassen, zoals CO₂, vrij. Toch kun je biomassa wel zien als een duurzame grondstof. Dit komt omdat bij het maken van biomassa de groeiende planten deze broeikasgassen uit de lucht halen. Ze doen dat door middel fotosynthese (zie figuur 3.5). Fotosynthese is met de volgende reactievergelijking te beschrijven:

6 CO₂ + 6 H₂O --> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Hierbij wordt er CO₂ uit de lucht gehaald en omgezet in glucose en zuurstof. Wanneer de biomassa wordt verbrand, komt de opgenomen CO₂ weer terug in de lucht. Netto kan de CO₂-uitstoot dus nul zijn.

Klimaateffect
Al is de netto CO₂-uitstoot nul, er kan nog steeds een ongewenst klimaateffect optreden. Dit komt omdat er tijd zit tussen het uitstoten van de CO₂ en het weer opnemen van deze CO₂ door de planten. Dit betekent dat er in de tussentijd extra CO₂ in de lucht blijft. Ook kan het gebruik van biomassa juist leiden tot sterke ontbossing, wat ervoor zorgt dat er minder CO₂ uit de lucht wordt gehaald. Bomen doen er immers lang over om weer terug te groeien.

Een laatste discussiepunt bij het gebruik van biomassa is de CO₂-uitstoot die er is bij het vervoeren van de biomassa. Het verwerken en transporteren zorgt ook voor CO₂-uitstoot door bijvoorbeeld de uitlaatgassen van de vrachtwagens die de biomassa transporteren. Om echt CO₂ neutraal te werken, moet je dus meer biomassa aanplanten dan dat je hebt gebruikt om deze extra uitstoot te compenseren.

Meer informatie

Wil je meer weten over biomassa als energiebron? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Zon- en windenergie - Inleiding

Windmolens en zonnepanelen: je ziet ze door heel het land. Hoe kunnen deze opties helpen met de energietransitie? Hoe werkt een zonnepaneel? Waarom geeft een windmolen elektrische energie? Hoe duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar zijn deze opties?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Energie opgewekt uit zonlicht

'Voor niets komt de zon op’. Een bekend spreekwoord dat wordt gebruikt om aan te geven dat alles moeite en/of geld kost. Behalve het zonlicht. Dit is gratis en overal te vinden en je kunt het omzetten in elektrische energie. Om deze omzetting te begrijpen, is er wat natuur- en scheikunde nodig.

Het zonnepaneel
Een zonnepaneel zorgt ervoor dat de energie uit zonlicht wordt omgezet in elektrische energie. Als een zonnepaneel meer energie levert dan nodig, dan kan deze overtollige energie vaak worden afgegeven aan het elektriciteitsnetwerk. Sommige energiemaatschappijen betalen je terug voor geleverde energie. Hierdoor, en doordat zonnepanelen zonlicht als ‘gratis’ energiebron gebruiken, zijn zonnepanelen terug te verdienen.

De werking van het zonnepaneel
Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen. In die cellen wordt het zonlicht omgezet in elektrische energie. De zonnecellen bestaan uit twee lagen silicium die iets van elkaar verschillen:

Een laag waarin boor-atomen een deel van de silicium-atomen hebben vervangen. Er is dan een tekort aan beweeglijke elektronen, dat noemen we een P-type halfgeleider.
Een laag waarin een deel van de silicium-atomen vervangen is door fosfor-atomen. Hierdoor zitten er veel beweeglijke elektronen in de laag. Deze laag heet een N-type halfgeleider.

^{Figuur 3.6 de N-halfgeleider en P-halfgeleider in een elektrovoltatische cel. Bron: sivVector/Shutterstock.com}

Daar waar deze twee lagen elkaar raken kunnen de elektronen uit het N-type materiaal naar het P-type materiaal. Door deze verplaatsing ontstaat er een elektrisch veld dat ervoor zorgt dat niet alle elektronen uit het N-type materiaal naar het P-type materiaal kunnen. Als er zonlicht op een zonnecel valt, worden elektronen uit het materiaal losgemaakt door fotonen uit het zonlicht. Door het elektrische veld gaan deze elektronen naar het N-type halfgeleidermateriaal. Door het N-type materiaal met een draad te verbinden met het P-type materiaal kunnen de elektronen door die draad naar het P-type materiaal. Er loopt een elektrische stroom (zie figuur 3.6).

Elektrische energie uit zonlicht en windkracht: het totale plaatje

Een andere manier om energie op te wekken uit de natuur is met behulp van wind. Hierbij wordt de kracht van de wind gebruikt om elektrische energie op te wekken. De windmolen zet bewegingsenergie om in elektrische energie.

Zonnepanelen en windmolens kunnen effectief en goedkoop energie opwekken. Voordat ze energie kunnen opwekken, moet er echter nog veel gebeuren. Ze moeten gebouwd, vervoerd en gemonteerd worden. Het hele proces, van de productie van zonnepanelen en windmolens tot aan het gebruik ervan, moet meegenomen worden in de evaluatie. Dit proces weegt mee bij de totale kosten en duurzaamheidscore.

Verborgen emissies
Bij zonne- en windenergie worden er geen broeikasgassen uitgestoten. Maar zowel windmolens en zonnepanelen moeten eerst geproduceerd, getransporteerd en geïnstalleerd worden voordat ze duurzame energie kunnen produceren. Dat heeft impact op het milieu.

Ten eerste zijn de materialen waarvan de zonnepanelen en windmolens worden gemaakt door mensen bewerkt. Dit noemen we synthetische grondstoffen, en het kost energie om deze te maken. Daarnaast moeten alle onderdelen getransporteerd worden en daar komen broeikasgassen bij vrij. Hoewel er grote stappen worden gezet om de levensduur van zonnepanelen en windmolens te verhogen, moeten ze uiteindelijk toch vervangen en onderhouden worden. Ook zijn de grondstoffen voor de materialen vaak uit niet-hernieuwbare bronnen.

Beschikbaarheid energie
Windmolens en zonnepanelen kun je in theorie overal neerzetten. Zon en wind zijn er, maar het waait niet elke dag en de zon is er in de winter minder vaak dan in de zomer. Hierdoor wordt er soms meer stroom opgewekt dan nodig, terwijl er op windstille avonden soms helemaal geen stroom geproduceerd wordt. De opbrengst van zonnepanelen en windmolens wisselt dus.

^{Figuur 3.7 Zonnepanelen en windmolens. Bron: Elenabsl/Shutterstock.com}

Om dit probleem op te lossen kun je gebruikmaken van batterijen die het teveel aan geproduceerde stroom opslaan. Hierbij gaat een klein beetje energie verloren, maar kun je de overige opgeslagen energie op een later moment nuttig gebruiken. Deze batterijen zijn relatief duur en moeten ook goed onderhouden worden.

Een ander probleem wat de beschikbaarheid van de energie beperkt, is dat het enige tijd duurt voordat er genoeg zonnepanelen en windmolens zijn om aan de energie vraag te voldoen. Dit heeft een aantal redenen. Zo kost het tijd om de windmolen en zonnepanelen te produceren en te installeren. De meeste tijd zit echter in de juiste plekken zoeken voor de windmolens en zonnepanelen.

Geografische vraagstukken
In theorie zouden er overal windmolens geplaatst kunnen worden. In de praktijk ligt dit anders. Windmolens zijn heel groot, ze maken lawaai en nemen veel ruimte in beslag. Niet iedereen wil zo’n windmolen dus in zijn of haar achtertuin. Daarnaast zijn er heel veel veiligheidsregels voor de bouw van een windmolen. Een windmolen in hartje Amsterdam zal er niet snel komen. Ook zonnepanelen nemen ruimte in beslag en niet elk dak is geschikt voor zonnepanelen. Een dak moet sterk genoeg zijn om de zonnepanelen te dragen, maar moet ook voldoende zonlicht kunnen opvangen.

Er moet dus ruimte zijn voor zon- en windparken. Op het land is die ruimte beperkt of is er veel weerstand bij buurtbewoners. Daarom wordt er steeds meer gekeken naar mogelijkheden op zee. Zo zijn er nu al verschillende windparken op de Noordzee.

Meer informatie

Wil je meer weten over zonnepanelen en windmolens? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Doe de studiekeuzetest op exactwatjezoekt.nl!

Kernenergie - Inleiding

Kernenergie is een vorm van energie waar veel over gepraat wordt. In de afgelopen jaren is er veel discussie geweest of er nieuwe kerncentrales gebouwd moeten worden en of dit dé oplossing is voor het klimaatprobleem. In Nederland staat er nog één draaiende kerncentrale die een klein deel van de Nederlandse energie opwerkt.

Hoe werkt kernenergie? Waarom is er al jaren een discussie over? En kan kernenergie een stap zijn voor het verduurzamen van de samenleving?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Wat houdt kernenergie in?

Kernenergie is een vorm van energie waarbij de energie die vrijkomt bij het vervallen of splijten van atoomkernen wordt gebruikt voor het opwekken van elektrische energie. Hoe werkt kernenergie? Hoe ziet zo’n centrale eruit? En wat komt er allemaal bij een kerncentrale kijken?

Kernenergie: De basis
Kernenergie wordt opgewekt doordat atoomkernen splijten. Een atoom bestaat uit drie kleinere deeltjes: protonen, neutronen en elektronen. In figuur 3.8 is dit atoommodel van Bohr afgebeeld. Hierin is de plaats van de deeltjes afgebeeld. De kern van een atoom bestaat uit protonen en neutronen en om de kern heen zitten elektronen.

^{Figuur 3.8 Atoommodel van Bohr. Bron: Dream_01/Shutterstock.com}

Het aantal protonen in de kern bepaalt om welke atoomsoort het gaat. Van de verschillende atoomsoorten bestaan er isotopen. De isotopen van een atoomsoort hebben wel hetzelfde aantal protonen, maar verschillen in het aantal neutronen. Sommige isotopen zijn stabieler dan andere isotopen. Er zijn veel instabiele isotopen die niet in de natuur voorkomen: een instabiel isotoop vervalt en wordt hierbij omgezet in andere atoomsoorten.

Hoe zwaarder een atoom, hoe instabieler deze zal zijn. Veel grote, zware isotopen kunnen daarom spontaan vervallen. Bij het vervallen van een instabiel isotoop, valt deze uiteen in lichtere isotopen en daarbij gaat er een heel klein beetje massa verloren. Deze verloren massa is omgezet in energie. Een heel klein beetje massa omzetten, levert ontzettend veel energie op.

Kernsplijting
Om iets te doen met de energie die vrijkomt bij kernverval, moet de kern op de juiste plek en op het juiste moment komen te vervallen. Instabiele isotopen die in de natuur voorkomen, doen dit helaas niet. Daarom wordt er in de kerncentrale veel gebruik gemaakt van kernsplijting door zelf instabiele isotopen te creëren.

In de centrales worden splijtingsreacties in gang gezet. De meeste bekende manier is door atoomkernen met neutronen te beschieten. Hierdoor ontstaat een instabiele isotoop die in relatief korte tijd vervalt naar twee stabielere isotopen. En heel bekend voorbeeld is uranium-235. Wanneer deze wordt beschoten met neutronen, wordt de isotoop uranium-236 gecreëerd. Deze isotoop valt vervolgens uiteen in twee kleinere isotopen en drie losse neutronen (zie figuur 3.9).

^{Figuur 3.9 Het splijten van een atoomkern door beschieting met neutronen. Bron: Julee_Ashmead/Shutterstock.com}

Deze drie neutronen kunnen vervolgens een ander uraniumatoom raken, waardoor er een kettingreactie kan plaatsvinden.

Bij deze reactie komt veel warmte vrij. Deze warmte kun je vervolgens gebruiken voor het opwekken van elektriciteit

De maatschappelijke discussie omtrent kernenergie

Momenteel is er één werkende kerncentrale die energie opwekt. Deze staat in Borssele (Zeeland). Er is veel discussie over het wel of niet sluiten van deze kerncentrale en ook of er een nieuwe kerncentrale moet komen. De (politieke en maatschappelijke) discussie laat verschillende standpunten zien.

Voorstanders van een kerncentrale
Er zijn verschillende redenen om te investeren in kernenergie. Zo komt er bij een kernreactie alleen warmte vrij en geen CO₂ of andere broeikasgassen. Overgaan op kernenergie zou een bijdrage leveren aan het verduurzamen van onze samenleving. Daarnaast kan er met een kleine hoeveelheid uranium relatief veel energie opgewekt worden. Uranium is een redelijk goedkope grondstof. Ook is de ruimte die een centrale inneemt relatief klein, vergeleken met andere duurzame opties (zoals windenergie en zonnepanelen). Daarnaast is de energie altijd beschikbaar en niet afhankelijk van het weer. Ten slotte is een kerncentrale een veilige optie. Door alle maatregelen en wetgeving, moet een kerncentrale voldoen aan verschillende en strenge veiligheidsmaatregelen. Een kerncentrale is hiermee een veilige manier om energie op te wekken.

^{Figuur 3.10 De kennis die ontwikkeld wordt bij het maken van kerncentrale kan misbruikt worden voor het maken van kernwapens. Bron: rudall30/Shutterstock.com}

Tegenstanders van een kerncentrale
Toch zijn er ook redenen die tegen een kerncentrale in gaan. Ten eerste is kernenergie een tijdelijk oplossing, de grondstoffen zoals uranium zijn nog niet hernieuwbaar, hierdoor raken ze ook ooit op. Ten tweede produceert een kerncentrale veel radioactief afval dat generaties lang veilig opgeslagen moet worden. Daarnaast is het bouwen van een nieuwe kerncentrale zeer kostbaar en tijdrovend.
Dan is er het argument over veiligheid. Hoewel kerncentrales veilig zijn, kunnen fouten grote en langdurige consequenties hebben, zoals blijkt uit kernrampen uit het verleden. Ten slotte is er het vraagstuk of het inzetten van kernenergie ook kan leiden tot misbruik van de kennis voor de ontwikkeling van kernwapens (zie figuur 3.10).

Meer informatie

Wil je je meer weten over kernenergie? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Energie

Uitleg

Van fossiele brandstoffen

Biomassa

Van zon en wind

Kernenergie

Verpakking - Algemene informatie

Na een lang proces is jouw verf eindelijk klaar om verpakt te worden. Je verdeelt de verf in juiste porties, vult ze in potten, bakken, blikken of emmers en labelt ze, zodat ze klaar zijn voor vervoer.

Over de verpakking heb je misschien niet nagedacht, maar het is wel een hele belangrijke stap in je proces. Verpakkingen moeten aan verschillende eisen voldoen. Een verpakking moet de verf langdurig beschermen tegen invloeden van buitenaf, zoals uitdroging. Ook moet de verpakking stevig zijn, maar niet te zwaar. Ten slotte moet het materiaal van de verpakking niet reageren met de verf.

Op de markt zijn er verschillende verpakkingen te vinden voor verf. Zo zijn er kunststof emmers en metalen blikken. Ook zijn er plastic zakjes waarin je verf kunt verpakken.

Jouw opdracht

Voor jouw verffabriek zoek je de juiste verpakking. Hierbij heb je de keuze uit verschillende grondstoffen. De keuze die je maakt, heeft effect op de duurzaamheid van de verf, de kosten om de verf te maken en de kwaliteit van de verf. Ook kunnen sommige keuzes leiden tot een latere starttijd van je fabriek, waardoor je niet gelijk kunt produceren.

Een belangrijke keuze om te maken. Wat zijn de voor- en nadelen? Lees de informatie hierover en maak vervolgens jouw keuze.

Verpakking van aardolie - Inleiding

Veel verf wordt verpakt in plastic emmers, bakken, en potten. Deze plastic verpakkingen worden gemaakt van aardolie. Dit harde plastic zorgt ervoor dat de verf goed luchtdicht verpakt en langer houdbaar is.
Maar hoe maak je nou plastic van aardolie? En welke gevolgen heeft het kiezen voor deze vorm van verpakken op jouw fabriek?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Van aardolie tot polymeren

Organisch materiaal dat miljoenen jaren in de grond zit, kan met de juiste omstandigheden langzaam omgezet worden in aardolie. Deze aardolie kan opgepompt worden en gebruikt worden voor vele producten zoals benzine, kerosine en plastic.

Aardolie destilleren
Aardolie bestaat uit heel veel verschillende stoffen waarvan een groot deel koolwaterstofverbindingen zijn. Wanneer de aardolie opgepompt is en vervoerd naar een raffinaderij, wordt de aardolie gescheiden, zodat de bruikbare stoffen apart gebruikt kunnen worden. Dit gebeurt doormiddel van gefractioneerde destillatie.

^{Figuur 4.1 Gefractioneerd destilleren van aardolie. Bron White_Space_Illustrations/Shutterstock.com}

Bij gefractioneerd destilleren ontstaan er verschillende fracties (zie figuur 4.1), die elk een grondstof vormen voor een ander product. Ongeveer 20% van de aardolie wordt in een fractie koolwaterstoffen omgezet die we nafta noemen. Deze nafta wordt gebruikt om onder andere plastic te maken. Hiervoor moet de nafta eerst door een kraakinstallatie. Kraken is een ontledingsreactie waarbij grotere moleculen kleiner worden gemaakt zodat ze geschikt zijn voor verdere productie. Op deze manier krijg je kleinere moleculen zoals etheen, propeen en benzeen. Dit zijn de monomeren die de grondstof vormen voor het plastic.

Polymerisatie
Plastics bestaan uit lange koolwaterstofketenen die we polymeren nnoemen. Een polymeer bestaat uit monomeren. De monomeren zijn door chemische reactie lange ketens gaan vormen. Deze reactie noemen we polymerisatie.

^{Figuur 4.2 Meerdere schematische weergaves van de polymerisatie van PVC. Bron: Sansanorth/Shutterstock.com}

Een voorbeeld is het maken van een polymeer door vinylchloride te polymeriseren (zie figuur 4.2). Na de polymerisatie worden er kleine korreltjes gevormd, pellets genoemd. De pellets worden gebruikt voor het maken van andere producten, zoals emmers. Het hele proces, van de aardolie uit de grond halen tot aan het gieten van de emmers, is energie-intensief. Wel is aardolie een relatief goedkope grondstof.

Plastics voor verfemmers

Er zijn veel soorten plastic die allemaal nafta als grondstof gebruiken. In Nederland kennen we 7 groepen plastic. Deze groepen moeten apart gerecycled worden, omdat elke groep bestaat uit een net andere combinatie van polymeren met andere eigenschappen.

Voor verfemmers worden er twee groepen gebruikt. Ten eerste wordt HDPE (hoge dichtheid polyetheen) gebruikt. Dit is een polymeer van etheen (C₂H₄). Vanwege de hardheid is dit plastic geschikt voor emmers en kratten en andere harde verpakkingen. Ook PP (polypropyleen) wordt vaak gebruikt voor verfverpakkingen. Dit is een polymeer van propyleen. Het is een hard plastic dat vooral gebruikt voor bloempotten en (verf)verpakkingen.

Deze twee soorten plastic hebben goede eigenschappen om als verpakkingsmateriaal te functioneren. Zo zijn de verpakkingen water- en luchtdicht en hebben ze een lage dichtheid. Hierdoor blijft de verf lang goed en is de verfverpakking ook minder zwaar.

Thermoplasten en thermoharders
Alle plastics zijn in twee groepen onder te verdelen: thermoharders en thermoplasten. Thermoharders zijn ‘harde plastics’ en moeilijk te vervormen. Op mesoniveau liggen de polymeren als slierten langs elkaar en ze zijn ook onderling verbonden met 'crosslinks'. Die onderlinge verbinding zorgt ervoor dat thermoharders moeilijk te vervormen zijn (zie figuur 4.3).

^{Figuur 4.3 Mesoniveau van thermoharders en thermoplasten. Bron: petrroudny43/Shutterstock.com}

Thermoplasten daarentegen zijn ‘zachte plastics’. Ze zijn meestal wel hard en stevig op kamertemperatuur, maar wanneer ze verhit worden kunnen ze smelten en zijn ze makkelijk te vervormen. Hierdoor kunnen thermoplasten vaak gerecycled worden. Op mesoniveau zitten de polymeren langs elkaar, maar zijn ze niet onderling met elkaar verbonden. Bij verhitting kunnen de polymeren ook langs elkaar bewegen. Zowel PP als HDPE zijn thermoplasten.

Plastic verpakkingen in de fabriek
PP en HDPE worden vooral gebruikt als verpakkingsmateriaal voor verf. Wanneer de PP- en HDPE-korrels van de grondstoffenfabriek komen, moeten ze nog vervormd worden tot potten en emmers. Beide soorten plastic zijn thermoplasten en dus makkelijk te vervormen. Door de plastic korreltjes te smelten en het vloeibare plastic in een mal af te laten koelen, kunnen er verpakkingen gemaakt worden.

De verpakkingen gaan erg lang mee, omdat plastic moeilijk in de natuur afgebroken wordt. Dit is positief voor de verfemmer, maar minder goed voor het milieu. Plastic kan zich opstapelen en verschillende ecosystemen aantasten. Daarom is het belangrijk dat verpakkingen ingeleverd worden zodat ze gerecycled kunnen worden.

Meer weten?

Wil je je meer weten over hoe er uit aardolie plastic gemaakt wordt? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Verpakking van planten - Inleiding

Tegenwoordig zijn er ook plastic verpakkingen die gemaakt worden van plantaardig materiaal. Deze worden bioplastics genoemd.
Hoe verschillen bioplastics van de plastics die afkomstig zijn van aardolie? Hoe worden bioplastics gemaakt? En hoe kunnen bioplastics gebruikt worden om verf te verpakken?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Alles over bioplastics

Bioplastics zijn plastics van natuurlijke producten en ze worden al volop gebruikt. Zo zijn er plastics die gemaakt worden van aardappelzetmeel of mais, maar ook uit cellulose van planten of uit plantaardig afval (zie figuur 4.4). Deze synthetische biopolymeren kunnen op verschillende manieren worden gebruikt.

^{Figuur 4.4 Bioplastics kunnen gemaakt worden uit verschillende grondstoffen. Bron: VectorMine/Shutterstock.com}

Hoe worden bioplastics gemaakt?
Bioplastics worden gemaakt door de cellulose uit plantaardig materiaal te halen. Dit doe je door de suikers te extraheren, adsorberen en filtreren uit bijvoorbeeld aardappelen. De cellulose zijn lange polymeren die door chemische reacties terug opgebroken worden naar monomeren. Het isoleren van de monomeren is een intensief proces dat veel energie kost, maar wel een belangrijke stap voor het maken van bioplastics.

Deze monomeren vormen namelijk de basis van de plastics. Door polymerisatie vormen de monomeren lange ketens. Bij dit proces zijn vaak water en bindmiddel, meestal glycerol, nodig. Door het mengsel van monomeren, water en glycerol te verhitten, ontstaat er een dikke vorm plastic. Dit plastic kan vervolgens worden vermalen tot kleine korreltjes. Deze korrels kunnen worden omgesmolten en in een mal gebracht worden om een pot te maken. Het potje is te vergelijken met het plastic potje dat aardolie als basis heeft, alleen is de grondstof nu van plantaardig materiaal.

Bioplastics en biologisch afbreekbaar.
We denken vaak dat bioplastics altijd biologisch afbreekbaar zijn. Dat is echter niet altijd het geval. Of iets biologisch afbreekbaas is heeft te maken met de moleculaire structuur en de intermoleculaire krachten en niet met de grondstof. Net zoals bij plastic gemaakt van aardolie, kan bioplastic zo gemaakt worden dat het biologisch afbreekbaar is..

Verschil bioplastics en plastic gemaakt van aardolie

Bioplastics verschillen van ‘gewoon’ plastic omdat bioplastics van hernieuwbare bronnen gemaakt worden. Er zijn nog meer verschillen tussen bioplastics en plastics gemaakt van aardolie. Deze verschillen hebben effect op de toepassing van bioplastics.

^{Figuur 4.5 Polymeer van Melkzuur. Bron StudioMolekuul/Shutterstock.com}

^{Figuur 4.6. Polymeer van Propeen. Bron StudioMolekuul/shutterstock.com}

Het meest gebruikte bioplastic wordt gemaakt van het monomeer melkzuur (zie figuur 4.5). Dit kan een alternatief zijn voor het plastic polypropyleen (PP) (zie figuur 4.6). Tijdens het polymerisatieproces van deze verschillende monomeren ontstaan ook verschillende polymeren. Deze geven verschillende eigenschappen aan het plastic.

De verschillen op microniveau zijn ook waar te nemen op macroniveau: bioplastics zijn vaak stugger en minder flexibel doordat ze een geordende polymerenstructuur hebben waarbij er grotere intermoleculaire krachten zijn. Polypropyleen daarentegen is juist flexibeler omdat de lange polymeren langs elkaar kunnen bewegen. Dit zorgt ervoor dat het plastic ook flexibeler is.
Zo zijn er kleine verschillen tussen de twee soorten monomeren met grote effecten op de stofeigenschappen op macroniveau.

Eisen bioplastic

Bioplastic klinkt als een goed alternatief, maar kan het de gewone plastic emmers zomaar vervangen of zijn er nog zaken waar je rekening mee moet houden? Het grootste verschil zit vooral in het productieproces.

Bioplastic is een materiaal dat wordt gemaakt van natuurlijke grondstoffen, zoals planten. Het produceren van bioplastic kan CO₂-neutraal zijn, omdat de CO₂ die vrijkomt tijdens de productie, eerder is opgenomen door de planten waarvan het plastic is gemaakt. Wanneer nieuwe planten groeien, nemen deze opnieuw CO₂ op. Planten groeien relatief snel en kunnen dienen als hernieuwbare grondstof. Het is mogelijk om grondstoffen voor bioplastic dichtbij de fabriek te verbouwen, waardoor je het transport over lange afstanden reduceert.

Om bioplastic te verbouwen en te produceren is tijd, ruimte en mankracht nodig, waardoor de kosten hoger zijn dan bij plastics gemaakt van aardolie. De productie van bioplastic is technisch complex en bestaat uit meerdere stappen, waarbij vaak gisten, bacteriën en/of katalysatoren nodig zijn. Voor sommige stappen is ook veel energie nodig vanwege de hogere temperaturen. Het productieproces van bioplastic heeft momenteel een lager rendement dan dat van aardolieplastic.

Bioplastics die beschikbaar zijn voor gebruik als verpakkingsmateriaal tasten de verf niet aan, en de kwaliteit van de verf kan bijna volledig worden gegarandeerd. Er zijn echter andere soorten bioplastics die als verfverpakkingen kunnen worden gebruikt, maar het kost tijd en geld om de kwaliteit daarvan te waarborgen.

Meer informatie

Wil je meer weten over bioplastic? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Doe de studiekeuzetest op exactwatjezoekt.nl!

Gerecyclede verpakking - Inleiding

Er zijn al heel erg veel potten, bakken en emmers gemaakt om verf te verpakken. Zowel plastic als metalen verpakkingen kunnen worden gerecycled en dat kan op verschillende manieren. Door te recyclen hoeven er bijna geen nieuwe grondstoffen gebruikt te worden.
Maar wat houdt het recyclen in? Hoe kan de kwaliteit van de verf gegarandeerd worden? En hoeveel zal het recyclen kosten?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Direct hergebruiken van verfverpakkingen.

Het hergebruiken van verpakkingen is een manier van recycling die op het eerste gezicht gemakkelijk lijkt: “Is je verfpot leeg? Laat hem opnieuw vullen!” Er zijn alleen wel obstakels die het direct hergebruiken van verpakkingen lastig maken. De pot verf kan namelijk erg in kwaliteit zijn aangetast, bijvoorbeeld door corrosie (zie figuur 4.7), deuken of scheuren. Ook de verfresten die in de verf achterblijven zorgen ervoor dat het lastiger is om er zomaar nieuwe verf in te doen.

^{Figuur 4.7 Corrosie/het roesten van verfblikken tast de kwaliteit van de verfblikken aan. Bron: Shah.Azwan/Shutterstock.com}

Het direct hergebruiken van de pot is daarom niet de meest ideale oplossing. Hiervoor zouden de potten eerst gecontroleerd moeten worden op verfresten en andere onzuiverheden. Die controlestap moet je meenemen in je productiemodel. Ook moeten alle verpakkingen ingezameld worden, zodat ze gecontroleerd en hergebruikt kunnen worden.

Dit heeft natuurlijk invloed op de kosten en de kwaliteit voor het hergebruik. Alleen de goede potten die je bij de controle hebt geïdentificeerd, kun je opnieuw gebruiken.

Het direct hergebruiken van de verfverpakkingen is dus lastig. Een andere oplossing is het indirect hergebruiken van de verfverpakkingen. Je gaat dan de verfverpakking recyclen. Het recyclen kan op twee manieren (zie figuur 4.8).

_{Figuur 4.8 Twee manieren van recycling. Bron: VZ_Art/Shutterstock.com}

Mechanische recycling van verfverpakkingen

De eerste manier is mechanisch recyclen, waarbij de verpakkingen kapot worden gemaakt en gebruikt worden om nieuwe verpakkingen te maken terwijl er (bijna) geen nieuwe grondstoffen worden gebruikt. Een voorbeeld is het omsmelten van gebruikte blikken om er nieuwe blikken van te maken. De tweede manier is chemische recycling. Hierbij worden de oude verpakkingen teruggebracht naar de grondstoffen, zodat deze weer opnieuw gebruikt kunnen worden. Dit proces is intensiever dan de mechanische recycling.

Voor beide vormen van recycling is energie nodig, maar is deze hoeveelheid energie te vergelijken met de totale energie die nodig is om nieuw plastic te produceren? De totale energie die nodig is voor het produceren van plastic verpakkingen is afhankelijk van diverse factoren, zoals de soort verf (dichtheid), vervoersmogelijkheden en of er gerecycled plastic gebruikt wordt of niet. Het blijkt dat het mechanisch recyclen van plastic minder energie kost en dat er minder uitstoot is van broeikasgassen vergeleken met het gebruik van nieuwe grondstoffen. Hoe groot het verschil is, hangt af van de soort plastic.

Alles mechanisch recyclen kan helaas nog niet. Niet alle verpakkingen zijn hiervoor geschikt. Zo is mechanische recycling voor ‘zachte’ plastics makkelijker dan voor ‘harde plastics’. Dat betekent dat er een tekort aan verpakkingen is die mechanische gerecycled kunnen worden.

Chemische recycling van verfverpakkingen

De tweede manier is chemische recycling. Hiermee kun je juist de plastics recyclen die anders weggegooid worden.

Bij chemische recycling worden de kunststoffen teruggebracht naar de chemische bouwstenen. Afhankelijk van het soort recycling kan het gerecyclede product de vorm aannemen van de originele grondstof, of een verwerkte versie zoals nafta of monomeren. Met deze chemische bouwstenen kunnen er weer volop plastics gemaakt worden die dezelfde kwaliteit behouden. Er zijn verschillende manieren om chemisch te recyclen, zoals solvolyse, depolymeriseren, pyrolyse en vergassing.

^{Figuur 4.9 Verschillende methodes van recycling van plastics en hun plaats in de recycle cyclus. Bron Francoimage/Shutterstock.com.}

Bij pyrolyse wordt een mengsel van plastics in een zuurstofarme omgeving verhit. Hierdoor ontstaat er een ontledingsreactie waarbij er gas en nafta wordt geproduceerd. Deze nafta kun je dan gebruiken om monomeren te maken en vervolgens polymeren.

Chemische recycling kan een oplossing bieden voor de afnemende kwaliteit die bij mechanische recycling plaatsvindt. De recyclingprocessen zoals pyrolyse en vergassing zijn ook goed onderzocht en kunnen op relatief korte termijn ingezet worden. Wel zal er nog tijd geïnvesteerd moeten worden om de processen in de verfindustrie te krijgen.

Chemische recycling is een investering. Je moet de chemische recyclinginstallatie bouwen, onderhouden en voorzien van energie en veiligheid. Dat kan een grote kostenkost zijn. Daarnaast gebruiken veel chemische recycling processen ook een katalysator om het proces beter te laten verlopen. Deze katalysatoren gaan niet eeuwig mee en verliezen hun functionele eigenschappen bij langdurig en herhaaldelijk gebruik. Momenteel wordt er veel onderzoek gedaan naar chemische recycling. Hierdoor kan het zijn dat bovenstaande problematiek over een paar jaar verleden tijd is.

Meer informatie

Wil je meer weten over hoe verfverpakkingen gerecycled kunnen worden? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Verpakking van metaal - Inleiding

Veel soorten verf kun je ook in metalen verpakkingen bewaren. Deze blikken zijn meestal gemaakt van staal of aluminium. De blikken kunnen gerecycled worden en zijn lekker stevig.
Waar komen de metalen blikken vandaan? Hoe worden er blikken verf gemaakt van metaal? En wat voor eigenschappen hebben blikken verpakkingen voor verf?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

Hoe het aluminium verfblik gemaakt wordt

De blikken die gemaakt worden van staal en aluminium vinden hun oorsprong in de aardkorst. Hierin zitten verschillende soorten erts, de basis van deze metalen. Deze moeten natuurlijk wel gewonnen worden.

Aluminium is alleen als verbinding in de natuur te vinden. Aluminium kun je winnen uit het gesteente bauxiet, dit is de ertsvorm van aluminium. Hier kan tussen de 30% en 54% aluminiumoxide in zitten. De bauxiet wordt afgegraven en vervolgens wordt de aluminiumoxide op locatie uit de bauxiet gehaald. Hiermee bespaar je transport- en energiekosten. Niet gebruikte materialen worden gebruikt om de grond weer op te vullen.

Het scheiden van aluminiumoxide uit het bauxiet gebeurt via het Bayerproces (zie figuur 4.10). Bij dit proces wordt het bauxiet aangevoerd, fijngemalen en in een vat gedaan met warm natronloog. De aluminiumoxide lost op in het natronloog, de rest blijft achter. De slurry bestaande uit aluminiumoxide en natronloog wordt gefiltreerd en verder verwerkt.

^{Figuur 4.10. Blokschema van de verwerking van bauxiet tot aluminiumoxide}

De slurry van aluminiumoxide en natronloog wordt langzaam afgekoeld. Hierdoor ontstaan kleine witte kristallen die langzaam groter worden. Wanneer groot genoeg zijn, zakken ze naar de bodem. De laag witte kristallen kan zo worden overgepompt naar een andere tank die de oven in gaat. In de oven verdampt de laatste natronloog. De aluminiumoxide wordt, als wit poeder, opgevangen en getransporteerd naar de havens waar het verder vervoerd kan worden naar de volgende fabriek om er zuiver aluminium van te maken.

Deze aluminium wordt gebruikt om blikken van te maken. Aluminium is een relatief dure optie, vandaar dat de meeste blikken van staal worden gemaakt.

Hoe het stalen verfblik gemaakt wordt

Staal wordt gevormd uit ijzererts. IJzererts is een erts dat in de aardkorst te vinden is. Zo’n 5% van de aardkorst bestaat uit ijzererts, waardoor het een van de meest voorkomende metaalerts is. Het meeste ijzererts wordt gewonnen in Australië, Brazilië, India en China.

^{Figuur 4.11 Bovengrondse mijnbouw. Bron: William Luque/Shutterstock.com}

Het ijzererts wordt gewonnen door bovengronds te mijnen (zie figuur 4.11). De grond wordt losgemaakt door het te laten exploderen. Vervolgens worden de stukken afgegraven en getransporteerd naar de havens om naar de juiste fabrieken gebracht te worden.

Het verwerkingsproces bestaat uit twee delen: eerst moet er van ijzererts staal gemaakt worden. Daarna moet dit staal zo aangepast worden dat het een verfblik wordt.

Van ijzererts naar staal
Het ijzererts wordt als zwart glimmend zand vervoerd naar een pellet- en sinterfabriek. Om sinters te maken wordt het ijzererts met water en kalk op een lopende band gelegd en afgebakken tot een poreuze koek. Deze koek wordt gebroken waardoor er luchtig gesteente ontstaat. Bij de pelletfabriek wordt het ijzererts-zand gemengd met water en bindmiddel om er ronde knikkers van te maken.

Deze pellets en sinters worden vervolgens om en om in een hoogoven gedaan. De oven blaast vanuit de onderkant hete lucht van 1200 °C. In het midden van de oven kan de temperatuur wel 2300 °C worden. Bij deze hoge temperatuur smelten de pellets en sinters. Op de bodem komen de gesmolten pellets en sinters samen. Deze vloeistof wordt in een grote pan gebracht. De volgende stap is het toevoegen van schroot en zuurstof. Het totale mengsel dat overblijft noemen we staal.

Stalen verfblik
De pan met staal ondergaat nog wat nabewerkingen en kwaliteitscontroles. Als het staal goed is, wordt het op een lange plank uitgegoten zodat er een laag staal ontstaat. De dikke stalen laag wordt dunner gemaakt met rollers die met water gekoeld worden. Hoe dunner de stalen plakken worden, hoe langer ze worden. Wanneer de dikte van de plak ongeveer 2 mm is, kan deze worden opgerold (zie figuur 4.12).

^{Afbeelding 4.12 Staalrollen die klaar zijn om verwerkt te worden tot verfblikken. Bron Vladimir Mulder/Shutterstock.com}

Voor een verfblik moet er ook een laagje tin aan de binnenkant zitten. Afhankelijk van de soort fabriek wordt dit gedaan vóór het oprollen, of bij het maken van het verfblik. Het laagje tin zorgt ervoor dat het staal niet wordt aangetast door de verf (en andersom).

De rollen staal gaan vervolgens naar de blikkenfabriek waar ze geknipt, gebogen en samengebonden worden om verfblikken en deksels te maken. De stukken staal die overblijven kun je weer omsmelten naar nieuwe plakken staal. Omdat staal dus kan worden omgesmolten en hergebruikt, kunnen oude verfblikken ook makkelijk gerecycled worden.

Meer informatie

Wil je meer weten over metalen blikken? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Verpakking

Afval - Algemene informatie

Bij de productie van verf heb je ook afval. Dat is in twee groepen te verdelen: vast afval en vloeibaar afval.

Bij jouw verffabriek produceer je op twee manieren vast afval. De eerste vaste afvalstroom komt uit de fabriek. Daarbij kun je denken aan plastic, papieren en blikken verpakkingen waarin je grondstof worden geleverd, de afgekeurde verf(producten) en afval dat ontstaat bij het testen van verf. De tweede vaste afvalstroom is afkomstig uit de kantoren en kantines. Dit lijkt meer op het afval dat je thuis ook hebt, zoals oud papier, etensresten of voedingsverpakkingen.

Jouw fabriek heeft ook vloeibaar afval. Dit afval bestaat voornamelijk uit afvalwater uit verschillende stromingen. Zo wordt er water gebruikt om machines te koelen (koelwater) en schoon te maken en is er water nodig voor de productie van verf. Ook in het lab wordt water gebruikt, bijvoorbeeld voor het spoelen. En er is water dat in het kantoor en de kantine wordt gebruikt, bijvoorbeeld voor het doorspoelen van de toiletten. De verschillende afvalstromingen zijn hieronder afgebeeld in figuur 6.1.

^{Figuur 6.1 Soorten afval in de verffabriek.}

Je moet voor al deze soorten afval keuzes maken. Welke beslissing je neemt, heeft invloed op de starttijd van je fabriek, de duurzaamheid, de kosten en de kwaliteit van je verf.

Jouw opdracht

Weggooien of recyclen? Of allebei? Wat zijn de voor- en nadelen? Lees de informatie hierover en maak vervolgens jouw keuze.

Afval weggooien - Inleiding

Je kunt ervoor kiezen om jouw afval weg te gooien. Het vaste afval gooi je dan bij het restafval en het vloeibare afval voer je af naar het waterzuiveringsinstallatie van de waterschappen. Een gedeelte van het vloeibare afval moet je al verplicht zuiveren op je productielocatie.
Maar wat gebeurt er eigenlijk met het afval nadat het jouw fabriek heeft verlaten? En wat zijn de gevolgen hiervan?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

De verwerking van restafval in een afvalverbrandingsfabriek

Bij deze keuze wordt al jouw vaste afval weggegooid bij restafval. Hierbij heb je dus constant nieuwe grondstoffen nodig, waardoor je nog steeds een lineaire productieproces hebt. Jouw afval heeft hierdoor geen invloed op de rest van je productieproces en het beïnvloedt de kwaliteit van je verf niet.

Wanneer jouw afval in de restafvalcontainer zit, begint de verwerking van dit afval. De container wordt opgehaald en naar de loshal van een afvalverbrandingsfabriek gebracht. Het verwerkingsproces gebeurt in verschillende stappen. Deze stappen zie je afgebeeld in figuur 6.2.

_{^{Figuur 6.2 Het verwerkingsproces van de afvalverbrandingsfabriek weergegeven in een blokschema}}

Het afval wordt vanuit de loshal naar de oven geleid op een met watergekoelde lopende band. Koelwater zorgt ervoor dat de lopende band, die het afval door de verbrandingsoven leidt, tegen de hitte kan en geen schade oploopt. Om de verbrandingsreactie goed te laten verlopen, wordt er voldoende zuurstof aan de oven toegevoegd.
Uit de verbrandingsoven komen verschillende restproducten, zoals het koelwater dat nu warm geworden is en uit de lopende band wordt gehaald. Dit warme water wordt gebruikt om elektriciteit te produceren of wordt aan het warmtenet geleverd. De verbranding heeft ook bodemas opgeleverd. Dit wordt gebruikt als ophoogmiddel in de wegenbouw, maar het gedeelte wat niet gebruikt wordt, wordt gestort. Bij bodemas is het belangrijk dat de afvalverwerkers maatregelen nemen om bodemverontreiniging tegen te gaan.
Ook komen er na de verbranding verschillende gassen vrij. Deze worden opgevangen en verder in het afvalverwerkingsproces verwerkt. De gassen worden zoveel mogelijk gereinigd. Kleine, vaste deeltjes worden uit de rook gefilterd en opgevangen. Hierdoor ontstaat er vliegas. Dit wordt gebruikt als opvulmiddel voor asfalt. De overige gassen moeten ook zo weinig mogelijk milieuschade veroorzaken. Hiervoor is water en ammonia nodig. Zo ontstaat er onder andere stikstofgas, waterdamp en waswater met daarin opgelost zwaveldioxide en zoutzuren. De gassen die vrijkomen bij een verbrandingsreactie zijn oxiden. De meeste oxiden komen na de zuivering de lucht in. Voorbeelden van oxiden zijn stikstofoxiden (NO_x), koolstofoxide (CO_x) en waterdamp (H₂O). Deze gassen leveren een bijdrage aan het versterkt broeikaseffect.

Nadat het afval is verbrand, is het volume van het afval sterk afgenomen. Waar voorheen grote stortplaatsen nodig waren, blijven er na de verbranding alleen bodemas en volle (gas)filters over die gestort worden. Het afval neemt veel minder ruimte in beslag, maar de impact van het gestorte afval op het milieu moet wel constant gecontroleerd worden.

Verwerking van vloeibaar afval door de waterzuivering

In de fabriek is water nodig voor het spoelen van de apparaten en het schoonmaken van ruimtes. In dit afvalwater zitten verfresten en schoonmaakmiddelen. Je bent verplicht om dit afvalwater te zuiveren en dat moet je doen in de fabriek zelf. Je moet chemicaliën, zoals verfresten, uit het water zuiveren. Dit proces wordt uitgebreider uitgelegd in het onderdeel ‘Combinatie van weggooien en recycling'.

Koel- en afvalwater uit de kantoren kan wel direct afgevoerd worden naar het riool. Dit water wordt schoongemaakt via de waterzuivering van de waterschappen.

^{Figuur 6.3 Blokschema waterzuivering bij de waterschappen}

In figuur 6.3 is het proces van waterzuivering van waterschappen te zien. Deze waterzuivering gebeurt ook in verschillende stappen:

Eerst wordt het afvalwater gezeefd van grote onzuiverheden (zoals wc-papier). De grote afvalstukken worden bij het restafval gegooid.
Vervolgens komt het water in de bezinkingstank. Het water staat voor een lange periode stil. Deeltjes met een hoge dichtheid zakken naar de bodem en hopen daar op. Hierdoor ontstaat er slib. Het slib wordt naar een slibgistingtank geleid en vervolgens gebruikt in andere productiestromingen.
Het water komt daarna in de beluchtingstank. In zo’n tank worden zuurstof en bacteriën aan het water toegevoegd. De bacteriën ‘eten’ met behulp van zuurstof het water schoon. Hierdoor wordt actief slib (slib met bacteriën) gevormd. Dit actieve slib, vermengd met water, wordt naar de nabezinktank geleid.
In een nabezinktank zakt het actieve slib naar de bodem. Het actieve slib wordt behandeld waardoor de bacteriën vrijkomen en weer gedeeltelijk teruggeleid kunnen worden naar de beluchtingstank. Het overgebleven slib wordt afgevoerd en gebruikt in andere productiestromingen.
Het nu gezuiverde water wordt geloosd in het oppervlaktewater.

Door de zuivering van rioolwater komen er geen verontreinigingen in het milieu. De waterschappen zitten door het hele land en elke riolering is aangesloten op een zuivering van de waterschappen. Hierdoor kun je in jouw fabriek gelijk gebruikmaken van deze zuivering.

Meer informatie

Wil je meer weten over afvalverwerking en waterzuivering? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Combineren van weggooien en recyclen van afval - Inleiding

Een andere manier om het afval uit jouw fabriek te verwerken, is het vaste afval recyclen. Ook kun je een gedeelte van het afvalwater recyclen door meer zuiveringsinstallaties te bouwen bij je eigen fabriek. Maar wat houdt het recyclen in? Wat voor gevolgen heeft dit? En hoe kun je zelf je water zuiveren en gedeeltelijk hergebruiken?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek zelf jouw conclusies.

Gebruik maken van bestaande recycle stromingen

Het afval afkomstig uit jouw fabriek bevat meestal nog bruikbare stoffen. Het heeft voordelen om deze bruikbare stoffen uit het afval te halen en te hergebruiken. Hergebruik betekent dat je niet telkens nieuwe grondstoffen hoeft te gebruiken.

Afval kan gemakkelijk gescheiden worden in de fabriek en het kantoor. Dit kan door afvalbakken te plaatsen waar iedereen zijn plastic-, organisch, papier- en restafval in weggooit. Deze afvalbakken worden opgehaald en naar de juiste verwerkingsfabrieken gebracht. Door het afval gescheiden te verzamelen en af te leveren kan het verwerkt worden in bestaande recyclingstromingen. Het afval dat niet gerecycled kan worden, belandt bij het restafval en gaat naar de afvalverbrandingsfabriek gaan (zie “Alles weggooien voor extra uitleg over de afvalverbrandingsfabriek).

Recycle stromen

^{Figuur 6.4 Voorbeeld van afval scheiden bij de bron. Bron: denayunebgt/Shutterstock.com}

Het recyclen van afval wordt al best veel gedaan. Voorbeelden zijn papier en plastic. Helaas kan nog niet alles worden hergebruikt.
Bij plastics is er een klein gedeelte dat nog niet gerecycled kan worden. Dit heeft te maken met het soort plastic. Plastics zijn onder te verdelen in twee groepen. De eerste groep zijn thermoplasten. Dit zijn ‘zachte’ vervormbare plastics die makkelijk te recyclen zijn. Wanneer thermoplasten verwarmd worden, smelten ze. Hierdoor kunnen ze gemakkelijk worden omgevormd voor nieuwe toepassingen en producten. De tweede groep zijn thermoharders. Dit zijn de ‘harde’ niet-vervormbare plastics. Deze plastics zijn moeilijk te recyclen doordat ze niet kunnen worden omgesmolten. Deze groep plastics beland meestal bij het restafval waarna ze verbrand worden. Bij deze verbrandingen komen er veel broeikasgassen vrij, wat een negatieve impact heeft op het milieu.

Het plastic en papier dat wel gerecycled kan worden, wordt vaak gebruikt in andere producten. Zo wordt een plastic verfemmer gerecycled naar een pedaalemmer en kartonnen dozen naar papier. De kwaliteit van het soort plastic en papier gaat bij het recyclingproces wel naar beneden. Omdat de kwaliteit naar beneden gaat, wordt het recyclingproces downcycling genoemd (zie figuur 6.5). Deze manier van hergebruik verlengt levensduur van de grondstoffen. Uiteindelijk is de kwaliteit na een aantal keren recycling wel zo ver afgenomen, dat de stoffen bij het restafval belanden en verbrand worden.

^{Figuur 6.5 Recyclen kan op verschillende manieren, wanneer de kwaliteit wordt beïnvloed wordt dit aangeven. Bron: Anson_shutterstock/Shutterstock.com}

Afgekeurde verf recyclen
Een deel van het vaste afval kan bestaan uit afgekeurde verf. Deze verf voldoet dan niet aan de kwaliteitseisen die de fabriek gesteld heeft. In plaats van deze verf weg te gooien, kun je deze verkopen als B-optie. De prijs van die verf is lager en met een kleine aanpassing (zoals een ander label) kan de consument deze verf toch nog gebruiken in plaats van dat jij het moet weggooien.

Waterzuivering op locatie

Het afvalwater wordt in verschillende categorieën verdeeld. Sommige stromingen komen niet in contact met verf, zoals water dat gebruikt wordt in de kantine of de toiletten en koelwater van de machines. Water dat wordt gebruikt om machines schoon te maken (het spoelwater) wordt wel verontreinigd. Deze verontreiniging moet uit het water gehaald worden, voordat het naar het riool gaat.

Verfresten uit het water halen.
De verontreinigingen in het spoelwater worden met een zuiveringsinstallatie gereinigd. Een voorbeeld van een zuiveringsinstallatie die de verffabriek zelf gebruikt wordt, is te zien in figuur 6.6. In deze installatie worden verschillende scheidingsmethodes toegepast.

^{Figuur 6.6 Blokschema waterzuivering bij de fabriek}

Het water wordt eerst gefiltreerd. Op deze manier worden kleine vaste verfdeeltjes, zoals pigmenten of vulstoffen, uit het water gehaald.
Daarna wordt het water samengevoegd met een adsorptiemiddel. Deze gaan een reactie aan met het chemische afval dat nog in het water zit. De chemische verontreinigingen ‘plakken vast’ aan het adsorptiemiddel. Hierdoor ontstaan er grotere deeltjes.
Tenslotte wordt het water in een vat gebracht waar het kan bezinken. Door het verschil van dichtheid kunnen de vloeistoffen/vaste stoffen met hogere dichtheid gescheiden worden van het water. De deeltjes met een hogere dichtheid dan water zinken naar de bodem. Het water dat afgeschonken wordt, kan via het riool de fabriek verlaten.

Uitbreiding van de eigen waterzuivering.
De waterzuivering op locatie is specifiek gemaakt om verfafval en chemicaliën uit de fabriek grondig te verwijderen uit het water. De fabriek bezit deze waterzuivering al. Wel kan de fabriek een gedeelte van het gezuiverde water opnieuw gebruiken. Hiervoor moet er geïnvesteerd worden in een systeem dat het gezuiverde water terugleidt naar de fabriek. Om ervoor te zorgen dat het water van goede kwaliteit is, kan er ook geïnvesteerd worden in een kwaliteitscontrole.

Meer informatie

Wil je meer weten over recycling en waterzuivering op locatie? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Afval recyclen - Inleiding

Een optie om je afval te verwerken, is het opnieuw gaan gebruiken. Hierbij wordt jouw afval dus weer een nieuwe grondstof. Deze manier van recyclen wordt ook wel circulaire genoemd, maar wat houdt dat nou precies in? Hoe kun je een industrie circulair maken? En wat betekent dit voor jouw fabriek?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek zelf jouw conclusies.

Circulair proces in de verfindustrie

^{Figuur 6.7 Vergelijking van cradle-to-cradle economie en lineair/recycle economie. Bron m.malinika/shutterstock.com.}

Een circulaire - of cradle-to-crade economie (zie figuur 6.7) is gebaseerd op natuurlijke processen: in de natuur bestaat geen afval, alles wordt hergebruikt. Dit principe kun je ook toepassen in de verfindustrie. Dat houdt in dat de vorm van productie, consumptie en recycling zo is ingericht dat alle producten - ook het ‘afval’ - opnieuw gebruikt worden als grondstoffen voor het maken van nieuwe producten. In een circulaire economie gaan er dus geen grondstoffen verloren.

Dus bij een afgesloten circulaire economie worden geen nieuwe grondstoffen meer toegevoegd en is de levensloop van de producten verlengd. Zo is er minder druk op de grondstofwinning, wat de impact op het milieu drastisch kan verminderen. Het productie- en consumptieproces van verf kun je ook circulair maken, maar je hebt wel verschillende uitdagingen:

Het heeft tijd nodig

Het kost veel tijd kost om alle productiestromen circulair te maken. Dit komt enerzijds omdat je moet gaan samenwerken met bedrijven en organisaties en anderzijds moet je onderzoek moet doen naar de herbruikbaarheid van de grondstoffen.

Je moet investeren

Behalve de tijd die het kost om een circulaire economie op te zetten, moet je ook investeren. Zo moeten veel producten en ontwerpen aangepast worden, zodat ze makkelijker te recyclen zijn. Daarnaast moet je ook onderzoek doen om de kwaliteit van de producten te garanderen. Er is nog geen garantie dat de kwaliteit van de producten op hetzelfde niveau blijft.

Er zijn nieuwe recycle-methodes nodig

De meeste recycle-methodes die nu gebruikt worden, verlagen de kwaliteit van de gerecyclede producten. Dit noemen we downcycling. Er moeten nieuwe recycle-methodes komen die dit kwaliteitsverlies beperken. Deze nieuwe methodes moeten nog onderzocht worden. Ook zijn er stoffen, zoals thermoharders waar nu nog geen manier voor gevonden is om deze te recyclen. Voor dit soort stoffen moet een manier gevonden worden om ze te recyclen waardoor ze niet meer bij het restafval belanden.

Het vraagt een gedragsverandering van de consumenten

De overstap naar een circulair proces vraagt een verandering van het consumentengedrag. Consumenten moeten de keuze maken om (duurdere) cradle-to-cradle producten te kopen en ze moeten gestimuleerd worden om deze op de juiste manier in te leveren.

Circulair watergebruik in de verfindustrie

Bij jouw verffabriek wordt er voor verschillende toepassingen veel water gebruikt. Na gebruik wordt dat water gezuiverd en vervolgens geloosd in het riool. Je gebruikt op die manier telkens nieuw water. We noemen dit lineair watergebruik. Je kunt dit met de nodige aanpassingen omzetten naar circulair watergebruik. Dan ontwerp je je fabriek zodanig dat je het water telkens opnieuw kunt gebruiken. Hiervoor heb je een zuiveringsinstallatie nodig om de kwaliteit van het water te behouden.

Voorbeelden circulair watergebruik
Een voorbeeld van een circulair productieproces is het hergebruiken van koelwater. Koelwater gebruik je bijvoorbeeld om de temperatuur van verschillende machines te verlagen. Dit water bevat veel warmte en deze warmte kun je opnieuw gebruiken. Via een warmte-uitwisseling (zie figuur 6.8) kan het warme koelwater gebruikt worden om bijvoorbeeld de fabriek, kantoren en laboratoria te verwarmen. Wanneer het koelwater weer koud is, kan dit hergebruikt worden voor het koelen van de machines. Op deze manier blijven de machines altijd koel en het kantoor altijd warm, zonder dat er elke keer nieuw water nodig is of dat je de verwarming moet aanzetten.

^{Figuur 6.8 Warmtewisselaar. Bron VectorMine/Shutterstock.com}

Een ander voorbeeld is het hergebruiken van spoelwater. Dit spoelwater wordt al verplicht gezuiverd van verfresten op locatie. Door de zuiveringsinstallatie uit te breiden, kun je ook andere stoffen (die er normaal bij de waterzuivering van de waterschappen uit gehaald worden) verwijderen uit het water. Dit water kan dan hergebruikt worden binnen de fabriek.

Aanpassingen binnen de fabriek
Om het water circulair te maken, moet er een grote watertank bij de fabriek staan. Alle waternetwerken moeten worden aangesloten op deze tank. Uit de tank kan water gebruikt worden. Na gebruik wordt het water intensief gezuiverd op locatie en weer teruggebracht naar de tank. Een klein gedeelte van het water gaat uit de kringloop (bijvoorbeeld het water dat je drinkt of water dat verdampt), dus de tank zal soms moeten worden aangevuld met nieuw water, maar een groot gedeelte kun je dus hergebruiken.

Om jouw fabriek helemaal circulair te maken op het gebied van watergebruik, moet de fabriek tijdelijk stilgelegd worden. Met een tijdelijke fabrieksstop heb je de mogelijkheid om het waternetwerk aan te passen naar een circulaire vorm. Deze investering bedraagt het (op)nieuw aanleggen van waterleidingen, het plaatsen van een uitgebreide waterzuivering en het houden van waterkwaliteitscontroles. Ook is er onderzoek nodig om de kwaliteit van de verf te garanderen. Het is nog niet duidelijk of het hergebruiken van water op lange termijn invloed heeft op de kwaliteit van de verf. Dat moet eerst onderzocht worden.

Meer informatie

Wil je meer weten over recycling en circulariteit? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Afval

Uitleg

Weggooien

Weggooien + recyclen

Recyclen

Vervoer - Algemene informatie

Je hebt je verfpotten nu geproduceerd waarbij je hebt nagedacht over grondstoffen, energieverbruik, bindmiddelen, pigmenten en de verpakking. Maar dan ben je er nog niet. Je bent ook afhankelijk van vervoer. De grondstoffen die naar jouw fabriek moeten komen, maar ook de distributie van jouw verf naar de winkels en distributiecentra. Het meeste transport gebeurt met vrachtwagens.

Er zijn verschillende soorten brandstoffen waarop je vrachtwagens kunt laten rijden. Zo zijn er vrachtwagens die op diesel en biodiesel rijden, maar er zijn ook elektrische vrachtwagen en vervoer waarbij waterstof wordt gebruikt.

Als je een keuze maakt, moet je rekening houden met verschillende aspecten zoals de kosten, de beschikbaarheid van de brandstof en het vervoersmiddel. Jouw verffabriek zal veel transport hebben in Nederland, maar misschien moeten er ook vrachtwagens rijden naar Frankrijk of Duitsland. Ook in deze landen moet de brandstof beschikbaar zijn.

De keuze van het vervoer heeft invloed op de duurzaamheid van je fabriek, de kosten die je moet maken en wanneer je fabriek kan starten.

Jouw opdracht

Lees de gegeven informatie en vind de voor- en nadelen van de verschillende keuzes. Maak daarna je keuze: op welke brandstof gaan jouw vervoerders rijden?

Vervoer met diesel - Inleiding

Diesel is één van de bekendste brandstoffen voor auto’s en vrachtwagens. Bij bijna alle tankstations in de wereld kun je diesel tanken. Maar waar komt diesel eigenlijk vandaan? Diesel wordt gemaakt van ruwe aardolie.

Hoe wordt diesel gemaakt uit ruwe aardolie? Wat zijn de voor- en nadelen van het gebruik van diesel? En hoe ziet de toekomst voor diesel eruit?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

De winning van aardolie

Diesel wordt gemaakt uit ruwe aardolie. Deze ruwe aardolie is de grondstof voor heel veel producten.

Ruwe aardolie
Aardolie ontstaat doordat miljoenen jaren geleden resten van organismen (planten en plankton) op de zeebodem lagen. Deze zijn bedekt geraakt met zand, grind en klei. Deze omstandigheden zorgen voor een hoge druk en temperatuur. Door verschillende chemische processen ontstaat na miljoenen jaren de aardolie zoals we die nu gebruiken (zie figuur 5.1). Veel aardolie zit op de bodem van de zee, maar sommige reservoirs zijn ondertussen boven water gekomen: Bijvoorbeeld het grote aardreservoir in het Midden-Oosten of in Zuid-Oost-Drenthe. De ruwe aardolie wordt opgepompt en vervoerd naar speciale fabrieken om verwerkt te worden.

^{Figuur 5.1 Versimpelde weergave van het ontstaan van aardolie. Bron: ivector/Shutterstock.com}

^{Figuur 5.2 Gefractioneerd destilleren van aardolie. Bron White_Space_Illustrations/Shutterstock.com}

Gefractioneerd destilleren
Ruwe aardolie bestaat uit verschillende koolwaterstoffen. Speciaal daarvoor ingerichte fabrieken scheiden deze ruwe aardolie in fracties met behulp van gefractioneerd destilleren. Deze scheidingsmethode werkt voor mengsels waarbij de stoffen verschillende kookpunten hebben. Het kookpunt van de verschillende koolwaterstoffen in aardolie wordt onder andere bepaald door de grootte van de moleculen. De aardolie wordt verwarmd en in een hoge toren gebracht. De temperatuur in de toren zakt langzaam, zodat je fracties krijgt. Bij elke fractie condenseren andere stoffen (zie figuur 5.2). De gescheiden stoffen hebben allemaal een plek gevonden in onze samenleving. Zo ook diesel, die uit één van de fracties van de gedestilleerde aardolie komt.

Ruwe aardolie uit de grond pompen tot aan het verwerken naar fracties, is een proces dat al lang gebruikt wordt. Hierdoor is de kwaliteit van de aardolie goed en is het als fossiele grondstof relatief goedkoop.

De verbrandingsreactie van diesel

Diesel wordt uit aardolie gehaald en gebruikt als brandstof voor vrachtwagens. Diesel bestaat uit verschillende koolwaterstoffen. Deze ondergaan een verbrandingsreactie waarbij er gassen, zoals CO₂en H₂O, vrijkomen. Deze verbrandingsreactie is een exotherme reactie en daar komt energie bij vrij. De energie wordt gebruikt om de vrachtwagens te laten rijden. Een voorbeeld van een molecuul dat in diesel aanwezig kan zijn is het molecuul C₁₄H₃₀. Als dit molecuul een volledige verbranding ondergaat, geldt de volgende reactievergelijking:

2 C₁₄H₃₀ + 43 O₂ --> 30 H₂O + 28 CO₂.

Bij een onvolledige verbranding ontstaan er ook andere producten zoals koolstofmonoxide en roet. Het is afhankelijk van de beginstoffen wat de uiteindelijke reactieproducten zijn. Bij het verbranden van diesel ontstaan er verschillende reactieproducten. Reactieproducten zoals koolstofdioxide en waterdamp zijn broeikasgassen. Dit zijn gassen die invloed hebben op het broeikaseffect. De gassen zijn nodig om de temperatuur op aarde stabiel te houden. Helaas komen er bij de verbranding van diesel meer van deze broeikasgassen in de atmosfeer. Hierdoor wordt er te veel warmte vastgehouden en wordt de aarde warmer: versterkt broeikaseffect.

Diesel in de maatschappij

Diesel wordt al jarenlang gebruikt in onze maatschappij en miljarden liters zijn al verbrand. Lange tijd bestond het straatbeeld voornamelijk uit dieselwagens en diesel als brandstof kun je nog steeds bij elk tankstation kopen.

Over het algemeen geldt dat diesel - vergeleken met alternatieven - nu nog een relatief goedkope brandstof is. De prijs schommelt en is afhankelijk van de internationale handel van aardolie. Die prijs kan oplopen als je de voorraad van ruwe aardolie meerekent. Ruwe aardolie is een fossiele brandstof en met onze huidige levensstijl en brandstofgebruik halen we meer aardolie uit de grond, dan dat er bijgevuld wordt. In de toekomst zal de olie dus opraken en dit heeft invloed op de prijs.

Ook worden er vanuit de overheid steeds meer restricties gelegd op wagens die op diesel rijden. Zo moet diesel bij de tankstations nu al met minimaal 10% biodiesel (B10) gemengd worden. Ook zijn er speciale milieuzones in Nederland waar dieselwagens met een specifieke emissie indicatie niet meer mogen rijden. Of te wel: heb je een oudere diesel die veel uitstoot geeft, dan kan je niet meer overal naartoe rijden. Ten slotte zijn er ook internationale maatregelen. Zo wordt er gesproken over Europese wetgeving die het produceren van diesel en (benzine)wagens vanaf 2035 zou moeten verbieden.

Meer informatie

Wil je meer weten over ruwe aardolie en diesel? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Is een natuurprofiel iets voor jou? Doe de check op exactwatjezoekt.nl!

Vervoer met biodiesel - inleiding

Een alternatief voor diesel (gemaakt uit ruwe aardolie) is biodiesel (gemaakt uit plantaardig materiaal). Het plantaardig materiaal bestaat uit afval van de voedselindustrie, houtafval of planten.
Maar hoe wordt biodiesel gemaakt? Wat is het voordeel en nadeel ten opzichte van de diesel uit ruwe aardolie? Kunnen jouw dieselvrachtwagens rijden op 100% biodiesel?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

De productie van biodiesel

^{Figuur 5.3 Versimpelde weergaven van productieproces biodiesel. Bron: VectorMine/Shutterstock.com}

De productie van biodiesel vindt in verschillende stappen plaats (zie figuur 5.3). Het begint bij het verzamelen of verbouwen en oogsten van de grondstoffen. Deze grondstoffen worden in chemische fabrieken verwerkt tot biodiesel waarna het naar een tankstation wordt vervoerd.

Chemische samenstelling
Biodiesel is een alternatief voor gewone diesel. Voor de productie van biodiesel worden plantaardige oliën en vetten gebruikt. Door verschillende reacties reageren de oliën tot een mengsel dat wij biodiesel noemen. Dit mengsel verschilt op moleculair niveau weinig van gewone diesel. Beide moleculen bestaan voornamelijk uit lange ketens koolstof en waterstofatomen. Biodiesel heeft echter ook zuurstofatomen.

Doordat het verschil relatief klein is, kunnen de meeste dieselwagens gemakkelijk overstappen op biodiesel. Er zijn echter motoren die de stroperigheid van de biodiesel niet aan kunnen.

Verbranding
Ook bij biodiesel vindt er een verbrandingsreactie plaats. Bij een volledige verbranding zal de reactie er als volgt uit zien:

4 C₁₇H₃₅O₂ + 99 O₂ --> 68 CO₂+ 70 H₂O

Zoals je ziet in de reactievergelijking is bij de verbranding van biodiesel ook uitstoot van broeikasgassen. Deze broeikasgassen komen in de atmosfeer. Toch wordt biodiesel gezien als een duurzame optie. Dit heeft te maken met de productie van biodiesel.

Duurzaamheid van biodiesel

Biodiesel heeft een CO₂-uitstoot. Deze is bijna hetzelfde als de diesel gemaakt van aardolie. Toch is er een belangrijk verschil tussen de twee. Dit verschil komt duidelijk naar voren bij het productieproces.

Ten eerste kan er afval gebruikt worden vanuit de voedselindustrie. Het voordeel van gebruik van dit afval als grondstof voor de diesel, is dat hierdoor bruikbare grondstoffen worden hergebruikt in plaats van verbrand. Het nadeel is dat er alsnog extra CO₂-uitstoot kan zijn bij het vervoeren en verwerken van het afval tot biodiesel. Daarnaast verschillend de kosten voor dit proces. Soms lopen deze kosten hoog op, waardoor de biodiesel relatief duur wordt. De kosten worden bepaald door de beschikbaarheid van de grondstoffen en de energiekosten.

In plaats van het gebruiken van afval uit de voedselindustrie, kun je de grondstof voor de biodiesel ook zelf maken. Een voorbeeld is het kweken van algen. Algen kunnen zich relatief snel vermenigvuldigen, sommige wel vier keer per dag. Algen zijn plantaardige organismes waarvan de biomassa vergroot wordt door fotosynthese. Omdat algen zo snel groeien, raakt deze grondstof niet snel op. Als je biodiesel maakt van algen, wordt er gebruikgemaakt van hernieuwbare grondstoffen. Tijdens het kweken van de algen worden er ook broeikasgassen uit de lucht gehaald.

^{Figuur 5.4 Het proces van fotosynthese schematisch weergegeven. Bron: Ph-HY/Shutterstock.com}

Dit komt omdat algen tijdens hun groei gebruikmaken van een proces dat we fotosynthese noemen. Fotosynthese is een chemisch proces waarbij koolstofdioxide en water met behulp van zonlicht worden omgezet in glucose en zuurstof (zie figuur 5.4). Dit gebeurt met de volgende verhoudingen:

6 CO₂ +6 H₂O --> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Hierbij wordt er CO₂ uit de lucht gehaald en omgezet in zuurstof. Wanneer de algen worden verwerkt met behulp van chemie tot biodiesel en als deze diesel wordt verbrand, dan komt er weer CO₂ in de lucht. Dit is de CO₂ die door de algen is opgenomen. Netto is de CO₂-uitstoot dus vele malen minder.

Meer informatie

Wil je meer weten over biodiesel? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Maak kennis met de beroepen op exactwatjezoekt.nl

Vervoer door elektrisch rijden - Inleiding

Een alternatief voor diesel is het gebruik van elektrische wagens. Waar brandstofwagens werken met kleine explosies om een beweging in gang te zetten, werken elektrische wagens met magneten, zonder uitstoot!

Maar hoe werkt een elektrische wagen? En is het wel echt zonder uitstoot? Hoe praktisch is het om elektrische vrachtwagen in te kopen?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

De werking van een elektrische wagen

Elektrische auto’s lijken nieuw, maar het concept bestaat al sinds de 19^de eeuw. Na 1925 verdween de elektrische auto uit het straatbeeld omdat er problemen waren met onder andere snelheid en het laadvermogen. Daarnaast werd de concurrentie met brandstofauto’s te groot. Na een eeuw is er veel veranderd en er is nu meer kennis om de vroegere problemen aan te pakken.

Elektrische motor
De motor van een elektrische wagen werkt door de basisprincipes van het elektromagnetisme. Met elektromagnetisme kan een elektrische wagen de wielen laten draaien. Een elektrische auto zet elektrische energie om naar bewegingsenergie. Daarom hebben elektrische wagens geen uitstoot: ze gebruiken immers geen chemische reactie. Wel is er sprake van een rendement. Het rendement verhogen en het energieverlies minimaliseren zijn de grootste uitdagingen die de fabrikanten van elektrische auto’s hebben. Daar wordt veel onderzoek naar gedaan.

^{Figuur 5.5 Versimpelde weergave van een elektrische wagen. Bron: Petovarga/Shutterstock.com}

Lithium-ion batterij
Met de introductie van de lithium-ion batterij in de auto-industrie zijn veel van de vroegere problemen verholpen. Elektrische wagens kunnen nu snel optrekken en meer kilometers maken zonder op te laden. Ze hebben dus een hoger rendement gekregen. Lithium is een materiaal dat gewonnen moet worden. De lithiumwinning is, zoals alle mijnbouw, schadelijk voor het milieu. Dit komt vooral doordat veel water nodig is tijdens de winning. Lithium is ook een niet-hernieuwbare grondstof: er is een beperkte voorraad aanwezig en op een dag is het op. Wel gaan elektrische wagen lang mee en kun je lithium recyclen. Het recyclingproces moet nog wel geoptimaliseerd worden met als doel om geen nieuw lithium meer te winnen.

Elektriciteit opwekken voor de elektrische wagen

Tijdens het rijden levert de elektrische wagen geen uitstoot. Maar je moet wel kijken naar hoe de elektrische energie die daarvoor nodig is, wordt opgewekt. Dan pas kun je bepalen of elektrische rijden ook duurzaam is. Wanneer de elektriciteit opgewekt wordt door het verbranden van fossiele brandstoffen, dan is het gebruik van deze elektrische energie niet duurzaam. Bij het verbranden van de fossiele brandstoffen komen er immers broeikasgassen vrij (meer informatie: zie thema Energie, keuzeoptie fossiele brandstoffen).

^{Figuur 5.6 Alleen door de elektriciteit 'groen' op te wekken, kan je autorijden zonder broeikasgassen uit te stoten. Bron Elenabsl/Shutterstock.com}

Wanneer je elektrische energie gebruikt die 100% door duurzame bronnen is opgewekt, bijvoorbeeld zon- of windenergie (zie afbeelding 5.6), dan is bij het opwekken geen sprake geweest van uitstoot. Met deze elektriciteit heb je netto bijna geen uitstoot meer.

De vraag blijft natuurlijk of de energie die je ‘tankt’ daadwerkelijk ‘groen’ is. Bij veel tankstations wordt aangegeven als er groene stroom beschikbaar is. Maar er zijn nog steeds te weinig laadpunten waar je de elektrische auto met 100% groene stroom kunt opladen.

Naast de manier van opwekken, is het ook belangrijk dat je het rendement meeneemt. Er wordt veel onderzoek gedaan naar het verhogen van het rendement van de batterij. Het doel hiervan is om energieverlies te minimaliseren. Bij een rendement van 100% wordt alle elektrische energie omgezet in bewegingsenergie waarmee de wielen kunnen draaien. Helaas verlies je bij elke energieomzetting een deel energie. Bij het elektrisch rijden zijn er meerdere energieomzettingen: van wind (bewegingen)/zonne-energie naar elektrische energie en van elektrische energie naar bewegingsenergie. Deze omzettingen hebben effect op het totale rendement (begin energievorm tot gewilde energievorm). Ook kan er energie verloren gaan bij het transporteren van de elektrische energie. Voor een elektrische auto is het minimale rendement 40% en het maximale 70%. Dit rendement is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder ook de temperatuur tijdens het rijden.

Toekomstbeeld voor de elektrische wagen

Er komen steeds meer elektrische wagens op de weg, maar gaan deze in de toekomst alle wagens die op fossiele brandstof rijden vervangen?

Overstappen op elektrische vervoersmiddelen betekent dat je moet investeren in een nieuw wagenpark. Toen de elektrische wagens net op de markt kwamen, was de prijs van de wagens erg hoog. Bij een toenemende productie van elektrische voertuigen zal de prijs dalen.

Naast de vrachtauto’s moet je natuurlijk ook de elektrische energie inkopen. De prijs per kWh kan variëren tussen de 0,350 tot 0,614 euro. Vergeleken met diesel, die bijna 2 euro per liter is, lijkt elektrisch vervoer goedkoper. Maar je moet wel bedenken dat een dieselwagen met één liter diesel veel verder rijdt dan een elektrische auto met 1 kWh. Als je de energie zelf opwekt, bijvoorbeeld met eigen zonnepanelen, kun je de kosten terugverdienen.

Als je kiest voor elektrische wagens moet je er wel rekening mee houden dat het tijd kost om op te laden. Nog niet overal staat er een laadpaal voor een elektrische wagen. Als de vraag naar elektrisch rijden toeneemt, zal ook het aantal laadpalen uitgebreid moeten worden. Je kunt er ook kiezen om laadpalen op je eigen fabrieksterrein te plaatsen, maar onderweg ben je afhankelijk van de beschikbaarheid van laadpalen.

Meer informatie

Wil je meer weten over elektrische wagens? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Huiswerk scheikunde? Krijg hulp bij leren met uitleg, oefenopgaven & tips op exactwatjezoekt.nl.

Vervoer met groene waterstof - Inleiding

Vrachtwagens die op waterstof rijden, worden steeds vaker genoemd als de oplossing voor de verduurzaming van de vervoerssector. Het klinkt heel mooi: een vrachtwagen waar water- en zuurstof ingaan en water uitkomt!
Maar hoe werkt de waterstofwagen? Wat zijn de voor- en nadelen van de waterstofwagen? En hoe lang zou het duren voordat iedereen op waterstof kan rijden?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies!

De werking van de waterstofauto

Een waterstofwagen is te vergelijken met een elektrische vrachtwagen. De wielen worden aangedreven door elektromotoren. Het grote verschil tussen de elektrische auto en de waterstofauto is de manier waarop de energie wordt opgeslagen. Bij een elektrische auto gebeurt dit door elektrische energie op te slaan in een accu, bij een waterstofauto is de energie opgeslagen in de waterstof die je in een tank meeneemt. Deze waterstof reageert in een brandstofcel waardoor er eerst elektriciteit wordt opgewekt.

^{Figuur 5.7 De brandstofcel; Hierin reageren waterstofmoleculen met zuurstof moleculen tot water en ontstaat er een elektrische stroom. Bron: Pepermpron/Shutterstock.com}

In de brandstofcel komt de opgeslagen energie van waterstofmoleculen vrij door de waterstof te laten reageren met zuurstof (zie figuur 5.7). Dit is een exotherme reactie waarbij de vrijgekomen energie gebruikt wordt voor beweging van de auto. Hierbij zorgt de reactie voor een stroming van elektronen en dus een elektrische stroom. Deze elektrische stroom wordt vervolgens gebruikt om de wielen te laten draaien.

De productie van waterstof

Een uitdaging van de waterstofwagen is dat waterstofgas of vloeibare waterstof niet in de natuur voorkomt. Waterstof moet dus geproduceerd worden met een endotherme reactie. Waar je deze energie vandaan haalt, verschilt. Een manier om waterstofgas te krijgen is door de elektrolyse van water (zie figuur 5.8).

^{Figuur 5.8 Elektrolyse van water met het Toestel van Hoffman. Bron: Nandalal Sarkar/Shutterstock.com}

Elektrolyse is een ontledingsreactie. Door water met elektriciteit te ontleden ontstaat er waterstofgas en zuurstofgas volgens de volgende ontledingsreactie:

2H₂O(l) --> O₂(g) + 2 H₂(g)

Met behulp van elektrolyse kun je waterstofgas produceren. Hier is wel elektriciteit voor nodig. Het opwekken van elektriciteit kan op verschillende manieren, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, met wind- en/of zonne-energie en waterkracht.

Waterstof wordt nu vooral geproduceerd door methaan te ontleden/te laten reageren met water waarbij CO₂ vrijkomt. Waterstof maken met fossiele brandstoffen is goedkoper en efficiënter dan met duurzame energieopwekking. Op dit moment wordt 96% van de huidige waterstofproductie gemaakt door het laten reageren van fossiele brandstoffen.

De manier waarop waterstof wordt geproduceerd, bepaalt de vorm van energie die je hebt gebruikt. Waterstof is namelijk meer een energieopslagplaats dan een brandstof.

De naamgeving van waterstof

De manier waarop waterstof geproduceerd wordt, bepaalt of de auto rijdt op een duurzame manier. Waterstof is eigenlijk meer een energieopslagplaats dan de brandstof waar de auto op rijdt. Het slaat chemische energie op, die later wordt omgezet in elektrische energie. De elektrische energie laat de auto rijden. De waterstoftank is wel snel bij te vullen, waardoor vrachtwagenchauffeurs niet uren bij een laadpaal moeten staan.

Waterstof is een tussenproduct die energie opslaat. Je kunt waterstof op verschillende manieren maken. De namen geven aan op welke manier de waterstof is geproduceerd (Zie figuur 5.9). Waterstof geproduceerd via het verbranden van fossiele brandstoffen, wordt grijze waterstof genoemd. Wanneer de CO₂gassen die vrijkomen bij het verbranden worden opvangen en opgeslagen onder de grond, wordt dit blauwe waterstof genoemd. Wordt de waterstof op een duurzame manier geproduceerd, zonder CO₂-uitstoot, dan wordt dit groene waterstof genoemd. Deze vormen van waterstof zijn energiebronnen waarop de auto uiteindelijk rijdt.

Toekomstbeeld van de waterstofauto

Het gebruik van waterstof als brandstof voor vervoersmiddelen is een relatief nieuwe optie. Wat zijn grote uitdagingen voor dit alternatief en hoe ziet het toekomstperspectief eruit?

Er wordt veel geëxperimenteerd met waterstof in de auto-industrie, onder andere om het rendement van de waterstofauto omhoog te krijgen, het bereik te vergroten en de capaciteit van de tanks te vergroten. Het kan nog enkele jaren duren voordat er een goede waterstofwagen is.

Het produceren van waterstof geeft nog een andere uitdaging: 96% wordt geproduceerd door het verbranden van fossiele brandstoffen. Er wordt hard gewerkt aan mogelijkheden om groene waterstof te produceren, maar het kan nog jaren duren voordat alle waterstof die gebruikt gaat worden, volledig groen geproduceerd is.

Ook is momenteel de vraag naar waterstof niet zo hoog. Dit zie je aan het aantal pompstations waar je waterstof kan tanken. In Nederland zijn dit er in 2024 maar drie. Dit betekent dat je als vervoerder niet overal kunt tanken.

Meer informatie

Wil je meer weten over de de waterstofwagen? De volgende bronnen zijn gebruikt voor het maken van deze informatieteksten. Neem zelf ook een kijkje voor meer informatie:

.

Wil jij iets met bèta en techniek? Doe de studiekeuzetest op exactwatjezoekt.nl!

Vervoer

Resultaten voor jouw fabriek

	Gemaakte keuze	Effect op klimaat en millieu	Kosten per pot verf	Kwaliteit van de verf	Wanneer start je fabriek?
Bindmiddel
Pigment
Energie
Verpakking
Vervoer
Afval
Totaal score

Terug naar digibordles

Verstuur resultaat

Groene verffabriek – leerlingen

Resultaten van jouw fabriek

Bindmiddel - Algemene informatie

Bindmiddel uit aardolie - Inleiding

Voorbeelden van bindmiddelen uit aardolie

Grootschalig gebruik van bindmiddelen gebaseerd op aardolie

Meer informatie

Bindmiddelen gemaakt van planten - Inleiding

Plantaardige grondstoffen om bindmiddelen te maken

Plantaardig bindmiddel op macro-, meso- en microniveau

Meer informatie

Bindmiddelen van planten en zonlicht - Inleiding

Biomassa als bindmiddel, zonlicht als energie: Het innovatieve bindmiddel

Productieproces van het innoverende bindmiddel

Moleculaire eigenschappen van het innoverende bindmiddel

Meer informatie

Bindmiddel uit (deels) gerecyclede stoffen - Inleiding

Mechanische recycling van bindmiddelen

Chemische recycling van bindmiddelen

Toekomstperspectief van het recyclen van bindmiddelen

Meer informatie

Pigmenten - Algemene informatie

Pigmenten van aardolie en metalen - Inleiding

Meest bekende voorbeelden van pigmenten uit aardolie

Winning van ruwe aardolie als grondstof voor pigmenten

Synthetische pigmenten uit aardolie in de verfindustrie

Meer informatie

Pigmenten van steen of mineralen - Inleiding

De winning en toepassing van stenen en mineralen voor pigmenten

De kwaliteit van de pigmenten uit mineralen en gesteente

Meer informatie

Pigmenten van algen/micro-organismen - Inleiding

Kweken van algen en natuurlijke pigmenten

Toepassing van natuurlijke pigmenten

Onderzoeken naar natuurlijke pigmenten

Meer informatie

Pigmenten met behulp van nanotechnologie - Inleiding

De basis van nanotechnologie

Nanopigmenten gemaakt met behulp van nanotechnologie

Toepassingen van nanotechnologie in de praktijk

Meer informatie

Energie - Algemene informatie

Meer informatie

Energie uit fossiele brandstoffen - Inleiding

De vorming en verbranding van aardgas

Gevolgen van het verbranden van aardgas

Meer informatie?

Energie uit biomassa - Inleiding

Biomassa als energiebron

De grote vraagstukken van biomassa

Meer informatie

Zon- en windenergie - Inleiding

Energie opgewekt uit zonlicht

Elektrische energie uit zonlicht en windkracht: het totale plaatje

Meer informatie

Kernenergie - Inleiding

Wat houdt kernenergie in?

De maatschappelijke discussie omtrent kernenergie

Meer informatie

Verpakking - Algemene informatie

Verpakking van aardolie - Inleiding

Van aardolie tot polymeren

Plastics voor verfemmers

Meer weten?

Verpakking van planten - Inleiding

Alles over bioplastics

Verschil bioplastics en plastic gemaakt van aardolie

Eisen bioplastic

Meer informatie

Gerecyclede verpakking - Inleiding

Direct hergebruiken van verfverpakkingen.

Mechanische recycling van verfverpakkingen

Chemische recycling van verfverpakkingen

Meer informatie

Verpakking van metaal - Inleiding

Hoe het aluminium verfblik gemaakt wordt

Hoe het stalen verfblik gemaakt wordt

Meer informatie

Afval - Algemene informatie

Afval weggooien - Inleiding

Resultaten van
jouw fabriek