Groene verffabriek - leerlingen

Wat wordt de naam van jouw fabriek?

Bindmiddel - Algemene informatie

Verf bestaat uit verschillende ingrediënten. Om verf bij elkaar te houden en te laten plakken is een belangrijk ingrediënt van verf bindmiddel. Beide functies zijn te verklaren door naar de moleculaire opbouw van bindmiddelen te kijken.

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. In deze reacties reageren alcoholen en zuren met elkaar tot lange ketens. Afhankelijk van het zuur en alcohol zijn er talloze 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 oxidatieveuitharding 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, zijn te verklaren als we 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 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. Er zijn bindmiddelen gemaakt van aardolie, planten of afvalproducten uit de voedingsindustrie. Ook is het recyclen van bindmiddel een optie. Jouw keuze van het bindmiddel 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.

Lees de gegeven informatie en vind de voor- en nadelen van de verschillende bindmiddelen. Maak daarna je keuze: welk bindmiddel ga je gebruiken in jouw verf?

Bindmiddel uit aardolie - Inleiding

Veel bindmiddelen worden gemaakt uit aardolie. Dit geeft diverse opties om verschillende bindmiddelen te maken.

Hoe maak je bindmiddelen uit aardolie? En wat zijn de voor- en nadelen van het gebruiken van een bindmiddel uit aardolie?

Verdiep je in de volgende informatieteksten en trek jouw conclusies.

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 zijn en zijn kwalitatief goede bindmiddelen.

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. Hierdoor wordt de verf erg hard en krijgt het 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 om te gebruiken. 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 worden gewonnen uit de 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 de 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 nu onmisbaar in onze maatschappij (zie figuur 1.4).

^{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 bindmiddelindustrie. Het gebruiken 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 bindmiddelen. Hierdoor zijn alle effecten van de verschillende bindmiddelen bekend. Dit zijn effecten zoals reactiviteit met pigmenten en vulstoffen, 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 gebruiken kunnen bindmiddelen ook gemaakt worden uit plantaardig materiaal. Dit plantaardig materiaal is bijvoorbeeld 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 van de 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 van de stof glucose. De stof wordt gebruikt in verschillende industrieën, zo 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). De ketens kunnen erg lang worden. Cellulose kan dus 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. Dit bevordert een gelijkmatige verdeling van de pigmenten en zorgt ervoor dat ze goed in de verf gebonden blijven.

^{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, wat resulteert in het drogen van de verf. 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 worden 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 is dit merkbaar 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 het vinden van goedkopere en duurzamere bindmiddelen. Een relatief nieuw en veelbelovend bindmiddel is een bindmiddel dat gemaakt wordt 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 is er veel onderzoek gaande 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. Deze experts bekijken gezamenlijk 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, en wat op grote schaal te gebruiken is, nog een tijd op zich laat wachten. Op zijn vroegst kan het product grootschalig gebruikt worden in 2040.

Toch gaat dit bindmiddel het wachten waard zijn. Als het gaat over duurzaamheid, is dit bindmiddel erg vernieuwend. De grondstoffen zijn van hernieuwbare bronnen en het productieproces zal minder energie kosten. 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 dit proces. 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 zijn 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 positief omdat het hierdoor minder snel met omgevingsstoffen reageert; echter zorgt deze structuur er ook voor 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 zal er constant getest moeten worden en is er nog meer 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. Maar niet alle verf die is verkocht, wordt helemaal gebruikt. De verf die nog niet gebruikt is, kan 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 hoofdcomponenten, die vervolgens gebruikt kunnen worden voor de nieuwe verf. Het recyclen is momenteel vooral mogelijk voor witte verf, maar in de nabije toekomst kunnen ook kleuren en opgedroogde verf gerecycled worden.
Wat houdt het recycleproces 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 de verf 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}

Bij mechanische recycling worden vaak dezelfde soort stappen gevolgd. Eerst wordt de ingezamelde verf gesorteerd. Zo worden de vaste opgedroogde verfresten 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 zo veel mogelijk schoon geschraapt zodat zo veel mogelijk verf gerecycled kan worden. Bij het legen van de verfpotten moet de verf door een rooster heen; deze 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 vervolgens gecontroleerd op de kleur en de kwaliteit. Wanneer de batch is goedgekeurd wordt ze verpakt en kan ze verkocht worden.

Voordat de meeste 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 gedeeltelijk uit oude ingezamelde verf en nieuwe verf/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 te scheiden zijn. Op deze manier kunnen de bindmiddelen, pigmenten en vulstoffen opnieuw gebruikt worden. Het principe van chemische recycling van verf werkt op de basis dat de polymeren die in verf zitten verbroken kunnen worden. Hierdoor ontstaan monomeren die de andere deeltjes niet meer goed vast kunnen houden. De verf valt uiteen in zijn componenten. De verschillende stoffen kan 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, maar andere soorten verf 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 worden en gesorteerd worden. Alleen vloeibare en witte verf op waterbasis kan, tot nu toe, worden gebruikt voor de chemische recycling. Dit komt omdat de verschillende pigmenten effect kunnen hebben op het recycling proces.

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, kunnen deze gebruikt worden voor nieuwe verf. Hierbij moeten wel de andere stoffen, zoals de pigmenten, weggehaald worden. 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, kan er gedestilleerd worden.

Wanneer de monomeren gescheiden zijn, worden ze weer gebruikt 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. Hierdoor kan de kwaliteit van het bindmiddel afnemen. Dit kan voorkomen worden 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 wel 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 recycleprocessen te onderzoeken en te verbeteren, kan het proces geoptimaliseerd worden. 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 om je heen tegen. Zo zitten pigmenten in make-up, inkt voor je printer, tatoeages, kunststoffen en in verf. De wereld wordt heel kleurrijk met 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, ze zijn in de natuur te vinden of ze worden 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 terugreflecteren naar ons oog. De overige golflengtes van het zichtbare licht worden door het pigment geabsorbeerd (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. Als ze er te lang in zitten, kunnen de deeltjes te klein worden. Hierdoor kan de kleur vervagen. Zitten de pigmentdeeltjes er te kort in, dan kunnen er grote stukken achter blijven, dit kan zorgen voor een ongelijke kleur verdeling en klonterige verf.

Jouw opdracht
Pigmenten zijn, naast het bindmiddel 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 minimale keuze uit kleuren en pigmenten, omdat ze zelf hun verf maakten vanuit gemakkelijk te vinden grondstoffen. Toen de verfindustrie op gang kwam, is er veel veranderd in het kleurbereik en kon de regenboog van kleuren vergroot worden. 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 die 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 gebruik maken van fossiele grondstoffen zijn de metaalpigmenten. Wanneer verf alleen uit metaalpigmentenpoeder bestaat krijgt deze 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 verschillende 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 worden 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 die weer een andere toepassing hebben. Het kraken van de koolstofketenen kost veel energie.

Het beschreven proces werkt voor alle producten die uit de ruwe aardolie worden gehaald. Echter niet alle producten zijn nodig voor het maken van de pigmenten. Voor het maken van de pigmenten moeten vooral de benzeen moleculen geïsoleerd en gezuiverd worden. 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 en worden gebruikt.

Synthetische pigmenten uit aardolie in de verfindustrie

Pigmenten uit aardolie en metalen worden massaal gebruikt in de verfindustrie. Meer dan 90% van de pigmenten die worden gebruikt zijn gemaakt uit aardolie en metalen. De voorkeur wordt gegeven aan 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. Alle kleuren zijn te maken in deze industrie, waardoor er een diverse keuze is. Ook is het proces goed onderzocht, vaak doorlopen en de prijs van de pigmenten is relatief laag.

Deze betrouwbare pigmenten zullen niet eeuwig gebruikt kunnen worden. Dit komt omdat ze hun oorsprong vinden in fossiele grondstoffen. Op lange termijn zal de beschikbaarheid van de pigmenten dus verminderen. 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 kunnen bij de mijnbouw gewonnen worden. Een voorbeeld is de mijnbouw van titaanerts om titaanwit te maken. Hierbij worden zowel dagbouw of 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 zijn 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 moet ook van onzuiverheden (e.g. ijzer, magnesium, aluminium) gezuiverd worden.

Ook andere pigmenten, zoals de okerpigmenten, kunnen worden gehaald uit het vermalen en zuiveren van gesteente. Hierbij wordt erg veel (afval)water gebruikt.

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

Betrouwbaarheid
Het proces van 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. Er zijn veel verschillende mineralen en gesteentes die gewonnen worden; hiermee kun je een divers aantal kleuren krijgen.

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

De kwaliteit van de pigmenten uit mineralen en gesteente

Er is veel onderzoek gedaan naar hoe de pigmenten gemaakt van mineralen en gesteente de kwaliteit van de verf aantasten. Pigmenten uit mineralen en gesteente hebben bepaalde eigenschappen die de kwaliteit van de verf kunnen beïnvloeden.

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, zal je ook iets met de hoeveelheid bindmiddel moeten doen. Daarnaast zijn de meeste mineralen bestand tegen straling. Hierdoor vervaagt de kleur niet te snel. Echter is dit ook weer afhankelijk per 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 echter wel gekeken worden naar de eventuele interactie tussen diverse bindmiddelen. Ook hier moet er dan vaak een kwaliteitscontrole ingezet worden. Dit hoeft daarentegen niet te betekenen dat de kwaliteit van de verf omhoog of omlaag gaat; dit is geheel 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

Algen kunnen ook gebruikt worden om pigmenten te krijgen. Een voorbeeld is het krijgen van de groene kleur 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 organisme (zie figuur 2.7). Er zijn heel veel verschillende soorten algen. Zo zijn er eencellige algen, 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 met behulp van licht zichzelf kunnen voorzien. Dit doen ze met het proces fotosynthese. Bij het proces van fotosynthese wordt licht, koolstofdioxide en water omgezet 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 uit de lucht wordt gehaald. Dit is één van de broeikasgassen.

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 een geeloranje kleur (B-caroteen), een bruine kleur (fucaxanthine) of een rode kleur (fycoeythrine). Deze natuurlijke pigmenten kunnen uit algen worden gehaald en worden gebruikt 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 er natuurlijke pigmenten gebruikt, al zijn er nog verschillende uitdagingen waarmee de verfindustrie aan de slag moet. Zo is het kleurenbereik van de natuurlijk pigmenten nog niet erg uitgebreid. Hierdoor zal het assortiment in de verfwinkel minder divers kunnen worden.

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 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 zal het momenteel nog niet kunnen voldoen aan de grote vraag van de verfindustrie.

Momenteel kan de verfindustrie niet enkel natuurlijke pigmenten gebruiken. Met goede investeringen, waarbij er veel tijd en geld vrij komt, kan deze optie veel beter onderzocht worden. Zo is er 2023 al een doorbraak geweest in een onderzoek met schimmels om bio-verf te maken. Hierbij hebben ze gevonden dat de micro-organismes, met schimmels in het bijzonder, een goede manier zijn om met weinig energie gekleurde verf te maken die langdurig meegaat.

Onderzoeken naar natuurlijke pigmenten

Natuurlijke pigmenten verkregen uit algen worden nu al gebruikt als natuurlijke grondstoffen in levensmiddelen zoals in snoep, dranken en gebak. Ook worden de natuurlijke pigmenten al gebruikt in de cosmetica en textielindustrie en is er onderzoek gaande voor het uitbreiden naar de verfindustrie.

Er worden verschillende onderzoeken 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, kan een hoge concentratie pigmenten gekregen worden binnen enkele dagen. Het onderzoek naar pigmenten en hun toepasbaarheid duurt echter langer. Er is nog tijd nodig voor verder onderzoek om de natuurlijke pigmenten echt te gebruiken voor 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

Er zijn al diverse nanopigmenten die gebruikt worden in verf. Nanotechnologie gaat over kleine deeltjes en is de laatste jaren erg vernieuwd. Deze vernieuwingen hebben effect op diverse gebieden in onze samenleving. Een voorbeeld is hoe nanotechnologie betere, meer functionele pigmenten kan maken.
Zijn nanopigmenten de beste keuze als verfpigmenten? Is het noodzakelijk om de nanotechnologie op het gebied van pigmenten beter in de gaten te houden?

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

De basis van nanotechnologie

Nanotechnologie: wat houdt dit in? Bij nanotechnologie wordt er onderzoek gedaan naar kleine deeltjes die op de nanometer schaal vallen en tussen de 0,1nm 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 om hele kleine deeltjes die net een orde 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 wordt er niet alleen gekeken naar welke soort atomen en/of moleculen het deeltje heeft, ook wordt er gekeken 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 echter 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 voor de vliegtuigindustrie, omdat het veel energie kan besparen.

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}

Vroeger zijn nanopigmenten al in gebruik genomen. Zo hebben oude Egyptenaren zwarte pigmenten gevonden 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, wat in de prehistorie al gebruikt werd om muurschilderingen mee te maken.

Nanopigmenten kunnen in organische en anorganische pigmenten verdeeld worden. Hierbij zijn anorganische pigmenten meestal afkomstig uit de aardkorst en mineralen. Deze anorganische nanopigmenten hebben specifieke eigenschappen en zijn meestal harder. Doordat deze nanodeeltjes uit atomen bestaan die lange bindingen hebben, zijn ze lichtelijk 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 wel duurder dan de anorganische nanopigmenten. Een 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, zijn er veel onderzoeken gaande naar hybride pigmenten. Deze pigmenten zijn een combinatie van anorganische en organische nanopigmenten. Wanneer goed gecombineerd, nemen ze de eigenschappen over die je wilt hebben: een felle kleur die niet vervaagd.

Toepassingen van nanotechnologie in de praktijk

Er worden verschillende onderzoeken gedaan naar nanopigmenten. Bij deze onderzoeken worden naar verschillende eigenschappen gekeken zoals de kleur, viscositeit, duurbaarheid en geleidbaarheid.

Wanneer goede nanopigmenten beschikbaar zijn om nano-coatings te maken kan dit voordelig zijn voor de geverfde oppervlakte en de duurbaarheid 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. Ook kunnen nanodeeltjes juist zorgen voor een minder felle kleur. Ten slotte maakt nano-techniek nog gebruik van diverse grondstoffen; ook van grondstoffen gehaald uit niet-hernieuwbare bronnen.

Wanneer er meer onderzoek gedaan wordt naar deze techniek, 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 kunnen we niet meer zonder elektriciteit. Deze uitvinding heeft de maatschappij drastisch veranderd. Er kan energie gehaald worden uit de verbranding van fossiele brandstoffen, uit biomassa of er kan gebruik worden gemaakt 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.

Over de hele wereld is men bezig met de energietransitie. De energietransitie is een verschuiving van het gebruik van fossiele brandstoffen naar duurzame en hernieuwbare energiebronnen. De energietransitie is nodig om deze 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 geheel 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. Hierbij moeten er minder fossiele brandstoffen verbrand worden en veel meer worden geïnvesteerd in duurzame energie. Er zijn verschillende duurzame opties waarin geïnvesteerd kan worden. Alle opties die besproken worden, kunnen elektriciteit opwekken.

Opwekken van elektriciteit

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

De turbine draait niet uit zichzelf. Om de turbine te laten draaien wordt water verwarmd tot boven het kookpunt. Hierdoor ontstaat er stoom (waterdamp). Deze hete stoom stijgt op en laat de turbine draaien. Om het water te verwarmen en te laten verdampen moet er een andere energiebron gebruikt worden: zo kan er energie gehaald worden uit de verbranding van fossiele brandstoffen of biomassa of kan er gebruik worden gemaakt van kernenergie. Een ander alternatief is een turbine laten draaien door de wind. Ten slotte kan elektriciteit ook op een compleet andere manier worden opgewekt, namelijk door het gebruiken van zonnepanelen die het zonlicht direct omzetten in elektrische energie.

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

Lees de gegeven informatie en vind de voor- en nadelen van de verschillende keuzes. Maak daarna je keuze: Op welke energie laat je jouw fabriek draaien?

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 door het verbranden 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 onder grote druk en hoge temperaturen te zitten zal dit organische materiaal door chemische processen omvormen 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 en het aardgas uit de grond gehaald worden.

^{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 uit Groningse bodem komt 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 te zien is 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 kan gebruikt worden 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 (bijv. 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 al lange tijd gebruikt, zowel op industrieel als op huishoudelijk niveau. Dit betekent dat er en goede infrastructuur (zoals transport- en opslagmogelijkheden) is voor aardgas. Er wordt gezorgd voor een continue aanvoer van aardgas. Een teveel 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, blijft het systeem werken.

Aardgas wordt in veel verschillende landen gevonden, maar niet in alle landen. Hierom is de internationale handel van aardgas heel groot. Door deze handel is aardgas goed beschikbaar. De prijs van aardgas wordt onder andere bepaald door vraag en aanbod en politieke situaties (zoals bijvoorbeeld 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, zal deze voorraad in de toekomst opraken. Dit kan op lange termijn de prijs beïnvloeden.

Naast dat aardgas betrouwbaar en beschikbaar is, zijn er plaatselijke gevolgen voor het wegpompen van aardgas. Dit is merkbaar in bijvoorbeeld Groningen. In Nederland is er in Groningen ook veel aardgas te vinden, waar sinds 1963 gas wordt opgepompt. Dit heeft de Nederlandse economie veel goed gedaan, 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 schadevergoedingen en politieke debatten is sinds 19 april 2024 de gaskraan in Groningen dicht. Dit zorgt ervoor dat ook Nederland zijn gas buiten zijn eigen grenzen moet inkopen, dit kan onzekerheid geven over de prijs voor aardgas.

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

Naast de plaatselijke gevolgen zijn er ook wereldwijde 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. Wanneer dit in grote mate gebeurt, raakt de koolstofkringloop uit balans en zal de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer stijgen. Omdat koolstofdioxide een broeikasgas is, zal dit ook invloed hebben op het versterkt broeikaseffect en zal de aarde opwarmen.

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 wordt gezien als een goed middel om te helpen bij de energietransitie. Biomassa is 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.

Wanneer biomassa wordt verbrand om warmte op te wekken dat weer gebruikt wordt voor het opwekken van elektrische energie, wordt deze energie bio-energie genoemd. 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 een voorbeeld van biomassa die veel verbrand wordt. Hout kan uit verschillende afvalstromingen gehaald worden, zoals het zaagsel van gekapte bomen. Hierbij geldt dat alleen onbewerkt hout gebruikt mag worden: hout dat geverfd is, geïmpregneerd is, of op een andere manier bewerkt is kan niet worden gebruikt.

Het onbewerkte hout bestaat vooral uit cellulose; een polysacharide met molecuulformule (C₆H₁₀0₅)_n, waarbij n het aantal keer is dat deze structuur herhaalt wordt (zie figuur 3.4). Wanneer deze cellulose een volledige verbranding ondergaat komt er veel warmte vrij: die warmte kan vervolgens gebruikt worden 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 + 11 O₂ --> 6 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 zal er een endotherme ontledingsreactie optreden. 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
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 of te kweken en te oogsten. Het gebruik van alleen afvalstromen als biomassa is een duur alternatief, omdat het afval gecontroleerd moet worden voor het gebruikt kan worden als biomassa.

Als de vraag blijft stijgen en er biomassa gekweekt en geoogst moet worden, is landbouwgrond voor nodig. Dit neemt veel ruimte in beslag. Daarnaast moet er een buffervoorraad aangelegd worden om een continue toestroom van biomassa te garanderen in het geval 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 wel nog steeds broeikasgassen, zoals CO_2, vrij. Toch kan biomassa gezien worden 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, kan er alsnog een 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 in de tussentijd er 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 van biomassa 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', is een spreekwoord dat wordt gebruikt om aan te geven dat alles moeite en/of geld kost; behalve het zonlicht. Dit gratis zonlicht dat overal te vinden is, kan omgezet worden in elektrische energie. Om deze omzetting te begrijpen is er wat natuur- en scheikunde nodig.

Het zonnepaneel
Het zonnepaneel zorgt ervoor dat de energie uit zonlicht wordt omgezet in elektrische energie. Als een zonnepaneel meer energie levert dan nodig is, 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 dure zonnepanelen snel 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 een deel van de silicium-atomen vervangen zijn door fosfor-atomen, hierdoor zitten er veel beweeglijke elektronen in de laag. Deze laag heet een N-type halfgeleider.
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.

^{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 elektrisch 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 windmolen kunnen effectief en goedkoop energie opwekken. Voordat ze echter energie kunnen opwekken, moeten er nog veel gebeuren, ze moeten gebouwd, vervoerd en gemonteerd worden. Het hele proces, van de productie van zonnepanelen en windmolens tot aan het gebruiken van de zonnepanelen en windmolens moet meegenomen worden in de evaluatie. Dit proces kan invloed hebben op de totale kosten en duurzaamheidscore.

Verborgen emissies
Bij zonne- en windenergie er geen broeikasgassen uitgestoten. Maar zowel windmolens en zonnepanelen moeten eerst geproduceerd, getransporteerd en geïnstalleerd worden voordat ze duurzame energie kunnen produceren. Bij deze stappen is er 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; daarbij kunnen er broeikasgassen vrijkomen. Hoewel er grote stappen gemaakt worden om de levensduur van zonnepanelen en windmolens te verhogen, zullen ze uiteindelijk toch vervangen en onderhouden moeten worden. Ook zijn de grondstoffen voor de materialen vaak uit niet-hernieuwbare bronnen.

Beschikbaarheid energie
Windmolens en zonnepanelen kun je in theorie overal neerzetten: het waait immers overal en de zon schijnt ook overal. Echter is er wel één probleem: er is niet altijd wind, en de zon schijnt ook niet altijd. Hierdoor wordt er soms meer stroom opgewekt dan er nodig is. Maar kan het ook voorkomen op windstille avonden dat er helemaal geen stroom geproduceerd wordt. Zo zouden zonnepanelen en windmolens niet altijd gebruikt kunnen worden.

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

Om dit probleem op te lossen kan er gebruik gemaakt worden van batterijen die het teveel aan geproduceerde stroom opslaan. Hierbij gaat een klein beetje energie verloren, maar kan de overige opgeslagen energie op een later moment nuttig gebruikt worden. 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 ligt aan verschillende factoren. 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 echter anders. Windmolens zijn heel groot, maken lawaai en nemen veel ruimte in beslag. Daarnaast moet er aan heel veel veiligheidsregels worden voldaan bij 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 opvangen.

Er moet dus ruimte zijn om zon- en windparken te maken. Op het land is de ruimte beperkt of is er veel weerstand, maar de afgelopen jaren 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. Bij het uiteenvallen 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 2 kleinere isotopen en 3 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 kan vervolgens gebruikt worden 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 om deze kerncentrale heen. Deze discussie gaat over het wel of niet sluiten van de kerncentrale en of er een nieuwe kerncentrale moet komen. De (politieke en maatschappelijke) discussie is nog voorbij en bestaat uit verschillende standpunten.

Waarom wel 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}

Waarom geen 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 dient te 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 om te vervoeren.

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. Zo moet de verf langdurig beschermen tegen invloeden van buitenaf, zodat deze niet opdroogt. Ook moet de verpakking stevig zijn, maar ook 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. Ga op onderzoek uit en verdiep je in de verschillende opties. Beantwoord hier de vraag: Hoe ga jij je verf verpakken?

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 is en langer houdbaar is.
Maar hoe wordt er van aardolie plastic gemaakt? En welke gevolgen heeft deze keuze 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. Grotendeels bestaat aardolie uit koolwaterstofverbindingen. Wanneer de aardolie is opgepompt en vervoerd naar de raffinaderij, wordt het aardolie gescheden, 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. In deze installatie wordt de nafta gekraakt. 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 noemen. 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. Ze worden omgesmolten en in verschillende vormen gegoten worden, om bijvoorbeeld emmers te maken. Het hele proces, van de aardolie uit de grond halen tot aan het gieten van de emmers, is intensief. Er is veel energie nodig voor het maken van de plastic emmers. Wel is aardolie een relatief goedkope grondstof.

Plastics voor verfemmers

Er zijn vele soorten plastic die allemaal nafta als grondstof gebruiken. In Nederland kennen we 7 groepen plastic. Deze groepen moeten apart gerecycled worden. Elke groep bestaat uit een net andere combinatie van polymeren, waardoor ze ook andere eigenschappen krijgen.

Voor verfemmers worden er twee groepen gebruikt. Ten eerste wordt HDPE (hoge dichtheid polyetheen) gebruikt. Dit is een polymeer van etheen (C₂H₄). Het is een hard plastic dat vooral gebruikt wordt voor emmers en kratten en harde verpakkingen. Ook wordt PP (polypropyleen) vaak gebruikt voor verfverpakkingen. Dit is een polymeer van propyleen. Het is een hard plastic, vooral gebruikt voor bloempotten en 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: Thermoharder 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'. Deze 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 juist ‘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 verhitten 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-korrels 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. Wanneer de verpakkingen klaar zijn kunnen deze opgestuurd worden naar de verffabriek.

De verpakkingen gaan erg lang mee. Dit komt omdat plastic moeilijk in de natuur afgebroken wordt. Dit is positief voor de verfemmer; deze kan jarenlang in de schuur staan. Echter kunnen oude plastic verpakkingen ook in de natuur terecht komen. Hier kunnen ze opstapelen en zo 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 niet van aardolie worden gemaakt. Deze plastic verpakkingen worden gemaakt van plantaardig materiaal en 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 niet nieuw en worden al volop gebruikt. Bioplastics zijn plastics die gemaakt zijn van natuurlijke producten. Zo kunnen er plastics gemaakt worden van aardappelzetmeel of mais, maar ook uit cellulose van planten of uit plantaardig afval (zie figuur 4.4). Deze synthetische biopolymeren kunnen gebruikt worden in verschillende toepassingen.

^{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. Deze kunnen gewonnen worden 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 het is een belangrijke stap in het proces

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.
Als er over bioplastics wordt gepraat, wordt ervan uitgegaan dat deze plastics ook biologisch afbreekbaar zijn. Dat is echter niet altijd het geval. Dit heeft te maken met de moleculaire structuur en de intermoleculaire krachten. Net zoals bij plastic gemaakt van aardolie, kan bioplastic zo gemaakt worden dat het biologisch afbreekbaar is. Echter zijn de meeste vormen van bioplastics niet biologisch afbreekbaar.

Verschil bioplastics en plastic gemaakt van aardolie

Bioplastics verschillen van ‘gewoon’ plastic omdat bioplastics van hernieuwbare bronnen gemaakt worden. Er zijn ook nog andere verschillen tussen de twee soorten plastics. 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 bioplastic de gewone plastic emmers zomaar vervangen of zijn er nog zaken waar rekening mee gehouden moet worden? 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 transport over lange afstanden kan worden verminderd.

Het proces om bioplastic te verbouwen en te produceren vereist tijd, ruimte en mankracht, waardoor de kosten hoger zijn dan bij plastics gemaakt van aardolie. De productie van bioplastic is technisch complex en omvat meerdere stappen, waarbij vaak gisten, bacteriën en/of katalysatoren nodig zijn. Sommige stappen vereisen omstandigheden die veel energie kosten, zoals 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 verf gemaakt om alle 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!” Echter zijn er verschillende 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. Deze controle moet geregeld worden. Ook moeten alle verpakkingen ingezameld worden, zodat ze gecontroleerd en hergebruikt kunnen worden.

Dit heeft natuurlijk invloed op het kosten voor het hergebruiken en, mits er goed gecontroleerd wordt, kan dit ook de kwaliteit van de verf negatief beïnvloeden. Wanneer de goede potten bij de controle zijn geïdentificeerd, kunnen deze wel opnieuw gerecycled worden.

Het direct hergebruiken van de verfverpakkingen is dus lastig. Een andere oplossing is het indirect hergebruiken van de verfverpakkingen: door de verfverpakking te 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 grondstoffen weer opnieuw gebruikt kunnen worden. Dit proces is intensiever dan de mechanische recycling.

Bij elke stap in het recycleproces is er energie nodig. 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. Uit onderzoek blijkt dat het mechanisch recyclen van plastic minder energie kost en er minder uitstoot is van broeikasgassen dan het verwerken van nieuwe grondstoffen. Hoe groot het verschil is, hangt af van de soort plastic.

Alles mechanisch recyclen is helaas nog niet mogelijk. Het zal tijd kosten om de recycling op gang te brengen en een nieuwe recyclestroom te introduceren in de industrie. Ook kan het zijn dat niet alle verpakkingen worden goedgekeurd voor mechanische recycling. Hierdoor kan er een tekort zijn aan recyclebare verpakkingen. Alleen mechanisch recyclen zal dus niet voldoende zijn

Chemische recycling van verfverpakkingen

De tweede manier is chemische recycling. Deze vorm van recycling kan een aanvulling zijn, omdat het juist de plastics kan recyclen die anders weggegooid zouden worden.

Bij chemische recycling worden de kunststoffen teruggebracht naar de chemische bouwstenen. Afhankelijk van de soort recycling kan het gerecyclede product de vorm aannemen van de originele grondstof, of al 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 bekend als het gaat om chemische recycling. Zo is er 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 kan dan gebruikt worden om monomeren te maken en vervolgens polymeren.

Chemische recycling kan een oplossing bieden voor de afnemende kwaliteit die bij mechanische recycling plaatsvindt. De recycleprocessen 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: chemische recyclinginstallaties bouwen, onderhouden en voorzien van energie en veiligheid, kan een grote prijskaart hebben. 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 is er veel onderzoek gaande naar chemische recycling. Hierdoor kan het zijn dat bovenstaande problematiek in een aantal jaren verholpen 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

Vele soorten verf kunnen ook in metalen verpakkingen bewaard worden. 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; hier zijn verschillende soorten erts te vinden; de basis van deze metalen. Deze moeten natuurlijk wel gewonnen worden.

Aluminium is alleen als verbinding in de natuur te vinden. Aluminium kan gewonnen worden uit het gesteente bauxiet, dit is de ertsvorm van aluminium. Hier kan tussen de 30% en 54% aluminiumoxide in zitten. De bauxiet wordt ook afgegraven en vervolgens wordt de aluminiumoxide op locatie uit de bauxiet gehaald. Dit gebeurt om transport- en energiekosten te besparen. 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 zal oplossen in het natronloog, de rest blijft achter. De slurry bestaande uit aluminiumoxide en natronloog wordt gefilterd en verder verwerkt.

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

De slurry van aluminiumoxide en natronloog wordt langzaam afgekoeld. Er ontstaan kleine witte kristallen die langzaam groter worden. Wanneer deze 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 duurdere 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, vervolgens 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 worden 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: de pellets en sinters smelten bij deze temperatuur. Op de bodem komen de gesmolten pellets en sinters samen. Deze vloeistof wordt in een grote pan gebracht. Hier wordt schroot en zuurstof toegevoegd. Het totale mengsel dat overblijft noemen we staal.

Stalen verfblik
De pan met staal ondergaat nog wat nabewerkingen en kwaliteitscontroles. Wanneer het staal goed is, dan wordt het op een lange plank uitgegoten zodat er een laag staal ontstaat. De stalen laag kan nog heel dik zijn, daarom wordt deze 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 (of andersom).

De rollen kunnen vervolgens vervoerd worden naar de blikkenfabriek, waar de stalen rollen geknipt, gebogen en samengebonden worden om verfblikken en deksels te maken. De stukken staal die overblijve, de reststukken, kunnen weer worden omgesmolten naar nieuwe plakken staal. Omdat staal dus kan worden omgesmolten en worden hergebruikt, kunnen oude verfblikken ook 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 produceer je ook verschillende soorten afval. Het afval 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 is het afval uit de fabriek, zoals de plastic, papieren en blikken verpakkingen waarin je grondstof worden geleverd, de afgekeurde verf(producten) en afval geproduceerd bij het testen van verf. De tweede vaste afvalstroom is het afval afkomstig van de kantoren en kantines. Dit afval lijkt meer op het afval dat je thuis ook hebt, denk hierbij aan oud papier, etensresten of voedingsverpakkingen.

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

^{Figuur 6.1 Soorten afval in de verffabriek.}

Je moet voor al deze soorten afval keuzes maken. Deze keuzes hebben effect op de starttijd van je fabriek, de duurzaamheid, de kosten en de kwaliteit van je verf.

Jouw opdracht

Lees de gegeven informatie en vind de voor- en nadelen van de verschillende keuzes. Maak daarna je keuze: Op welke manier verwerk jij jouw afval?

Afval weggooien - Inleiding

Een keuze die je kunt maken voor jouw afval, is de keuze om alles weg te gooien. Deze keuze omvat het vaste afval weg te gooien bij restafval en het vloeibare afval af te voeren naar het waterzuiveringssysteem van de waterschappen. Een gedeelte van het vloeibare afval zal verplicht gezuiverd moeten worden op locatie.
Maar wat gebeurt er met je 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 koop je dus constant nieuwe producten in, waardoor je een lineaire economie krijgt. Jouw afval heeft hierdoor geen invloed op de rest van je productieproces en het beïnvloedt de kwaliteit van je verf niet.

Wanneer je 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 van het afval in een afvalverbrandingsfabriek gebeurt in verschillende stappen. Deze stappen zijn afgebeeld in figuur 6.2.

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

Eerst wordt het afval vanuit de loshal naar de oven geleid op een met watergekoelde lopende band. Het koelwater zorgt ervoor dat de lopende band, dat het afval door de oven 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 is geworden 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. De bodemas wordt gebruikt als ophoogmiddel in de wegenbouw, maar een klein gedeelte wordt ook gestort. Bij bodemas is het belangrijk dat er maatregelen worden genomen om bodemverontreiniging tegen te gaan.
Ook komen er na de verbranding verschillende gassen vrij. Deze worden opgevangen en verder in het proces 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 ondervinden ook een aantal reacties om ze zo minder schadelijk te maken voor het milieu. 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, blijft er na de verbranding alleen bodemas en volle (gas)filters over die gestort worden. Hierdoor neem het afval veel minder ruimte in beslag. De impact van het gestorte afval op het milieu moet wel constant gecontroleerd worden.

Verwerking van vloeibaar afval door de waterzuivering

In de fabriek wordt er water gebruikt voor het spoelen van de apparaten en het schoonmaken van ruimtes. In dit afvalwater zitten verfresten en schoonmaakmiddelen. Dit afvalwater moet verplicht gezuiverd worden. Dit gebeurt bij de fabriek zelf. Hier worden de chemicaliën, zoals verfresten, eruit gehaald. Dit proces wordt uitgebreider uitgelegd in het onderdeel ‘combinatie van weggooien en recycling'.

Het koelwater en afvalwater uit de kantoren kunnen 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 wordt gebruikt in andere productiestromingen.
Het water komt daarna in de beluchtingstank. In de beluchtingstank worden er 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 kan je fabriek gelijk gebruik maken 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 de fabriek bevat meestal nog bruikbare stoffen. Voor de maatschappij is het voordelig om deze bruikbare stoffen uit het afval te halen en te hergebruiken.
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 kunnen ze verwerkt worden in bestaande recyclestromingen. 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}

Recyclen van afval wordt al vaak gedaan. Als het afval wordt verwerkt wordt er gekeken naar de verschillende afvalstromingen; zo kunnen papier en plastics opnieuw gebruikt worden. Papier en plastics worden in Nederland al veel gerecycled. Helaas kan nog niet alles worden hergebruikt.
Bij plastics is er een klein gedeelte wat 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 vervormd in nieuwe vormen 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 en wordt dan verbrand.

Het plastic en papier dat wel gerecycled kan worden, wordt vaak gebruikt in andere producten. Zo wordt een plastic verfemmer gerecycled naar een plastic flesje en kartonnen dozen naar papier. De kwaliteit van het soort plastic en papier gaat bij het recycleproces wel naar beneden. Omdat de kwaliteit naar beneden gaat, wordt het recycleproces downcycling genoemd (zie figuur 6.5). Het recycleproces dat downcycled, verlengt de levensduur van de grondstoffen. Maar uiteindelijk is de kwaliteit 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. Zo kun je met een kleine aanpassing deze verf toch nog gebruiken in plaats van 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 dit water 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 is te zien in figuur 6.6. In deze installatie worden verschillende scheidingsmethodes toegepast.

^{Figuur 6.6 Blokschema waterzuivering bij de fabriek}

Eerst wordt er gefiltreerd. Op deze manier kunnen kleine vaste verfdeeltjes uit het water worden gehaald. Deze deeltjes zijn bijvoorbeeld pigmenten of vulstoffen.
Daarna wordt het water samengevoegd met een adsorptiemiddelen, 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 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 je afval binnen de industrie opnieuw gebruiken. Hierbij wordt je afval je nieuwe grondstof. Er ontstaat een recycling stroming die circulaire genoemd wordt. Wat houdt circulaire recycling in? Hoe kan een industrie geheel circulair gemaakt worden? En wat betekent dit voor de 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 economie of cradle-to-crade economie (zie figuur 6.7) is gebaseerd op de natuurlijke processen om ons heen: in de natuur bestaat geen afval, alles wordt hergebruikt. Dit principe kan ook worden toegepast in de verfindustrie. In de verfindustrie wordt er cradle-to-cradle te werk gegaan als de vorm van productie, consumptie en recycling zo is aangepast dat alle geconsumeerde producten hergebruikt worden als grondstoffen voor de nieuwe producten. Bij circulaire economie gaan er dus geen grondstoffen verloren.

Bij een afgesloten circulaire economie worden er geen nieuwe grondstoffen meer toegevoegd en is de levensloop van de producten verlengd. Hierdoor is er minder druk op de grondstofwinning, wat de impact op het milieu drastisch kan verminderen. Het productie- en consumptieproces van verf, kan ook circulair gemaakt worden. Dit heeft echter verschillende uitdagingen: .

Het heeft tijd nodig

De eerste uitdaging is dat het erg veel tijd kost om alle productiestromingen circulair te maken. Dit komt enerzijds omdat er samenwerkingen moeten komen tussen de bedrijven en organisaties en anderzijds moet er veel onderzoek plaatsvinden naar de herbruikbaarheid van de grondstoffen.

Het heeft investeringen nodig

Naast dat het opzetten van een circulaire economie veel tijd kost, zullen er ook verschillende investeringen gedaan moeten worden. Zo moeten veel producten en ontwerpen aangepast worden, opdat ze makkelijker te recyclen zijn. Daarnaast moet er ook onderzoek gedaan worden om de kwaliteit van de producten te garanderen. Er is nog geen garantie dat de kwaliteit van de producten op hetzelfde niveau zullen blijven.

Er zijn nieuwe recyclemethodes nodig

De meeste recyclemethodes die nu gebruikt worden, verlagen de kwaliteit van de gerecyclede producten. Dit noemen we downcycling. Er moeten nieuwe recyclemethodes komen die dit kwaliteitsverlies beperken. Deze nieuwe recyclemethodes moeten nog onderzocht worden. Ook zijn er stoffen, zoals thermoharders waar momenteel nog geen recycleprocedure voor is. Deze soorten stoffen moeten een nieuwe intensieve recycleprocedure krijgen, waardoor ze niet meer bij het restafval belanden. Deze nieuwe recycleprocedure moet nog onderzocht worden.

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 moeten deze op de juiste manier inleveren.

Circulair watergebruik in de verfindustrie

Bij jouw verffabriek wordt er veel water gebruikt op verschillende gebieden. Het verbruikte water wordt, na een zuivering, geloost in het riool en er wordt nieuw water gebruikt. Met wat grote verandering kan dit lineaire watergebruik omgezet worden naar circulair watergebruik. Hierbij wordt de fabriek zo ontworpen dat het water telkens opnieuw gebruikt wordt, met zuiveringsinstallatie om de kwaliteit van het water te behouden.

Voorbeelden circulair watergebruik
Een voorbeeld is het hergebruiken van koelwater. Het koelwater wordt gebruikt om de temperatuur van verschillende machines te verlagen. Dit water bevat veel warmte, en deze warmte kan opnieuw gebruikt worden. 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 machines. Op deze manier blijven de machines altijd koel en het kantoor altijd warm, zonder dat er hiervoor nieuw water nodig is of dat de verwarming aangezet moet worden.

^{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 zuiverinstallatie uit te breiden, kunnen ook andere stoffen (die normaal bij de waterzuivering van de waterschappen eruit gehaald worden) verwijderd worden uit het water. Dit water kan dan hergebruikt worden binnen de fabriek.

Aanpassingen binnen de fabriek
Als het water op locatie gezuiverd wordt en opgeslagen wordt in een grote watertank, kunnen alle waternetwerken hierop worden aangesloten. Van deze tank kunnen ze water pakken, en het verbruikte water kan gezuiverd worden en terug in de tank worden gebracht. Er zal een klein gedeelte van het water uit de kringloop raken (e.g. water wat opgedronken wordt, water wat verdampt raakt), dus de tank zal soms moeten worden aangevuld met nieuw water, maar een groot gedeelte kan dus hergebruikt worden in deze waterkringloop.

Om jouw fabriek geheel circulair te maken op het gebied van watergebruik, zal de fabriek tijdelijk stilgelegd moeten worden. Pas wanneer de fabriek stil is gelegd, kan het waternetwerk worden aangepast. Deze investering bedraagt het (op)nieuw aanleggen van waterleidingen, het plaatsen van een uitgebreide waterzuivering en het houden van waterkwaliteitscontroles. Ook zal er onderzoek moeten plaatsvinden 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 verfproductie. Deze onduidelijkheid 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

Vervoer is nodig om een verffabriek te kunnen draaien. Je moet grondstoffen naar je fabriek laten komen en je eigen producten bij de distributiecentra en klanten krijgen. 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. Daarnaast zijn er ook nieuwere vrachtwagens die elektrisch of op waterstof rijden.

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 bekendere brandstoffen voor auto’s en vrachtwagens. Bij bijna alle tankstations over 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 te garanderen en is deze fossiele grondstof ook 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 koolstofmono-oxide 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 een bijdrage leveren aan 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. Doordat de verbranding van diesel zorgt voor overtollige broeikasgassen, levert de verbranding van diesel een bijdrage aan het versterkt broeikaseffect.

Diesel in de maatschappij

Diesel wordt al jarenlang gebruikt in onze maatschappij en miljarden liters zijn al verbrand. Een lange tijd heeft het straatbeeld vooral bestaan uit dieselwagens. Hierdoor heeft diesel een belangrijke rol in onze maatschappij gekregen. Dit zorgt ervoor dat diesel een brandstof is geworden die je bij elk tankstation terug kan vinden. De beschikbaarheid van diesel is hiermee erg hoog.

Over het algemeen geldt dat diesel een goedkope brandstof is, vergeleken met de alternatieven. De prijs is schommelend en afhankelijk van de internationale handel van aardolie. Helaas kan de prijs in de verre toekomst wel veranderen als er wordt gekeken naar de voorraad van ruwe aardolie. Ruwe aardolie is namelijk een bekend voorbeeld van een fossiele brandstof. Het duurt erg lang voordat aardolie geproduceerd is, maar het is relatief makkelijk uit de grond te pompen. 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. Dit zal invloed hebben op de prijs van diesel.

Ook worden er vanuit de overheid steeds meer restricties gelegd op wagens die op diesel rijden. Zo moet diesel bij de tankstations gemengd worden met biodiesel. Hierdoor bestaat alle diesel die getankt kan worden uit minimaal 10% biodiesel (B10). Ook zijn er speciale milieuzones in Nederland waar dieselwagens niet meer mogen rijden. Ten slotte zijn er ook internationale maatregelen; zo wordt er een Europese wetgeving besproken 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 je dieselvrachtwagens blijven 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 van de grondstoffen. Deze grondstoffen kunnen ook zelf verbouwd en geoogst worden. Vervolgens worden de grondstoffen in chemische fabrieken verwerkt tot biodiesel. Ten slotte wordt de biodiesel naar het tankstation gebracht.

Chemische samenstelling
Biodiesel is een alternatief voor de gewone diesel. Om deze diesel te maken 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 te zien 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 kunnen de kosten voor dit proces ook erg verschillen. Soms lopen deze kosten hoog op, waardoor de biodiesel relatief duur wordt.

In plaats van het gebruiken van afval uit de voedselindustrie, kan de grondstof voor de biodiesel ook zelf gemaakt worden. Een voorbeeld is het kweken van algen. Algen kunnen zich relatief snel vermenigvuldigen. Ze kunnen zich verdubbelen tot wel vier keer per dag. Algen zijn plantaardige organismes waarvan de biomassa vergroot wordt door fotosynthese. Omdat algen zo snel groeien, zal deze grondstof niet snel opraken. Wanneer biodiesel gemaakt wordt van algen, wordt er gebruik gemaakt 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 gebruik maken van een proces dat fotosynthese wordt genoemd. 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 dieselwagens zijn elektrische wagens. Deze elektrische wagens werken op een andere manier. Waar brandstofwagens werken met kleine explosies om een beweging in gang te zetten, werken elektrische wagens met magneten en 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 erg nieuw, maar het concept bestaat al sinds de 19^de eeuw. Na 1925 verdween de elektrische auto uit het straatbeeld wegens problemen met o.a. snelheid, laadvermogen en de concurrentie met brandstofauto’s. Na een eeuw is er veel veranderd en is er 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 is een van de grootste uitdagingen die de fabrikanten van elektrische auto’s hebben. Momenteel is er veel onderzoek gaande naar het maken van een elektromotorauto's met een hoog rendement, waarbij het energieverlies wordt geminimaliseerd.

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

Lithium-ion batterij
Toen deze eeuw de lithium-ion batterij zijn weg vond in de auto-industrie, is veel van de vroegere problematiek verholpen. Elektrische wagens kunnen nu snel optrekken en meer kilometers maken zonder op te laden. Ze hebben een hoger rendement door de lithiumbatterij. 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 deze zal ook ooit opraken. Wel gaan elektrische wagen lang mee en kan het lithium gerecycled worden. Het recycleproces moet wel geoptimaliseerd worden voordat er geen nieuw lithium meer gewonnen hoeft te worden.

Elektriciteit opwekken voor de elektrische wagen

Tijdens het rijden levert de elektrische wagen geen uitstoot. Maar er moet ook gekeken worden naar hoe de elektrische energie die de vrachtwagen gebruikt, wordt opgewekt. Pas wanneer er naar de opwekking is gekeken, kan er worden bepaald of elektrische rijden ook duurzaam is. Wanneer de elektriciteit opgewekt wordt door het verbranden van fossiele brandstoffen, dan is het gebruiken van deze elektrische energie niet duurzaam. Bij het verbranden van de fossiele brandstoffen komen er namelijk wel 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 dat 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 rijden zorgt ervoor dat je netto bijna geen uitstoot meer hebt.

De vraag blijft natuurlijk of de energie die je ‘tankt’ nu van ‘groene’ afkomst is of niet. Momenteel zijn er in het openbaar maar weinig laadpunten waar je de elektrische auto met 100% groene stroom kunt opladen. Bij veel tankstations wordt het wel aangegeven als er groene stroom beschikbaar is; zo geven “Total” en “Shell” beide opties om je auto op te laten met stroom opgewekt uit de wind en zon. Het aanbod voor tanken met groene stroom wordt ook elke dag uitgebreider.

Naast dat er gekeken moet worden naar de manier van opwekken, is het belangrijk dat het rendement ook mee wordt genomen. 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. Met deze bewegingsenergie kunnen de wielen draaien. Helaas vindt bij elke energieomzetting een verlies in energie plaats. Bij het elektrisch rijden zijn er meerdere energieomzettingen: van wind (bewegingen)/zonenergie naar elektrische energie en van elektrische energie naar bewegingsenergie. Deze meerdere 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 zou het totale rendement tussen de 40% en 70% liggen.

Toekomstbeeld voor de elektrische wagen

Er komen steeds meer elektrische wagens op de weg. Maar hoe ziet het toekomstbeeld er nu uit voor de elektrische wagen?

Bij het overstappen naar elektrische vervoersmiddelen, zullen er nieuwe auto’s en vrachtwagens gekocht moeten worden. Toen de elektrische wagens net op de markt kwamen, was de prijs van de wagens erg hoog. Maar de productie van elektrische voertuigen is aan het uitbreiden. Door het toenemende aanbod daalt de prijs.

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 de prijs mee te vallen. Wel rijdt een dieselwagen met één liter diesel veel verder dan een elektrische auto met 1 kWh. Afhankelijk van of de energie zelf wordt opgewekt, door bijvoorbeeld eigen zonnepanelen, kunnen de kosten wel weer terugverdiend worden.

Als er met elektrische wagens gereden wordt, is het belangrijk dat deze op tijd kunnen laden. Nog niet overal staat er een laadpaal voor een elektrische wagen. Maar omdat er steeds meer vraag is naar de laadpalen en omdat er steeds meer mensen elektrisch rijden, zullen er steeds meer komen. De laadpalen staan niet alleen langs de weg bij tankstations, maar worden ook op andere plekken gezet, zoals vlak bij de fabriek. Op deze manier zal het in de toekomst steeds makkelijker worden om de (vracht)auto op te laden, zonder om te hoeven rijden.

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 waterstof en zuurstof ingaat 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 geproduceerd worden met een endotherme reactie. Waar je deze energie vandaan haalt kan verschillen. 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. Hierom is 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

Op welke manier 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. Er zijn verschillende manieren hoe waterstof kan worden gemaakt. 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. Wel kan het enkele jaren duren voordat er een goede waterstofwagen is.

Het produceren van waterstof geeft een andere uitdaging: Meer dan 90% 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 geheel groen geproduceerd is.

Ook is momenteel de vraag naar waterstof niet zo hoog, dit is terug te zien 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