Fossiele brandstoffen
De meeste energie die we gebruiken komt nog uit fossiele brandstoffen: aardolie, aardgas en steenkool. Ze zijn niet duurzaam: de voorraad raakt op en bij verbranding ontstaat CO₂.
Na deze les kun je
- uitleggen wat de kwaliteit van energie is
- beschrijven hoe aardolie wordt verwerkt met gefractioneerde destillatie en kraken
- uitleggen hoe een gascentrale werkt
- het verschil tussen het natuurlijke en het versterkte broeikaseffect uitleggen
Dit weet je al
Reactie-energie (paragraaf 9.2). Alkanen en alkenen, verbrandingsreacties (eerdere hoofdstukken).
Kwaliteit van energie
Bij vrijwel elke energie-omzetting ontstaat naast nuttige energie ook niet-nuttige energie, meestal warmte. In een automotor wil je bewegingsenergie, maar een groot deel van de chemische energie van benzine wordt warmte.
Hoe groter het deel nuttige energie, hoe hoger de kwaliteit van de energie. Een systeem met veel omzettingen achter elkaar heeft een lagere kwaliteit, want bij elke stap gaat energie verloren.
Aardolie: fracties en kraken
Aardolie is een mengsel van tienduizenden koolwaterstoffen. Je kunt het niet scheiden in zuivere stoffen. Daarom scheid je het in fracties: mengsels van stoffen met een kookpunt binnen bepaalde grenzen.
Bij gefractioneerde destillatie wordt aardolie verhit en in een destillatiekolom geleid. Elke fractie condenseert op haar eigen hoogte:
- onderin: fracties met grote moleculen en hoge kookpunten (zware olie, asfalt);
- bovenin: fracties met kleine moleculen en lage kookpunten (gassen, LPG, benzine).
Er is veel vraag naar kleine moleculen (benzine, grondstoffen voor plastic). Bij kraken worden grote koolwaterstofmoleculen door verhitten in kleinere gesplitst. Er ontstaat altijd een mengsel van alkanen en alkenen. Een voorbeeld:
Uit de alkenen (zoals etheen en propeen) worden plastics gemaakt.
Aardgas in een gascentrale
In een gascentrale wordt aardgas verbrand. De hete verbrandingsgassen drijven een turbine aan, die een dynamo laat draaien: die levert elektriciteit. De gassen zijn daarna nog heet. Daarmee wordt water verhit tot stoom, die een tweede turbine aandrijft. Door twee turbines wordt meer van de energie nuttig gebruikt: het rendement is tot ongeveer 60%.
Het broeikaseffect
Door het gebruik van fossiele brandstoffen is de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer de afgelopen eeuw sterk gestegen. CO₂ is een broeikasgas: het houdt een deel van de warmtestraling van de aarde tegen.
- Het natuurlijke broeikaseffect zorgt ervoor dat het op aarde niet extreem koud wordt.
- Het versterkte broeikaseffect: door méér CO₂ wordt meer warmte vastgehouden en stijgt de gemiddelde temperatuur. Gevolgen: extremer weer, smeltend landijs, stijgende zeespiegel, uitstervende soorten.
Decaan (C₁₀H₂₂) wordt gekraakt. Er ontstaan octaan en één ander molecuul. Geef de reactievergelijking.
- Begin met de bekende stoffen:
- Tel de C-atomen: 10 − 8 = 2.
- Tel de H-atomen: 22 − 18 = 4.
- Het andere molecuul is C₂H₄, etheen (een alkeen):
Een fractie (zoals benzine) is een mengsel. Daarom heeft een fractie een kooktraject en geen vast kookpunt.
Een alkaan CH heeft precies genoeg H-atomen voor één alkaan. Splits je het in twee stukken, dan is er voor één van de twee niet genoeg waterstof: dat wordt een alkeen met een dubbele binding.
Snap je het?
Leg uit waarom de kwaliteit van elektrische energie meestal hoger is dan die van chemische energie.
Condenseert de fractie met de grootste moleculen bovenin of onderin de destillatiekolom?
Waarom heeft een gascentrale met twee turbines een hoger rendement?
Wat is het verschil tussen het natuurlijke en het versterkte broeikaseffect?
In de volgende paragraaf zie je welke duurzame alternatieven er zijn voor fossiele brandstoffen.
Klaar met deze les? Zet hem op gelezen; je voortgang staat rechtsboven.