Practicum: Industriële synthese en duurzaamheid – LCA – Scheikunde Klas 6 VWO

In dit examenpracticum voor klas 6 vwo voer je een volledige duurzaamheidsanalyse uit van de productie van maleïnezuuranhydride via twee industriële routes (benzeen-oxidatie vs. butaan-oxidatie). Je berekent atom economy, E-factor, CO₂-voetafdruk en vergelijkt LCA-scores.

Leerdoel

Na dit practicum kun je atom economy en E-factor berekenen en vergelijken, een LCA in drie fasen (winning grondstoffen, productie, afdanking) uitvoeren, de principes van groene chemie toepassen als beoordelingskader, en een beredeneerd advies geven over de meest duurzame route.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 6 (examenjaar) | Vak: Scheikunde | Domein: F1 Industriële processen, F2 Groene chemie, F3 Energieomzettingen, G2 Milieueffectrapportage, G3 Energie en industrie (CE)

Benodigdheden

• Gegeven procesdata: rendement, energieverbruik, grondstoffen voor beide routes
• LCA-berekeningstabel (gegeven), rekenmachine
• Optioneel: demonstratie-oxidatieproef (maleïnezuuranhydride vorming)

Achtergrondinformatie

Route A – Benzeen-oxidatie: C⁶H⁶ + 4½O₂ → C₄H₂O₃ + 2CO₂ + 2H₂O. M(benzeen) = 78 g/mol; M(maleïnezuuranhydride, MA) = 98 g/mol. Bijproducten: 2CO₂ (verlies van 2C). Grondstof: fossiel. Route B – Butaan-oxidatie: C₄H₁₀ + 3½O₂ → C₄H₂O₃ + 4H₂O. M(butaan) = 58 g/mol. Geen CO₂-bijproduct uit het organische frame. Alle 4 koolstofatomen worden benut. Route B is grondstof-efficiënter.

Procesdata vergelijking

Verwerkingsvragen

1. Bereken de atom economy van route A en route B.
2. Route A genereert 0,70 ton CO₂ + 0,40 ton H₂O per ton MA. Bereken de E-factor van route A (afval = CO₂ + H₂O; product = MA).
3. Geef een beredeneerd advies: welke route verdient de voorkeur op basis van duurzaamheid? Gebruik minimaal drie criteria.

Uitwerking

V1: Route A: benzeen (C⁶H⁶) → MA (C₄H₂O₃) + 2CO₂. Atom economy = M(MA) / M(benzeen) × 100% = 98 / 78 × 100% = 125,6%. Wait: atom economy voor producent — correctie: gebruik alle reactantmolmassa’s. AE = M(MA) / [M(C⁶H⁶) + M(4½O₂)] × 100% = 98 / (78 + 144) × 100% = 98/222 × 100% = 44,1%. Route B: AE = 98 / (58 + 112) × 100% = 98/170 × 100% = 57,6%. Route B heeft een hogere atom economy (alle C-atomen benut).

V2: Afval per ton MA = 0,70 + 0,40 = 1,10 ton. E-factor = 1,10 / 1,00 = 1,10 (relatief laag; industriele processen streven naar E-factor < 1 voor bulkchemicaliën).

V3: Route B verdient de voorkeur op basis van: (1) Hogere atom economy (57,6% vs. 44,1%): minder koolstof verloren als CO₂. (2) Lagere CO₂-uitstoot (1,4 vs. 2,0 ton/ton MA): kleiner klimaateffect. (3) Lager energieverbruik (22 vs. 28 GJ/ton). (4) Grondstof butaan is goedkoper en minder toxisch dan benzeen (carcinogeen). (5) LCA-score: route B scoort beter in alle emissiefasen. Conclusie: route B is de groenere keuze.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert LCA-rekenmaterialen, duurzaamheidskits en processimulatiematerialen voor industriële scheikundepraktika in het voortgezet onderwijs.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.