BELANGRIJK_productietechnologie-samenvatting.pdf

# Inleiding tot de industriële productietechnologie Dit onderwerp introduceert de fundamentele concepten van industriële productietechnologie, waarbij de definitie, de economische en technologische aspecten, en het belang van duurzaamheid worden verkend. ## 1.1 Omschrijving en situering ### 1.1.1 Definitie van productie Productie komt voort uit een vraag of maatschappelijke behoefte. In economische zin wordt productie gezien als het voortbrengen van maatschappelijke goederen, het creëren van nuttigheid en het bevredigen van maatschappelijke behoeften [1](#page=1). ### 1.1.2 Definitie van technologie Technologie omvat de natuurkundige, (bio-)chemische processen die worden gebruikt om te produceren. Het is de leer van bewerkingen die natuurproducten moeten ondergaan om ze ten dienste van de industrie te laten functioneren. Technologie kan ook worden gezien als de leer van bewerkingen, mechanische hulpmiddelen en de methoden die samenhangen met fabricage [1](#page=1). * **Toegepaste wetenschappen**: Dit houdt in dat wetenschappelijke kennis wordt benut om oplossingen te vinden [1](#page=1). ### 1.1.3 Definitie van productietechnologie Productietechnologie is de systematische toepassing van wetenschappelijke kennis en inzichten om een maatschappij of gemeenschap te voorzien van goederen en diensten [1](#page=1). * **Goederen**: Tastbare producten [1](#page=1). * **Diensten**: Niet-tastbare producten [1](#page=1). * **Consumentgoed**: Een goed bedoeld voor particulier gebruik [1](#page=1). * **Kapitaalgoed**: Een goed bedoeld voor gebruik door een onderneming, zoals gebouwen of sporen [1](#page=1). * **Product**: Alles wat op de markt kan worden gebracht tegen een bepaalde prijs [1](#page=1). * **Manufacturing**: Dit betekent letterlijk "met de hand vervaardigen" en omvat tegenwoordig ook geautomatiseerde en computergestuurde processen [1](#page=1). #### 1.1.3.1 Technologisch aspect van productie Dit aspect omvat de toepassing van fysische, mechanische, (bio-)chemische of thermische processen voor het wijzigen van de geometrie, eigenschappen of samenstelling van een ingangsproduct, met als doel een halffabricaat of eindproduct te verkrijgen [1](#page=1). #### 1.1.3.2 Economisch aspect van productie De nadruk ligt hierbij op het creëren van toegevoegde waarde en het produceren van een vermarktbaar product [1](#page=1). ### 1.1.4 Duurzaamheid (Definitie van Brundtland) Duurzaamheid wordt gedefinieerd als het voldoen aan de behoeften van de huidige generatie zonder de kansen te hypothekeren voor de volgende generatie om aan hun behoeften te voldoen. Dit is een brede definitie die verschillende aspecten omvat [1](#page=1): * **Economisch**: Profit, prosperity [1](#page=1). * **Ecologisch**: Planet [1](#page=1). * **Sociologisch**: People [1](#page=1). Het doel is om een evenwicht te vinden tussen deze drie pijlers, ook wel de "3P's" genoemd, wat leidt tot maatschappelijk verantwoord ondernemen (MVO) [1](#page=1). ### 1.1.5 Het nieuw industrieel beleid (NIB) Het NIB richt zich op vier kernpunten [2](#page=2): 1. Inzetten op slimme technologische innovatie [2](#page=2). 2. Zuinig omgaan met energiebronnen [2](#page=2). 3. Duurzaam materiaalbeheer [2](#page=2). 4. Internationale afzetmarkt opzoeken [2](#page=2). ### 1.1.6 Economische sectoren Er zijn verschillende manieren om economische sectoren in te delen: 1. **Traditionele indeling**: * **Primaire sector**: Levert grondstoffen en voedsel (bv. landbouw, visserij, delfstoffenwinning) [2](#page=2). * **Secundaire sector**: Omvat alle bedrijven en activiteiten die grondstoffen verwerken, waaronder industriële productie [2](#page=2). * **Tertiaire sector (Dienstensector)**: Commerciële diensten die gericht zijn op winstmaximalisatie [2](#page=2). * **Quartaire sector**: Niet-commerciële dienstensector, vaak gesubsidieerd door de overheid (bv. publieke diensten) [2](#page=2). 2. **NACE-indeling (Nomenclature des Activités économiques dans la Communauté Européenne)**: Een statistische classificatie van economische activiteiten binnen de Europese Gemeenschap. Deze indeling kent verschillende niveaus [2](#page=2): * Secties (met lettercode) [2](#page=2). * Afdelingen (rubriek met 2 cijfers) [2](#page=2). * Groepen (rubriek met 3 cijfers) [2](#page=2). * Klassen (rubriek met 4 cijfers) [2](#page=2). * Sectie C omvat de industrie en is opgedeeld in 24 afdelingen [2](#page=2). 3. **ISIC-indeling (International Standard Industrial Classification)**: Een wereldwijde overkoepelende classificatie van economische activiteiten, bestaande uit 21 afdelingen [2](#page=2). ## 1.2 Historische context ### 1.2.1 Eerste industriële revolutie (circa 1780) De eerste industriële revolutie kenmerkte zich door de uitvinding van de stoommachine. Dit leidde tot de toepassing van principes uit de natuurkunde, mechanica en productietechniek voor het ontwerpen van werktuigen en de opkomst van de mechanische industrie [2](#page=2). * **Veranderingen**: Grootschalige industriële bedrijven vervingen kleine ambachtelijke werkplaatsen. Productiemiddelen werden gebundeld in georganiseerde verbanden [2](#page=2). * **Transport**: De opkomst van spoorwegen en stoomscheepvaart maakte vervoer over grote afstanden mogelijk, wat het afzetgebied vergrootte [2](#page=2). * **Infrastructuur**: De machine-industrie en civiele werken, zoals spoorlijnen, bruggen en waterwegen, ontwikkelden zich [2](#page=2). * **Resultaat**: Dit resulteerde in een systematische groei van de capaciteit, mogelijkheden en het afzetgebied [2](#page=2). ### 1.2.2 Tweede industriële revolutie (circa 1900) Deze revolutie werd gekenmerkt door elektrificatie, de vervanging van ijzer door staal, de ontwikkeling van de verbrandingsmotor, de exploitatie van aardolie, en de opkomst van ruimtevaart, IT en micro-elektronica [2](#page=2). ### 1.2.3 De (mogelijke) Derde industriële revolutie Deze revolutie, die mogelijk nog gaande is, wordt gedreven door: * **Miniaturisatie**: De opkomst van micro- en nanotechnologie, waarbij schalen van $10^{-9}$ meters worden bereikt. Dit maakt precisiefabricage op sub-100 micrometer schaal mogelijk. Producten die op nanoschaal worden vervaardigd, hebben unieke en specifieke eigenschappen [2](#page=2). * **Biotechnologie**: De studie en het gebruik van levende organismen (al dan niet genetisch gemanipuleerd) voor de productie van chemische stoffen, materialen en bio-energie [2](#page=2). > **Tip**: Het is essentieel om de definities van de kernbegrippen (productie, technologie, productietechnologie) goed te onthouden, evenals de drie pijlers van duurzaamheid (People, Planet, Profit). Begrijp ook de historische context van de industriële revoluties, omdat deze de basis hebben gelegd voor moderne productietechnologieën. --- # Productieprocessen en organisatorische aspecten Dit onderdeel verkent de diversiteit aan productieprocessen, van specifieke stukproductie tot continue fabricage, en behandelt de economische dimensies zoals kosten en prijzen, evenals de organisatiestructuren binnen productiebedrijven en de cruciale rol van ingenieurs. ### 2.1 Het productieproces en procestechnologie Een productieproces kan worden gedefinieerd als een reeks van gebeurtenissen (reacties en operaties), geordend in de tijd, die een ingangsproduct omzetten in een gewenst eindproduct met toegevoegde waarde. Dit kan technisch van aard zijn, waarbij menselijke competentie een sleutelrol speelt, of natuurlijk, zoals fotosynthese, waar menselijke invloed beperkter is [4](#page=4). #### 2.1.1 Soorten productieprocessen Er zijn verschillende benaderingen voor productieprocessen, elk met eigen kenmerken en toepassingen: * **Stukproductie:** Productie vindt één voor één plaats, wat leidt tot hoge kostprijzen en een arbeidsintensief karakter. Dit type productie is projectgestuurd, waarbij elk project een eigen planning kent en het product unieke specificaties kan hebben [4](#page=4). * **Serieproductie:** Hierbij worden meerdere producten in één productiecyclus vervaardigd. Dit resulteert in een lagere klantgerichtheid, maar ook in lagere arbeidsintensiteit en dalende kostprijzen dankzij de inzet van duurdere machines. Mass-customization, waarbij klantspecifieke zaken op grotere schaal worden verwerkt, valt hier ook onder. Productieonderbrekingen zijn hier enkel nodig voor instel-, omstel- en schoonmaakredenen [4](#page=4). * **Flowproductie of continue productie:** Dit proces wordt continu uitgevoerd en is nooit stopgezet. Het kenmerkt zich door bulkproducten, zoals in de petrochemische industrie en hoogovens. Level production vereist hoge investeringen in een fabriek, wat leidt tot lage arbeids- en operatiekosten en dus zeer lage kostprijzen. Dit proces kenmerkt zich door een vaste capaciteit en navenante bezetting. Een nadeel is de beperkte inspraak voor de klant [4](#page=4). #### 2.1.2 Eenheidsoperaties en proces engineering * **Eenheidsoperaties:** Dit zijn individuele bewerkingen die materiaal- en energiestromen omzetten in een nieuw fabricaat. Ze omvatten mechanische, fysische en biochemische processen die, afhankelijk van de toepassing, slechts minimaal aangepast worden [5](#page=5). * **Proces engineering (procestechnologie):** De ontwikkeling en optimalisatie van productieprocessen valt hieronder. Ingenieurs bestuderen eenheidsoperaties en zetten deze optimaal in voor bestaande en nieuwe productieprocessen [5](#page=5). * **Mechanische bewerkingen:** Hierbij worden mechanische krachten op de te bewerken stof uitgeoefend, waarbij de wezenlijke eigenschappen van de stof vast blijven [5](#page=5). * **Fysische bewerkingen:** Fysische krachten worden gebruikt om de toestand van de stof te veranderen, terwijl het wezen van de stof constant blijft [5](#page=5). * **Biochemische processen:** Deze processen veranderen de stof wel door de chemische samenstelling aan te passen, zoals bij een verbrandingsreactie. Een **katalysator** is een stof die een proces versnelt zonder zelf verbruikt te worden, en een **enzym** is een biochemische katalysator [5](#page=5). #### 2.1.3 Procesontwikkeling De ontwikkeling van een nieuw proces doorloopt verschillende schalen: 1. **Laboratoriumschaal:** Experimenten door deskundigen, gebaseerd op ervaring, kennis en literatuur, om een methode te vinden en de ontdekkingsvolgorde van bewerkingen te bepalen onder gecontroleerde omstandigheden en parameterstudie. Het **rendement** is hierbij cruciaal: de verhouding tussen werkelijk verkregen omgezette producten en de maximaal mogelijke opbrengst, met als doel het verlies van grondstof in bijproducten te minimaliseren [5](#page=5). 2. **Pilootschaal (semi-technische schaal):** Uitvoering onder meer realistische omstandigheden, minder gecontroleerd [5](#page=5). 3. **Proeffabriek:** Een volledige fabriek om ervaring op te doen en defecten of productieonderbrekingen efficiënt op te vangen [5](#page=5). 4. **Productiefabriek:** De daadwerkelijke productie [5](#page=5). #### 2.1.4 Schematische weergave van processen * **Blokschema's:** Gebruiken rechthoeken en pijlen om de volgorde van bewerkingen en de richting van de grondstoffenflow weer te geven, waarbij elke rechthoek één eenheidsoperatie representeert [5](#page=5). * **Stromingsschema's (flowsheets):** Tonen machines en apparaten met behulp van eenvoudige rechthoeken en lijnen. PID (proces and instrumental diagram) is een specifiek type hiervan [5](#page=5). * **Materiaal- en energiebalansen:** Een "boekhouding" die alle ingaande en uitgaande hoeveelheden bijhoudt. Een materiaalbalans specificeert de grootte en samenstelling van alle voorkomende hoeveelheden [5](#page=5). ### 2.2 Productiekosten en verkoopprijzen #### 2.2.1 Productiekosten Productiekosten omvatten zowel vastgelegde kosten (door keuzes in materiaal, machines, etc.) als gemaakte kosten (reeds betaalde kosten) [6](#page=6). * **Kostprijscalculatie:** * **Offertecalculatie:** Een voorontwerp waarbij materiaal- en bewerkingskosten worden berekend, vaak voordat het ontwerp definitief is [6](#page=6). * **Voorcalculatie:** Na orderacceptatie en definitieve uitwerking worden productiekosten, bewerkings- en behandelingstijden ingeschat [6](#page=6). * **Nacalculatie:** Na afronding van het product worden bewerkingstijden en werkelijk gemaakte kosten berekend [6](#page=6). > **Tip:** 80% van de verwachte kosten wordt al in de productontwikkelingsfase (LCA) bepaald, terwijl de werkelijke kosten pas later gemaakt worden. Belangrijke beslissingen moeten dus vroeg in het proces genomen worden [6](#page=6). De productiekostprijs bestaat uit: * **Uitvoeringskosten (KU):** Kosten die voor elk product terugkomen, zoals materiaalkosten per onderdeel, machinekosten per onderdeel, directe arbeidskosten en gereedschapswisselkosten [6](#page=6). * **Kosten voor herhaalopdrachten (KHO):** Voorbereidende kosten die voor elke fabricageserie opnieuw gemaakt moeten worden, waaronder administratieve werkvoorbereiding, inricht- en aankoopkosten. Deze worden gedeeld door het aantal fabricageseries ($X_i$) [6](#page=6). * **Voorbereidingskosten of eenmalige kosten (KVB):** Kosten die één keer voor de totaalserie worden gemaakt en over alle onderdelen worden afgeschreven, zoals technische werkvoorbereiding en productgebonden uitrusting. Deze worden gedeeld door de totaalserie ($Y$) [6](#page=6). * **Indirecte kosten voor productiefaciliteiten (overheadkosten):** Kosten van niet-direct producerende afdelingen zoals inkoop, planning, gebouwen en verlichting. Deze worden meegenomen door de nominale fabricagekosten te vermenigvuldigen met de overheadfactor fabricage ($F_{OH} > 1$) [6](#page=6). #### 2.2.2 Formules voor kostenberekening De productieprijs ($K_{FI}$) van een onderdeel uit fabricageserie $i$ wordt berekend als: $$ K_{FI} = F_{OH} \ast \left( K_U + \frac{K_{HO}}{X_i} + \frac{K_{VB}}{Y} \right) $$ waarbij $\sum_{i=1}^{k} X_i$ de totaalserie betreft [7](#page=7). De productiekostprijs ($K_{FT}$) van een geassembleerd product, bestaande uit $n$ onderdelen, is de som van de productiekostprijzen van de afzonderlijke delen plus de kosten van assemblage ($K_{AS}$): $$ K_{FT} = F_{OH} \ast K_{AS} + \sum_{i=1}^{n} K_{FI} $$ Naast de productiefaciliteiten overhead, zijn er ook de overheadfactor bedrijf ($F_{OB}$) voor diensten zoals kwaliteitsdienst, personeelszaken en management, en de overheadfactor verkoop ($F_{OV}$) voor voorraad- en afleveringskosten [7](#page=7). De winstfactor ($F_W$) is de verhouding tussen verkoopprijs en totale productkosten. De uiteindelijke verkoopprijs ($K_V$) wordt dan [7](#page=7): $$ K_V = F_W \ast F_{OV} \ast F_{OB} \ast K_{FT} $$ ### 2.3 De organisatie van het productiebedrijf #### 2.3.1 Het productiesysteem en zijn omgeving Een **productiesysteem** is een complex van mensen en middelen, samengebracht om gelijkaardige producten voort te brengen. Het bestaat uit deelsystemen voor informatie- en materiaalstromen. De omgeving omvat de markt, afnemers, concurrenten, leveranciers en de maatschappij als geheel. Marktkenmerken zoals wereldmarkt, overcapaciteit en kritische klanten, evenals product- en proceskenmerken zoals productcomplexiteit, veel varianten, korte levensduur en levertijden, vereisen aanpassingen in het bedrijfsbeleid binnen de geldende wetten en richtlijnen [7](#page=7). **Classificatie van productiesystemen:** 1. **Sturing door klantenorder:** * **Productie op voorraad:** Gebaseerd op afzetprogramma's [7](#page=7). * **Productie op order:** Ontwerpen en produceren op basis van specifieke klantorders [7](#page=7). * **Klantenorder ontkoppelpunt (K.O.O.P.):** Het punt in de productieketen vanaf waar de productie door de klantenorder wordt gestuurd. Een K.O.O.P. die links in de keten ligt, geeft veel klantinspraak (bv. huis bouwen), terwijl een K.O.O.P. rechts in de keten weinig tot geen inspraak biedt (bv. tv). Een K.O.O.P. in het midden laat beperkte inspraak toe, zoals bij het kiezen van opties voor een auto [7](#page=7). 2. **Seriegrootte van orders:** * **Massaproductie:** 100.000 tot 1.000.000 stuks per jaar (geen K.O.O.P.) [8](#page=8). * **Serieproductie:** Enkele tot 100.000 stuks per jaar, met eenmalige of meermalige orders [8](#page=8). * **Enkelstuks/projectmatige productie:** Eén tot enkele producten (maximale K.O.O.P.) [8](#page=8). 3. **Plaats in de bedrijfskolom:** De opeenvolgende stappen van grondstof tot eindklant [8](#page=8). * **Basisproductiesysteem:** Primaire grondstof → basisproduct [8](#page=8). * **Omzettingssysteem:** Basisproduct → halffabricaat [8](#page=8). * **Fabricagesysteem:** Halffabricaten → product fabricagesysteem [8](#page=8). * **Assemblagesysteem:** Product fabricagesysteem → eindproduct [8](#page=8). 4. **Inrichting van productieafdelingen:** * **Lijnstructuur:** Een "lopende band" waarbij elk onderdeel een vaste lijn doorloopt met gelijke tijd per stap, typisch voor massaproductie [8](#page=8). * **Departementale of afdelingsstructuur:** Elke afdeling heeft één functie, gebruikt in serieproductie. Nadelen zijn afstemmingsproblemen, vertragingen en lange doorlooptijden met voorraadkosten als gevolg, maar de bezettingsgraad binnen een afdeling is hoog [8](#page=8). * **Celstructuur:** Elke cel functioneert als een mini-fabriekje. Voordelen zijn hoge flexibiliteit, korte doorlooptijd en kleinere voorraden, maar de bezettingsgraad is lager [8](#page=8). #### 2.3.2 Goederenstroombesturing **Logistiek** omvat het plannen en efficiënt uitvoeren van bevoorrading voor goederen-, geld-, informatie- en mensenstromen, van ontwikkeling en inkoop tot productie en distributie, tegen optimale kosten. **Supply chain management (SCM)** verbetert processen en samenwerking met leveranciers en afnemers voor een beter functioneren [9](#page=9). **Plannings- en besturingssystemen:** * **Voorraadgestuurd systeem:** Houdt de voorraad per punt bij. Wanneer de voorraad onder het bestelniveau daalt, wordt een bestelling geplaatst, rekening houdend met het verbruik [9](#page=9). * **JIT (just-in-time):** Leveringen in kleine hoeveelheden, soms meerdere keren per dag. Voordelen zijn flexibiliteit en lage voorraadkosten, maar het is risicovol; producten die niet op tijd geleverd worden, kunnen leiden tot productiestops [9](#page=9). * **Programmagestuurd systeem:** Gaat uit van bekende of verwachte bestellingen van eindproducten om de behoefte aan grondstoffen in te schatten, zoals bij **MRP (material requirement planning)** [9](#page=9). #### 2.3.3 Organisatorische structuren Organisatiestructuren kunnen worden ingedeeld naar hiërarchie, bouw van de productiestructuur, geografische spreiding en platheid: * **Hiërarchische indeling:** * **Lijnorganisatie:** Iedereen heeft één baas [10](#page=10). * **Lijn-staf organisatie:** Eénhoofdige leiding met bijstand van stafunctionarissen die advies geven maar geen beslissingsbevoegdheid hebben [10](#page=10). * **Functionele organisatie:** Stafadvies wordt definitief en heeft beslissingsbevoegdheid, vereist duidelijke afspraken [10](#page=10). * **2-dimensionale matrixorganisatie:** Projectmanagers voor specifieke projecten, met horizontale relaties die de hiërarchie niet volgen [10](#page=10). * **Indeling naar productiestructuur:** * **Productgerichte organisatie:** Eén verantwoordelijke per productgroep (productmanagers), met diepgaande productkennis. Gebruikt bij massaproductie in lijnstructuur [10](#page=10). * **Procesgerichte organisatie:** Eén afdelingshoofd per type proces (procesmanagers), die verschillende productsoorten beheert. Gebruikt in serieproductie (cel- of afdelingsstructuren) [10](#page=10). * **Geografisch gedeelde organisatie:** Opsplitsing per regio, belangrijk bij handel. Multinationals gebruiken vaak complexe matrixstructuren die regionale en productgerichte indelingen combineren [10](#page=10). * **Platte organisatie & Lean production:** Verplaatsen van verantwoordelijkheden naar lagere niveaus (bv. autonome groepen). Organisatieverkleining en -vereenvoudiging door uitbesteding en focus op kerntaken [10](#page=10). #### 2.3.4 Rol van de ingenieur Ingenieurs spelen een cruciale rol in het productieproces: * **Ontwerpingenieurs (design engineers):** Selecteren materialen en productieprocessen, vereisen kennis van materiaaleigenschappen en technologische aspecten [10](#page=10). * **Procesingenieurs (manufacturing engineers):** Selecteren, coördineren en organiseren specifieke processen en apparatuur tijdens de productie, vereisen diepgaande kennis van fundamentele principes en toepassingsmogelijkheden [10](#page=10). * **Materiaalingenieurs (material engineers):** Ontwikkelen materialen met gewenste eigenschappen en hebben inzicht in het gedrag van materialen tijdens de productie [10](#page=10). Communicatie tussen ingenieurs onderling is essentieel [10](#page=10). ### 2.4 Productkwaliteit Productkwaliteit is de mate waarin een product bruikbaar is voor het gestelde doel ("fitness for use") of overeenkomt met de verwachtingen van de klant. De prijs-prestatieverhouding moet optimaal zijn [11](#page=11). * **Marktonderzoek:** Een goede screening van de markt en marktvraagonderzoek zijn essentieel [11](#page=11). * **Totale kwaliteitszorg/waarborging:** Wordt gewaarborgd door het volgen van vastgelegde procedures en werkmethoden [11](#page=11). * **ISO-normen:** Internationale normen voor kwaliteitssystemen, die eisen stellen aan het systeem maar niet de implementatiemethode. In België is BELAC hiervoor geaccrediteerd [11](#page=11). Voor kwaliteitsborging zijn de volgende punten belangrijk: elke werknemer is verantwoordelijk voor zijn werk, dient te weten wat er van hem verwacht wordt, en een kwaliteitsdraaiboek zorgt voor borging. Een kwaliteitscertificaat levert voordelen op voor public relations, concurrentievoordeel en juridische aspecten [11](#page=11). ### 2.5 Criteria voor het beoordelen van het productiesysteem Bij het beoordelen van een productiesysteem worden diverse criteria gehanteerd: * **Productiekosten:** * **Eenmalige kosten:** Eén keer gemaakt per vervaardiging, verdeeld over de totaalserie [11](#page=11). * **Kosten voor herhaalopdrachten:** Gemaakt per serie of herhalingsorder [11](#page=11). * **Repeterende/uitvoeringskosten:** Komen voor elk product terug [11](#page=11). * **Seriegrootte-effect:** De grootte van de serie heeft invloed op de kostprijs [11](#page=11). * **Productiesnelheid:** Hoge productiesnelheid leidt tot lage repeterende kosten, maar de eenmalige kosten en kosten voor herhaalopdrachten kunnen hoog zijn. De snelheden van opeenvolgende processen moeten op elkaar worden afgestemd [11](#page=11). * **Flexibiliteit:** De mate waarin het systeem kan worden aangepast aan nieuwe of gewijzigde producten, andere productaantallen, wensen van de afnemer, en kortere, betrouwbare levertijden [11](#page=11). * **Kwaliteit:** Omvat producteigenschappen, prijs, levertijd en service. De uitvalsfractie ($u$, slechte producten) en opbrengst ($O = 1 - u$) zijn hierbij relevant [11](#page=11). * **Milieueffecten:** Dit betreft voornamelijk het remediëren van vervuiling en verantwoorde afvalverwerking. **Milieuzorg** richt zich op het voorkomen van schadelijke stoffen en effecten. Een vervangend milieuvriendelijker proces moet minstens gelijkwaardig en uitvoerbaar zijn. Het ontwerp heeft de grootste impact op milieueffecten, aangezien het materiaal en de productiemethode vastlegt [11](#page=11). --- # Materie, energie en de chemische industrie Hier is de samenvatting voor het onderwerp "Materie, energie en de chemische industrie" op basis van het verstrekte document. ## 3 Materie, energie en de chemische industrie Dit deel van de cursus behandelt de fundamentele bouwstenen van materie en energie, hun interacties, en hoe deze kennis wordt toegepast in de chemische industrie, met specifieke aandacht voor petrochemie en kunststofverwerking. ### 3.1 Structuur van materie Materie omvat alles met massa en volume, voorkomend in vaste, vloeibare en gasvormige toestanden. Stoffen zijn opgebouwd uit atomen, de kleinste eenheden van materie. Organische stoffen bevatten koolstof en zijn afgeleid van levende organismen, terwijl anorganische stoffen dit niet doen. Er zijn ongeveer 109 elementen bekend, waarvan 90 natuurlijk voorkomen. Elementen zijn onontbindbare stoffen, geordend in het periodiek systeem. Zuivere stoffen hebben een vaste samenstelling, zoals water (H₂O). Mengsels kunnen heterogeen (met zichtbare fasegrenzen) of homogeen (zonder zichtbare fasegrenzen) zijn [13](#page=13). #### 3.1.1 Opbouw van een atoom Een atoom bestaat uit een kern (met protonen en neutronen) en elektronen die zich in banen rond de kern bewegen. Protonen zijn positief geladen, neutronen zijn neutraal, en elektronen zijn negatief geladen. Protonen en neutronen worden nucleonen genoemd. Een atoom is neutraal omdat het aantal protonen gelijk is aan het aantal elektronen. Het massagetal ($A$) is de som van protonen en neutronen, terwijl het atoomnummer ($Z$) het aantal protonen (en dus elektronen) aangeeft. Het massagetal komt niet altijd exact overeen met de werkelijke massa door het massadefect, veroorzaakt door de energie die vrijkomt bij de vorming van intra-atomaire bindingen ($E=mc^2$) [13](#page=13) [14](#page=14). **Isotopen** zijn atomen van hetzelfde element met een gelijk atoomnummer ($Z$) maar een verschillend aantal neutronen, wat leidt tot verschillende fysische eigenschappen [14](#page=14). Verschillende modellen beschrijven de atoomstructuur: * **Atoommodel van Bohr:** Elektronen bevinden zich in concentrische bolschillen rond de kern. De $n$-de schil kan maximaal $2n^2$ elektronen bevatten. De buitenste schil streeft naar een stabiele **octetstructuur** (8 elektronen, behalve Helium met 2) en bepaalt de chemische eigenschappen. Elektronen in de buitenste schil worden **valentie-elektronen** genoemd [14](#page=14). * **Kwantummechanica (Schrödinger):** Elektronen gedragen zich als deeltjes en golven. De **golfvergelijking van Schrödinger** beschrijft de energie van elektronen. **Orbitalen** zijn ruimtes waar een elektron met een bepaalde energie het meest waarschijnlijk kan worden aangetroffen. Orbitalen bevinden zich op energieniveaus bepaald door het hoofdkwantumgetal $n$, waarbij het maximale aantal elektronen per niveau $2n^2$ is [14](#page=14). * **1S-orbitaal:** Bolvormig [15](#page=15). * **2S-orbitaal:** Heeft een nodus (zone zonder elektronen) en een grotere straal dan het 1S-orbitaal [15](#page=15). * **2P-orbitaal:** Bestaat uit drie energetisch gelijkwaardige orbitalen ($2p_x$, $2p_y$, $2p_z$) met een peervormige lobbenstructuur, symmetrisch rond de assen geplaatst [15](#page=15). **Elektronenverdeling** volgt drie principes: * **Aufbauprincipe:** Orbitalen met de laagste energie worden eerst gevuld [15](#page=15). * **Regel van Hund:** Bij energetisch gelijke orbitalen worden deze eerst één voor één gevuld voordat een tweede elektron wordt toegevoegd [15](#page=15). * **Pauli-principe:** Elk orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten, met tegengestelde spin [15](#page=15). #### 3.1.2 Atoombindingen en moleculen Valentie-elektronen bepalen de chemische bindingsmogelijkheden. **Edelgassen** hebben een volledig gevulde buitenste elektronenschil en zijn chemisch inert. Andere atoomsoorten streven naar deze **edelgasconfiguratie** of **octetstructuur** door bindingen aan te gaan, waarbij **moleculen** ontstaan [16](#page=16). Er zijn drie soorten primaire (intramoleculaire) bindingen: 1. **Ionbinding (heteropolaire binding):** Ontstaat door de aantrekking tussen positief en negatief geladen ionen, waarbij elektronen worden overgedragen. Typisch voor anorganische stoffen (metaal + niet-metaal) [16](#page=16). 2. **Covalente binding (homopolaire binding):** Ontstaat doordat valentie-elektronen gemeenschappelijk worden gedeeld tussen atomen. Vooral bij niet-metalen en organische stoffen [16](#page=16). * **Sigma ($\sigma$)-binding:** Ontstaat door lineaire, symmetrische overlap van atoomorbitalen, langs de as tussen de kernen [16](#page=16). * **Pi ($\pi$)-binding:** Ontstaat door zijdelingse overlap van parallelle p-orbitalen, loodrecht op de as tussen de kernen [17](#page=17). **Hybridisatie** is de aanpassing van atoomorbitalen na interactie binnen een molecuul, leidend tot energetisch en geometrisch equivalente nieuwe orbitalen: * **Sp³-hybridisatie:** Het koolstofatoom vormt vier $\sigma$-bindingen, resulterend in een tetraëderstructuur (bijvoorbeeld CH₄) [17](#page=17). * **Sp²-hybridisatie:** Bij dubbele bindingen. Drie orbitalen hybrideren, terwijl één 2p-orbitaal onveranderd blijft voor de $\pi$-binding. De drie $sp^2$-orbitalen liggen in hetzelfde vlak en maken een hoek van 120° met elkaar [18](#page=18). * **Sp-hybridisatie:** Twee $sp$-orbitalen vormen $\sigma$-bindingen, en de twee overgebleven 2p-orbitalen vormen $\pi$-bindingen [19](#page=19). 3. **Metaalbinding:** Gemeenschappelijke valentie-elektronen bewegen vrij over een rooster van positief geladen metaalionen. Dit zorgt voor geleidbaarheid en vervormbaarheid [19](#page=19). **Bindingslengte** is de optimale afstand tussen twee atomen, en **interatomaire bindingsenergie** is de energie die nodig is om de binding te verbreken. $\pi$-bindingen zijn zwakker dan $\sigma$-bindingen, wat invloed heeft op de totale bindingsenergie [19](#page=19) [20](#page=20). #### 3.1.3 Elektronegativiteit en polariteit **Elektronegativiteit (EN)** is de aantrekkingskracht van een atoomkern op de elektronen in een covalente binding [20](#page=20). * $\Delta \text{EN} < 0.4$: **Covalente binding** (bijvoorbeeld H-H). * $0.4 < \Delta \text{EN} < 2$: **Polaire covalente binding**, met vorming van dipolen (bijvoorbeeld H-F) [20](#page=20). * $\Delta \text{EN} > 2$: **Ionbinding** (bijvoorbeeld Na-Cl) [20](#page=20). Een **permanente dipool** ontstaat bij bindingen tussen atomen met verschillende elektronegativiteit, wat leidt tot deelladingen ($\delta$). **Apolaire moleculen** zijn symmetrisch, waardoor de centra van positieve en negatieve lading samenvallen. **Geïnduceerde dipolen** ontstaan door de beweging van elektronen, waarbij de lading tijdelijk niet evenredig verdeeld is [21](#page=21). #### 3.1.4 Intermoleculaire krachten Dit zijn fysieke krachten **tussen** moleculen (secundaire bindingen), zwakker dan primaire chemische bindingen, maar bepalend voor smelt-/kookpunten, mengbaarheid en stijfheid [21](#page=21). * **Van der Waalskrachten:** * **Keesom-krachten:** Dipool-dipool interacties (bijvoorbeeld tussen HF-moleculen). Waterstofbruggen in H₂O zijn een sterke vorm hiervan [21](#page=21). * **Debye-krachten:** Dipool-geïnduceerde dipool interacties (bijvoorbeeld tussen een dipool en CCl₄) [21](#page=21). * **London-krachten:** Geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipool interacties [21](#page=21). Onderliggende factoren voor Van der Waalskrachten zijn de **polariseerbaarheid** (mate waarin elektronenverdeling verstoord kan worden) en de grootte van het **contactoppervlak** tussen moleculen [21](#page=21). #### 3.1.5 Aggregatietoestand De **aggregatietoestand** (vast, vloeibaar, gas) wordt bepaald door druk en temperatuur, en de kinetische energie van moleculen (translatie, vibratie, rotatie, elektronisch) [22](#page=22). * **Gas:** Sterk samendrukbaar, grote thermische uitzetting, lage viscositeit, kleine dichtheid, oneindig mengbaar. De **ideale gaswet** beschrijft hun gedrag: $pV = nRT$ [22](#page=22). * **Vloeistof:** Moleculen zijn dichter opeen, intermoleculaire krachten houden het volume vast, maar translatie en rotatie zijn beperkt mogelijk. Eigenschappen: beperkte samendrukbaarheid, diffusie, en viscositeit [22](#page=22). * **Vaste stof:** Kinetische energie is laag, intermoleculaire krachten domineren. Moleculen vormen vaak een ordelijk patroon (**kristallijne structuur**) of een ongeordend patroon (**amorfe stof**) [23](#page=23). Faseovergangen vereisen energie. Gas $\rightarrow$ vloeistof $\rightarrow$ vast is exotherm, terwijl vast $\rightarrow$ vloeistof $\rightarrow$ gas endotherm is [23](#page=23). ### 3.2 Industriële grondstoffen **Primaire grondstoffen** komen uit de natuur en worden gebruikt voor productie [24](#page=24). #### 3.2.1 Opbouw en samenstelling van de aardkorst De aardkorst bestaat voornamelijk uit zuurstof, silicium en aluminium. Gesteenten worden ingedeeld in magmatische, sedimentaire en metamorfe gesteenten. Belangrijke mineralen zijn kwarts (glasindustrie), veldspaat, rutiel (TiO₂), korund (Al₂O₃), haliet (voedingsindustrie) en grafiet [25](#page=25). #### 3.2.2 Ontginning van delfstoffen Delfstoffen worden gewonnen via mijnbouw, waaronder dagbouw, schachtbouw en aanboren [25](#page=25). #### 3.2.3 Economische en industriële relevantie van delfstoffen Ertsmineralen bevatten waardevolle metalen (bv. looderts, zinkerts). Industriële mineralen hebben diverse toepassingen (bv. kwarts voor glas, calciet voor kalk) [25](#page=25). #### 3.2.4 Grondstoffen in België België is sterk afhankelijk van import voor grondstoffen. De toevoerzekerheid van grondstoffen wordt beoordeeld op basis van schaarste en economisch belang [26](#page=26). ### 3.3 Energie #### 3.3.1 Inleiding Energie is essentieel voor productie en is gekoppeld aan milieu, economie en technologie. De energieketen omvat ontginning, conversie/distributie en eindconsumptie [27](#page=27). #### 3.3.2 Energie: definitie en kwantificatie **Energie** is het vermogen om verandering te veroorzaken of nuttige arbeid te leveren. De SI-eenheid van energie is **joule (J)**. Andere eenheden zijn calorieën, ton of oil equivalent (toe) en barrel of oil equivalent (boe) [27](#page=27). De **wetten van de thermodynamica** zijn hierbij relevant: 1. **Wet van behoud van energie:** Energie kan niet verloren gaan of gecreëerd worden, enkel worden omgezet [28](#page=28). 2. **Tweede wet:** Systemen streven naar minimale energie-inhoud en maximale entropie (wanorde) [28](#page=28). **Vermogen** is de hoeveelheid energie per tijdseenheid, met SI-eenheid Watt (J/s) [28](#page=28). #### 3.3.3 Primaire energiebronnen Energiebronnen worden onderverdeeld in fossiele, nucleaire en hernieuwbare bronnen [28](#page=28). ##### 3.3.3.1 Fossiele energiebronnen Deze bronnen (steenkool, olie, aardgas) zijn gevormd uit prehistorisch organisch materiaal onder hoge druk en temperatuur [28](#page=28). * **Aardolie:** Een mengsel van koolwaterstoffen met 5-50 koolstofatomen, ontstaan uit zee-organismen. Winning gebeurt via primaire, secundaire (pompen, gasinjectie) en tertiaire (thermische, chemische methoden) methoden [29](#page=29). * **Aardgas:** Bestaat voornamelijk uit methaan (CH₄). Milieuvriendelijkste fossiele brandstof met een schone verbrandingsreactie. Transport gebeurt onder druk (CNG, LNG) [30](#page=30). * **Steenkool:** Gevormd uit plantenresten, met een toenemend koolstofgehalte, hardheid en verbrandingswarmte van veen tot antraciet/grafiet. Milieuvervuilend, maar goedkoop en energierijk [30](#page=30). **Voor- en nadelen fossiele brandstoffen:** * **Voordelen:** Bekende winningstechnieken, eenvoudige omzetting, beschikbaar in diverse fasen [30](#page=30). * **Nadelen:** Eindige voorraden, ongelijke geografische verdeling, emissies, stijgende kostprijs [30](#page=30). ##### 3.3.3.2 Nucleaire energiebronnen Hierbij worden intra-atomaire bindingen verbroken, met een veel grotere energieopbrengst dan bij fossiele brandstoffen [30](#page=30). * **Kernsplijting (fissie):** Zware kernen splitsen, waarbij energie vrijkomt volgens $E=mc^2$. Dit kan leiden tot een **kettingreactie**, die beheerst moet worden met een moderator om neutronen af te remmen. Verrijking van uranium (verhoging van $^{235}$U/ $^{238}$U ratio) is vaak nodig. Kernenergie produceert geen conventionele luchtvervuiling, maar wel radioactief afval met een bepalende halfwaardetijd [31](#page=31) [32](#page=32). * **Kernfusie:** Kernen van lichtere atomen smelten samen. Dit vereist extreem hoge temperaturen en druk en wordt nog commercieel onderzocht. Een voorgestelde reactie is deuterium + tritium $\rightarrow$ helium + neutron + energie [32](#page=32). **Voor- en nadelen nucleaire energiebronnen:** * **Voordelen:** Geen CO₂, NOx, SOx emissies, grote energieopbrengst, relatief goedkope splijtstof [33](#page=33). * **Nadelen:** Veiligheidsimago (kernwapens), hoge kosten en bouwtijd van centrales, beperkte splijtstofvoorraad, radioactief afval [33](#page=33). ##### 3.3.3.3 Hernieuwbare energiebronnen Deze bronnen zijn 100% hernieuwbaar wanneer de productiesnelheid gelijk is aan de consumptiesnelheid [33](#page=33). * **Zonnestraling:** De primaire energiebron voor de aarde. De **zonneconstante** bedraagt 1350 W/m² buiten de dampkring. Energie-input op aarde is gekoppeld aan golflengte ($E=h\nu = hc/\lambda$). Ongeveer 30% van de zonnestraling wordt weerkaatst (albedo) [34](#page=34). * **Windenergie:** Ontstaat door ongelijke opwarming van de aarde en rotatie van de aarde. De vermogensdichtheid ($P_w$) is afhankelijk van de luchtdichtheid ($\rho$) en de windsnelheid ($v$) tot de derde macht: $P_w = \frac{1}{2}\rho v^3$ [35](#page=35). * **Biomassa:** Afgeleid van zonne-energie via fotosynthese (6CO₂ + 6H₂O $\rightarrow$ 6O₂ + C₆H₁₂O₆). Wordt ingedeeld in generaties op basis van grondstof (suiker-/oliehoudende gewassen, energieteelten, afvalstromen, algen). Kan omgezet worden in bio-ethanol of biodiesel. Kan ook via thermo-chemische vergassing/pyrolyse tot syngas worden verwerkt of anaeroob vergisten tot biogas [35](#page=35) [36](#page=36) [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40). * **Waterkracht:** Energie uit de beweging van water, omgezet via turbines in elektriciteit. Energiedichtheid wordt bepaald door de hoogte van de golven [36](#page=36). * **Geothermische energie:** Aardwarmte kan gebruikt worden voor verwarmen of elektriciteitsopwekking [37](#page=37). **Voor- en nadelen hernieuwbare energiebronnen:** * **Voordelen:** Schoon, onuitputtelijk, overal beschikbaar, levert constant vermogen (waterkracht, geothermisch) [37](#page=37). * **Nadelen:** Grote oppervlaktes nodig, fluctuerend aanbod, kosten, esthetische impact, geluid, schaduw, vogelsterfte (wind, zon) [35](#page=35). ### 3.4 Energieconversie: van primaire energiebron tot vermarktbaar product #### 3.4.1 Van aardolie tot klassieke brandstoffen Raffinage van aardolie omvat destillatie, conversie en chemische nabehandeling. Producten zijn LPG, benzine (met octaangetal voor klopvastheid), kerosine, diesel (met cetaangetal voor ontbranding) en bitumen [38](#page=38). #### 3.4.2 Van biomassa tot biobrandstof * **Bio-ethanol:** Geproduceerd uit natuurlijke suikers via fermentatie, destillatie en pervaporatie [38](#page=38). * **Biodiesel:** Geproduceerd uit plantaardige oliën via verzeping en verestering (transesterificatie). Wordt beschouwd als CO₂-neutraal [39](#page=39). * **Synthese- en biogas:** Geproduceerd via thermo-chemische processen of anaerobe vergisting [40](#page=40). #### 3.4.3 Elektriciteitsproductie Elektriciteit is de verplaatsing van elektrische ladingen (elektronen) veroorzaakt door een potentiaalverschil (spanning). Onderscheid tussen gelijkspanning (DC) en wisselspanning (AC) [41](#page=41). * **Klassieke thermische elektriciteitscentrale:** Verbranding van fossiele brandstoffen produceert stoom die een turbine aandrijft, gekoppeld aan een alternator voor elektriciteitsopwekking. Rendement is 35-40% [42](#page=42). * **Combi- en STEG-centrales:** Combinatie van gasturbine en stoomturbine, met hogere rendementen (tot 60%) [43](#page=43). * **Warmtekrachtkoppeling (WKK):** Produceert zowel elektriciteit als warmte, met focus op warmte als hoofdproduct [43](#page=43). * **Kerncentrales:** Gebruiken warmte uit kernsplijting om stoom te produceren [44](#page=44). * **Hernieuwbare energiebronnen:** * **Fotovoltaïsche cel (zonnecel):** Zet licht direct om in elektrische energie via halfgeleiders [45](#page=45). * **Windturbines:** Converteren windenergie via rotorbladen, tandwielkast en generator naar elektriciteit. De geleverde energie is afhankelijk van windsnelheid, rotorbladoppervlakte en onderlinge afstand [46](#page=46) [47](#page=47). * **Biomassa:** Verbranding of omzetting naar biogas voor elektriciteits- en warmteopwekking [47](#page=47). * **Brandstofcellen:** Elektrochemische omzetting van chemische energie naar elektrische energie. Vereisen een bron van waterstof (H₂), die momenteel voornamelijk uit fossiele brandstoffen wordt gewonnen [48](#page=48). ### 3.5 Eenheidsoperaties in de productietechnologie Eenheidsoperaties zijn processen die gepaard gaan met fysische transportverschijnselen: momentumtransfer (stroming), warmtetransfer en massatransfer. Deze transporten worden gedreven door gradiënten ($\Delta p$, $\Delta T$, $\Delta c$) [49](#page=49). * **Opslag en transport:** Gassen worden indien mogelijk vloeibaar gemaakt voor opslag en transport. Vloeistoffen worden in tanks opgeslagen en via pompen getransporteerd. Gassen worden getransporteerd met ventilatoren of compressoren. Vaste stoffen worden opgeslagen in de buitenlucht of silo's en getransporteerd via mechanische, pneumatische of hydraulische methoden [50](#page=50) [52](#page=52). * **Warmteoverdracht:** * **Conductie:** Inwendige energieoverdracht door uitwisseling van kinetische energie tussen moleculen. Beschreven door Fourier's wet: $\Phi = \lambda A \frac{\Delta T}{\Delta x}$ [53](#page=53). * **Convectie:** Overdracht door beweging van fluïdum. Kan vrij of geforceerd zijn. Beschreven door Newton's wet van afkoeling: $\Phi = h_c A (T_w - T)$ [54](#page=54). * **Straling:** Energie-uitstraling afhankelijk van temperatuur en aard van het oppervlak. Beschreven door Stefan-Boltzmann wet: $\Phi = h_s A (T_w - T)$ [54](#page=54). * **Warmtewisselaars** (tubulaire, platen, multitubulaire) worden gebruikt voor warmteoverdracht tussen fluïda [55](#page=55). * **Mengen:** Samenvoegen van stoffen om homogeniteit te bereiken. Kan gebeuren tussen gassen, vloeistoffen, vaste stoffen of combinaties daarvan. Technieken omvatten roeren, fluïdizatie en pneumatisch transport [57](#page=57) [58](#page=58). * **Scheidingsprocessen:** Splitsen van mengsels in gewenste deelstromen [60](#page=60). * **Mechanisch-fysische processen:** Scheiden op basis van deeltjesgrootte (zeven, filtratie), bevochtigbaarheid (flotatie), of elektro-magnetische eigenschappen [60](#page=60). * **Fysisch-chemische processen:** Gebruikt voor homogene mengsels, vaak met de creatie van een tweede fase. * **Drogen:** Verwijderen van water door verdamping of sublimatie [67](#page=67). * **Indamping en kristallisatie:** Concentreren van oplossingen door het wegkoken van het oplosmiddel [69](#page=69). * **Destillatie:** Scheiden van verbindingen op basis van verschil in kookpunt/vluchtigheid. Enkelvoudige en fractionele destillatie worden toegepast [70](#page=70) [71](#page=71) [72](#page=72). * **Absorptie en stripping:** Selectieve massa-overdracht tussen gas- en vloeistoffasen in kolommen (platen-, gepakte kolommen) [73](#page=73) [74](#page=74) [75](#page=75). * **Extractie:** Selectieve massa-overdracht van componenten naar een ander oplosmiddel. Kan plaatsvinden tussen vloeistoffen of tussen vaste stoffen en vloeistoffen [76](#page=76) [78](#page=78) [79](#page=79). * **Adsorptie en desorptie:** Selectieve binding van stoffen aan het oppervlak van een vast medium (adsorbent). Gebruikt in verschillende apparatuur zoals slurry contactoren, cyclische batch operaties en moving bed operaties [80](#page=80) [82](#page=82). * **Ionenuitwisseling:** Ionen met gelijke lading verdringen elkaar van een vast oppervlak van een ionenuitwisselaar [81](#page=81). * **Chromatografie:** Scheidingstechnieken gebaseerd op verdeling tussen een mobiele en een stationaire fase [81](#page=81). * **Membraanscheiding:** Scheiding via selectieve massa-overdracht door een semi-permeabel membraan [83](#page=83). ### 3.6 De chemische industrie De chemische industrie is cruciaal voor de toegevoegde waarde en richt zich op organische en anorganische chemie, parachemie, verwerkende chemie, life sciences en andere activiteiten [84](#page=84) [85](#page=85). #### 3.6.1 Chemische processen en producten Processen zijn onderverdeeld in eenheidsoperaties en chemische reacties. Producten worden ingedeeld naar chemische oorsprong (organisch/anorganisch), productieproces (continu/discontinu) en markt (handelsgoederen/fijn chemicaliën) [84](#page=84). #### 3.6.2 De markt voor chemische producten De markt is conjunctuurgevoelig en internationaal, met een grote vraag vanuit de industrie zelf. Innovatie is essentieel [84](#page=84). #### 3.6.3 De chemische industrie en België en Vlaanderen België is een belangrijk chemieland met diverse subsectoren, vertegenwoordigd door organisaties zoals Essencia [85](#page=85). #### 3.6.4 Chemische reacties en reactieconcepten **Katalysatoren** versnellen reacties zonder zelf verbruikt te worden. **Chemische reactoren** zijn vaten waarin reacties plaatsvinden, onderverdeeld in batch-, semi-batch- en doorstroomreactoren [85](#page=85). #### 3.6.5 De petrochemische industrie Verwerkt aardolie tot brandstoffen en grondstoffen voor polymeren en de farmaceutische industrie. Kernactiviteiten omvatten scheiding, conversie (kraken, reforming, alkylatie, polymerisatie) en chemische nabehandeling. Er is een trend naar een bio-gebaseerde industrie [85](#page=85) [86](#page=86). #### 3.6.6 De kunststoffen en kunststofverwerkingstechnologie **Kunststoffen** zijn synthetisch vervaardigde polymeren, opgebouwd uit herhalende monomeren (macromoleculen). Voordelen zijn lage dichtheid en corrosiebestendigheid, nadelen zijn beperkte stijfheid en temperatuurbestendigheid [86](#page=86). * **Synthese en indeling:** Polymeren ontstaan via additie- of condensatiepolymerisatie. Indeling is gebaseerd op macromoleculaire structuur (lineair, vertakt, vernet) [87](#page=87). * **Thermoplasten:** Vervormbaar boven een bepaalde temperatuur, omkeerbaar proces [88](#page=88). * **Elastomeren (rubbers):** Flexibel, keren snel terug naar oorspronkelijke vorm na belasting, ondergaan vulkanisatie [88](#page=88). * **Thermoharders:** Vormen een fijnmazig driedimensionaal netwerk, sterker maar brosser, ontleden bij verhitting [88](#page=88). * **Verwerkingstechnieken:** * **Oervormen:** Gieten, persen, sinteren, extruderen, kalanderen, spuitgieten [89](#page=89) [90](#page=90). * **Omvormen (voor thermoplasten):** Extrusie-blaasproces, spuitgiet-blaasproces, folieblazen, thermovormen [91](#page=91) [92](#page=92). * **Verdere verwerking:** Scheiden, verbinden, oppervlaktebehandeling [93](#page=93). #### 3.6.7 De farmaceutische industrie Deze industrie focust op producten met hoge toegevoegde waarde, met een langdurig en complex ontwikkelingsproces voor geneesmiddelen [93](#page=93). #### 3.6.8 From fosil based to bio-based industrie Duurzame ontwikkeling streeft naar een oneindig doorlopende economie. De groene chemie kent 12 principes, gericht op afvalpreventie, efficiëntie, minder toxiciteit en het gebruik van hernieuwbare grondstoffen. Belangrijke drijfveren zijn valorisatie van landbouwoverschotten, hernieuwbare grondstoffen en groene technologie. Landbouwproducten kunnen als grondstof dienen voor niet-voedingssectoren, mits technische uitvoerbaarheid en economische concurrentiepositie. Uitdagingen zijn efficiëntieverbetering, schaalgrootte en synergieën [94](#page=94). --- # Metaalindustrie en metaalbewerkingstechnologie Dit gedeelte behandelt de metaalindustrie, inclusief de productie van ijzer en staal, non-ferro metalen en de metallurgische processen zoals pyrometallurgie en hydrometallurgie, evenals diverse technieken voor de vormgeving, bewerking en behandeling van metalen. ### 6.1 De metaalindustrie: activiteiten en karakteristieken De metaalindustrie houdt zich bezig met de vervaardiging, samenstelling en verwerking van metalen. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen ferrometalen (legeringen op basis van ijzer) en non-ferrometalen (alle andere metalen). Grondstoffen kunnen primair (uit ertsconcentraten) of secundair (uit residuen zoals schroot) afkomstig zijn. Bij recycling wordt onderscheid gemaakt tussen upcycling (geen kwaliteitsverlies) en downcycling (kwaliteitsverlies). Industriële activiteiten omvatten ertsvoorbereiding, metallurgie (productie van metaallegeringen) en metaalbewerking (omzetten naar bruikbare materialen) [95](#page=95). #### 6.1.1 IJzer- en staalindustrie Staal is een legering van ijzer en koolstof met een koolstofgehalte tussen 0,6% en 2%. De staalproductie is energie- en milieubelastend, omvangrijk, kapitaalintensief en conjunctuurgevoelig, maar ook innovatief en technologisch hoogstaand [96](#page=96). #### 6.1.2 Non-ferro-industrie De non-ferro-industrie, waartoe bedrijven als Umicore behoren, is eveneens kapitaalintensief, hoogtechnologisch, globaal en conjunctuurgevoelig. Deze sector kenmerkt zich door een hogere toegevoegde waarde en is complexer en duurder dan de staalindustrie [96](#page=96). ### 6.2 Ertsvoorbereiding en metallurgie Ertsvoorbereiding (mineral processing) omvat het verkleinen van deeltjesgrootte en het scheiden, zuiveren en opconcentreren van mineralen op basis van fysisch-chemische eigenschappen. Vervolgens wordt het metaalrijke ertsconcentraat thermisch behandeld via processen als roosteren, sinteren en pelletiseren. Verdere zuivering vindt plaats via metallurgische processen, onderverdeeld in pyrometallurgie (hitte-gebaseerde processen) en hydrometallurgie (extractie met zuren en basen) [97](#page=97). #### 6.2.1 Algemene procesbeschrijving Bij ertsvoorbereiding wordt ganggesteente gescheiden van de waardevolle mineralen. Scheidingsprocessen maken gebruik van verschillen in deeltjesgrootte, dichtheid, hydrofobiciteit en magnetische/elektrostatische eigenschappen. Thermische behandelingen zoals roosteren (omzetten van sulfiden naar oxiden), sinteren (aaneenkitten door verhitting) en pelletiseren (agglomereren) bereiden het materiaal voor [97](#page=97). Pyrometallurgie maakt gebruik van verschillen in oxidatie/reductiegedrag, smeltpunt, dampdruk, dichtheid en mengbaarheid. Smelten in combinatie met chemische reacties is hierbij cruciaal [97](#page=97). Hydrometallurgie extraheert metaalinhoud selectief met behulp van zuren of basen. Het geëxtraheerde materiaal wordt vervolgens opgewerkt via onder andere solvent-solventextractie, ionenuitwisseling of membraanscheiding, waarna het zuivere metaal wordt afgescheiden via indamping, kristallisatie of elektrolyse [97](#page=97). #### 6.2.2 Metallurgische productie van ruwijzer en staal De productie van ruwijzer en staal omvat ijzerertsvoorbereiding, het hoogovenproces en staalbereiding [98](#page=98). ##### 6.2.2.1 IJzerertsvoorbereiding IJzeroxides worden gewonnen uit grondstoffen als taconiet, hematiet en magnetiet. Deze worden geconcentreerd door flotatie en vervolgens gesinterd of gepelletiseerd [98](#page=98). ##### 6.2.2.2 Hoogovenproces In de hoogoven worden gepelletiseerde ijzererts, cokes en kalksteen samengevoegd. Cokes dient als brandstof, zorgt voor warmte en reduceert ijzeroxide tot ijzer. Kalksteen bindt silicaten tot slak en helpt verontreinigingen te verwijderen. De zuurstof in de lucht reageert met cokes tot koolstofdioxide, dat vervolgens met meer cokes reageert tot koolmonoxide (CO), het actieve reductiemiddel voor ijzeroxide. Gesmolten ijzer wordt onderaan de oven afgetapt als ruwijzer [99](#page=99). De chemische reacties in de hoogoven zijn: $$C + O_2 \rightarrow CO_2$$ $$C + CO_2 \rightarrow 2CO + warmte$$ [99](#page=99). ##### 6.2.2.3 Staalbereiding Staal is een legering van ijzer en koolstof met een koolstofgehalte tussen 0,6% en 2%. Zuiver ijzer bevat 0,005% koolstof en is zacht en zwak. Gietijzer, met een koolstofgehalte > 2%, is zwaar, sterk en bros. Ruwijzer, met 4-5% koolstof en onzuiverheden, is hard maar niet sterk en moet verder gezuiverd worden [99](#page=99). Er zijn drie hoofdtypen raffinageprocessen: * **Haardovenproces:** Ruwijzer met veel schroot wordt in een ondiepe oven verwerkt. Lucht wordt toegevoegd om koolstof te oxideren. Dit proces is relatief traag [100](#page=100). * **Elektro-ovenproces:** De oven wordt geladen met schroot, waarbij een elektrische vlamboog tussen grafietelektroden en de lading zorgt voor smelting. Dit proces is sneller, levert zuiverder metaal, maar verbruikt veel energie [100](#page=100). * **Oxystaalsuces:** Een peervormig vat bevat schroot en ruwijzer. Zuurstof wordt in het metaal geblazen om koolstof te oxideren. Dit is een zelfonderhoudend proces dat warmte genereert [100](#page=100). ##### 6.2.2.4 Staallegeringen: wat en waarom? Legeringen worden gemaakt om metalen te versterken en corrosie tegen te gaan. Metaalkristallen bestaan uit positief geladen ionen, bijeengehouden door een wolk van valentie-elektronen. Kristalfouten, zoals dislocatielijnen, beïnvloeden de eigenschappen van metalen significant. Het toevoegen van vreemde elementen aan het kristalrooster beperkt de bewegelijkheid van dislocaties en verstevigt het metaal via vaste oplossingsharding [100](#page=100). Specifiek voor staal wordt onderscheid gemaakt tussen: * **Koolstofstaal:** Koolstof is het belangrijkste legerings- of versterkende element (< 2% koolstof) [100](#page=100). * **Gelegeerde staalsoorten:** Naast koolstof bevatten deze staalsoorten aanzienlijke hoeveelheden andere elementen (bv. Mn, Si, Cu, Ni, Ti). Laaggelegeerde staalsoorten hebben minder dan 5% legeringselementen (excl. koolstof), terwijl hooggelegeerde staalsoorten meer dan 5% bevatten. Roestvaste staalsoorten (INOX) vallen onder de hooggelegeerde staalsoorten en bevatten minimaal 10,5% chroom, wat bescherming biedt tegen corrosie [100](#page=100). Corrosie is de ongewenste chemische aantasting van een metaal door zijn omgeving, waarbij atomen worden geoxideerd. Een gepassiveerd oppervlak en een oxidehuid (zoals dichroomtrioxide in roestvast staal) kunnen dit proces afremmen . ### 6.3 Technologie voor de vormgeving en bewerking van metalen De vormgeving en bewerking van metalen omvat oervormtechnieken, omvormtechnieken, technieken voor scheiden, afnemen en verbinden, en warmte- en oppervlaktebehandelingen . #### 6.3.1 Oervormtechnieken * **Vloeibare vormgeving of gieten:** Gesmolten metaal wordt in een gietvorm gegoten en laat men stollen . * **Discontinu gietproces:** Staal wordt in een ingotvorm gegoten, wat kan leiden tot inhomogeniteiten en krimpeffecten zoals segregatie en slinkholten. Ongekalmeerd staal stolt met een zuiverdere huid dan het centrum. Gekalmeerd staal, waarbij zuurstof wordt verwijderd, is zuiverder en minder poreus . * **Continugieten:** Gesmolten staal wordt continu gegoten in een gekoelde gietvorm, waarbij een dikke massieve huid moet ontstaan. Dit proces is alleen geschikt voor gekalmeerd staal . * **Poedermetallurgie:** Metalen poeder wordt in een vorm samengeperst en door gloeien (sinteren) verkregen tot een solide structuur zonder daadwerkelijk te smelten. Poeders kunnen worden verkregen door atomiseren van gesmolten staal of door chemische reductie van ijzererts . #### 6.3.2 Omvormtechnieken Omvormen is het plastisch veranderen van de vorm van een vast lichaam, waarbij de materiaalsamenhang en massa behouden blijven . * **Massieve omvormtechnieken:** * **Walsen:** De doorsnede van een werkstuk wordt door drukkrachten met walsrollen veranderd. Dit kan langswalsen, schuinwalsen, vlakwalsen en profielwalsen omvatten . * **Warmwalsen:** Werkstukken worden in gloeiende toestand gewalst, wat leidt tot dynamische rekristallisatie en vorming van een oxidehuid . * **Koudwalsen:** Werkstukken worden bij kamertemperatuur gewalst, wat leidt tot versteviging door het dichter bijeenbrengen van dislocaties . * **Extruderen:** Materiaal wordt door een matrijsopening geperst met behulp van een stempel . * **Trekken:** De dwarsdoorsnede van een staaf, draad of buis wordt gereduceerd of gevormd door het door een matrijs te trekken . * **Smeden:** Omvorming door drukkrachten, hetzij vrij smeden (met minder gedefinieerd gereedschap) of matrijssmeden (met een specifieke matrijs) . * **Plaatomvormingstechnieken:** * **Buigen:** Plaatmateriaal wordt lokaal gerekt en gecomprimeerd . * **Rekvormen of strekbuigen:** Platen worden aan de randen vastgeklemd en door een stempel in vorm getrokken, waarbij de dikte afneemt . * **Forceren:** Platen worden tegen een draaiende mal gedrukt om omwentelingslichamen te vormen . * **Dieptrekken:** Omvormproces voor het vervaardigen van producten met gesloten contouren uit plaatmateriaal . #### 6.3.3 Scheiden, afnemen en verbinden van metaalproducten * **Scheiden:** Overtollig materiaal wordt verwijderd zonder de structuur te veranderen. Technieken zijn knippen, ponsen (inwendige begrenzing) en uitsnijden/stansen (uitwendige begrenzing) . * **Afnemen of verspanen:** Materiaal wordt in de vorm van spanen verwijderd. Belangrijk zijn de hoofd-/snijbeweging en de voedingsbeweging . * **Verbinden:** * **Met gebruik van verbindingsmateriaal:** * **Lasverbindingen:** Delen worden plaatselijk gesmolten of in deegachtige toestand gebracht . * **Soldeerverbindingen:** Een tussenlaag met een lager smeltpunt dan de onderdelen wordt gesmolten en gestold . * **Lijm- of kitverbindingen:** Verbinding via het uitharden van een dunne laag organisch materiaal . * **Met gebruik van verbindingselementen:** Dit kan door plastische vervorming (bv. klinknagels) of zonder plastische vervorming (bv. schroeven, bouten en moeren) . * **Vormverbindingen:** De verbinding komt tot stand door de vorm van de onderdelen zelf, zonder extra materialen of elementen . #### 6.3.4 Warmte- en oppervlaktebehandelingen van metalen Eigenschappen van metalen zijn afhankelijk van chemische samenstelling en kristalstructuur . * **Warmtebehandelingen:** Veranderen de bulk eigenschappen door opwarming en afkoeling . * **Harden en veredelen:** Verhoging van hardheid en treksterkte door fasetransformatie (bv. omzetting naar martensietstructuur in staal) gevolgd door snelle afkoeling (afschrikken) . * **Ontlaten of temperen:** Vermindert brosheid en verhoogt taaiheid van gehard metaal door verhitting op lagere temperaturen. Veredelen combineert afschrikken en hoogontlaten voor een verhoogde weerstand . * **Precipatieharden:** Versteviging van non-ferrometalen door uitscheiding van legeringselementen die roosterfouten veroorzaken . * **Gloeien:** Nodig om gehard gereedschap te kunnen bewerken of om metaal na koude omvorming te herstellen. Verschillende vormen zijn rekristallisatie gloeien, zacht gloeien en normaal-/homogeen gloeien . * **Oppervlaktebehandelingstechnieken:** * **Veranderen van oppervlaktegesteldheid:** Zoals polijsten om ruwheid te verminderen en glans te verhogen . * **Veranderen van fysisch-chemische of structurele eigenschappen van een dunne oppervlaktelaag:** * **Conditioneren:** Wijzigt eigenschappen zonder samenstelling te veranderen . * **Converteren:** Wijzigt de samenstelling van een dunne laag . * **Carboneren:** Verhoogt koolstofgehalte in de oppervlaktelaag . * **Nitreren:** Vormt een zeer harde nitridelaag op speciaal gelegeerde staalsoorten . * **Bekleden van het oppervlak:** Aanbrengen van een laag ander materiaal, bijvoorbeeld ter bescherming tegen corrosie . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Productietechnologie | De wetenschappelijke kennis en inzichten systematisch toepassen om de maatschappij of gemeenschap te voorzien van behoeften en verlangens, in termen van goederen en diensten. | | Manufacturing | Letterlijk 'met de hand vervaardigen', maar in de moderne context omvat het vervaardigingsprocessen met geautomatiseerde en computergestuurde processen. | | Duurzaamheid | Het voldoen van de behoeften van de huidige generatie zonder de kansen van de volgende generatie om aan hun behoeften te voldoen, te hypothekeren. | | NACE-indeling | Nomenclature des Activités économiques dans la Communauté Européenne; een statistische classificatie van economische activiteiten die wordt gebruikt om sectoren te indelen. | | ISIC-indeling | International Standard Industrial Classification; een wereldwijde overkoepelende classificatie van economische activiteiten. | | Miniaturisatie | Het proces van het verkleinen van componenten en producten, vaak geassocieerd met micro- en nanotechnologie, waarbij producten op sub-100 μm schaal precisiefabricage vereisen. | | Productontwikkeling | Omvat productplanning (signaleren van behoeften en genereren van ideeën) en productontwerp (uitwerken van concepten tot gedetailleerde ontwerpen). | | Productlevenscyclus | De reeks fasen die een product doorloopt, van ontwikkeling tot aan het einde van zijn levensduur, inclusief productie, distributie, gebruik en terugname. | | LCA (Life Cycle Analysis) | Een methode om de milieu-impact van een product gedurende de gehele levenscyclus te analyseren, van grondstofwinning tot afdanking. | | Downcycling | Een vorm van recycling waarbij de kwaliteit van het gerecyclede materiaal achteruitgaat in vergelijking met de oorspronkelijke grondstof. | | Upcycling | Een vorm van recycling waarbij het gerecyclede materiaal (minstens) dezelfde kwaliteit behoudt als de oorspronkelijke grondstof, of zelfs verbetert. | | Productieproces | Een reeks van gebeurtenissen (reacties en operaties), geordend in de tijd, waarbij een ingangsproduct wordt omgezet in het gewenste eindproduct met toegevoegde waarde. | | Eenheidsoperaties | Afzonderlijke bewerkingsstappen in een productieproces die materiële en energiestromen omzetten in een nieuw fabricaat, waarbij fysieke, mechanische of biochemische processen betrokken zijn. | | Procestechnologie | De studie van de in de industrie voorkomende mechanische, fysische, chemische en biochemische eenheidsbewerkingen, en het optimaliseren van productieprocessen. | | Rendement | De verhouding van de werkelijk verkregen omgezette producten ten opzichte van de maximaal mogelijke opbrengst, wat aangeeft hoeveel grondstofverlies er is in bijproducten. | | Materiaalbalans | Een boekhouding van alle hoeveelheden die een proces ingaan en uitgaan, met specifieke aandacht voor de grootte en samenstelling van alle voorkomende hoeveelheden. | | Productiekosten | De totale kosten die gemaakt worden bij de productie van een product, inclusief uitvoeringskosten, herhaalopdrachten, voorbereidingskosten en overheadkosten. | | Productieprijs (KFI) | De prijs van een onderdeel dat uit een fabricageserie komt, berekend met een formule die uitvoeringskosten, kosten voor herhaalopdrachten en voorbereidingskosten omvat, vermenigvuldigd met een overheadfactor. | | Productiekostprijs (KFT) | De totale kostprijs van een geassembleerd product, bestaande uit de kostprijzen van de afzonderlijke delen plus de kosten van assemblage, vermenigvuldigd met relevante overheadfactoren. | | Productiesysteem | Een begrensd complex van mensen en middelen, samengebracht om in geordend verband gelijkaardige producten voort te brengen. | | Klantenorder ontkoppelpunt (KOOP) | Het punt in de productieketen waaraf de productie door de klantenorder wordt gestuurd. Een KOOP dat links ligt betekent veel klantenspraak, terwijl een KOOP rechts ligt weinig klantenspraak betekent. | | Goederenstroombesturing | Het plannen en effectief en efficiënt uitvoeren van bevoorrading, wat geldt voor goederen-, geld-, informatie- en mensenstromen, gericht op een optimaal functioneren tegen optimale kosten. | | JIT (Just-In-Time) | Een leveringssysteem waarbij leveringen in kleine hoeveelheden, soms meerdere malen per dag, plaatsvinden om voorraden te minimaliseren en flexibiliteit te maximaliseren. | | MRP (Material Requirement Planning) | Een planningssysteem dat uitgaat van bekende of verwachte bestellingen van eindproducten om de behoefte aan grondstoffen en componenten te plannen. | | Productkwaliteit | De mate waarin een product bruikbaar is voor het gestelde doel (fitness for use) en overeenkomt met de verwachtingen van de klant. | | ISO-normen | Internationale normen voor het opzetten van een kwaliteitssysteem, die eisen stellen waaraan het systeem moet voldoen, maar niet de specifieke werkwijze voorschrijven. | | Flexibiliteit (productiesysteem) | De mate waarin een productiesysteem kan worden aangepast aan nieuwe of gewijzigde producten, andere productaantallen, wensen van de afnemer of kortere levertijden. | | Milieueffecten | De impact van een product of proces op het milieu, waaronder vervuiling, afvalverwerking en de uitputting van natuurlijke hulpbronnen. | | Ecologische voetafdruk | Een parameter die in hectare weergeeft hoeveel grond er nodig is om alle grondstoffen te ontwikkelen voor een bepaald product of levensstijl. | | Earth Overshoot Day (EOD) | De dag van het jaar waarop de mensheid alle natuurlijke hulpbronnen heeft verbruikt die de aarde in datzelfde jaar kan regenereren. | | Materie | Alles wat in de kosmos massa en volume heeft, en kan voorkomen in de fysische toestanden vast, vloeibaar en gasvormig. | | Atoom | De kleinste hoeveelheid materie waaruit stoffen zijn opgebouwd, bestaande uit een kern (protonen en neutronen) en elektronen die eromheen bewegen. | | Isotopen | Atomen van hetzelfde element die een gelijke kernlading (aantal protonen) maar een verschillend aantal neutronen hebben, wat leidt tot verschillende fysische, maar identieke chemische eigenschappen. | | Valentie-elektronen | De elektronen in de buitenste elektronenschil van een atoom, die bepalend zijn voor de chemische eigenschappen en bindingsmogelijkheden. | | Edelgasconfiguratie (octetstructuur) | Een stabiele toestand van een atoom waarbij de buitenste elektronenschil acht elektronen bevat, wat edelgassen kenmerkt en waar andere atomen naar streven door bindingen aan te gaan. | | Orbitaal | De ruimte rond de atoomkern waar een elektron met een bepaalde energie met een hoge waarschijnlijkheid (meestal 90%) kan worden aangetroffen. | | Aufbauprincipe | Een principe dat stelt dat orbitalen gevuld moeten worden beginnend met de orbitalen met de laagste energie. | | Regel van Hund | Een regel die aangeeft dat wanneer er meerdere orbitalen met gelijke energie beschikbaar zijn, elk orbitaal eerst één elektron krijgt voordat er een tweede elektron wordt toegevoegd. | | Pauli-principe | Een principe dat stelt dat elk orbitaal maximaal twee elektronen kan bevatten, en dat deze elektronen tegengesteld moeten draaien (tegengestelde spin moeten hebben). | | Atoombinding (intramoleculaire binding) | De krachten die atomen bij elkaar houden om moleculen te vormen, zoals ionbindingen en covalente bindingen. | | Ionbinding (heteropolaire binding) | Een binding die tot stand komt door de elektrostatische aantrekkingskracht tussen positief en negatief geladen ionen, ontstaan door de overdracht van een elektron van het ene atoom naar het andere. | | Covalente binding (homopolaire binding) | Een binding waarbij valentie-elektronen gemeenschappelijk worden gedeeld tussen twee atomen, wat leidt tot de vorming van moleculen. | | Sigma (σ) binding | Een covalente binding die ontstaat door de lineaire overlap van twee atoomorbitalen langs de as tussen de kernen van de atomen. | | Pi (π) binding | Een covalente binding die ontstaat door de zijdelingse overlap van twee parallelle p-orbitalen, wat leidt tot een binding loodrecht op de as tussen de kernen. | | Hybridisatie | Het proces waarbij atoomorbitalen van een atoom zich vermengen om nieuwe hybride orbitalen te vormen met specifieke geometrische en energetische eigenschappen, ter verklaring van bindingsstructuren. | | Metaalbinding | Een binding waarbij de gemeenschappelijke valentie-elektronen zich vrij door een metaalkristal bewegen, wat zorgt voor de cohesie van positief geladen metaalionen en de elektrische geleidbaarheid. | | Elektronegativiteit | De relatieve aantrekkingskracht die een atoomkern uitoefent op de elektronen van een covalente binding. | | Polariteit (binding/molecuul) | Het gevolg van een ongelijke verdeling van ladingen in een binding of molecuul, veroorzaakt door verschillen in elektronegativiteit, wat leidt tot de vorming van dipolen. | | Intermoleculaire krachten (secundaire bindingen) | Fysische aantrekkingskrachten tussen moleculen of moleculen en ionen, die zwakker zijn dan chemische bindingen maar belangrijke fysische eigenschappen bepalen, zoals smelt- en kookpunten. | | Van der Waalskrachten | Een algemene term voor intermoleculaire krachten die ontstaan door tijdelijke of permanente dipolen in moleculen. | | Waterstofbrug | Een specifieke, sterke vorm van dipool-dipoolinteractie tussen een waterstofatoom gebonden aan een sterk elektronegatief atoom (zoals O, N of F) en een ander elektronegatief atoom. | | Londonkrachten | Intermoleculaire krachten die ontstaan door tijdelijke, geïnduceerde dipolen in moleculen als gevolg van fluctuaties in de elektronendichtheid. | | Aggregatietoestand | De macroscopische fysische toestand van een stof (vast, vloeibaar of gasvormig), afhankelijk van druk en temperatuur, bepaald door de kinetische energie van de moleculen en de intermoleculaire krachten. | | Ideale gaswet | Een wet die de relatie beschrijft tussen druk, volume, temperatuur en het aantal mol van een ideaal gas: $PV = nRT$. | | Viscositeit | De mate van stroperigheid van een vloeistof, die de weerstand tegen stroming aangeeft en bepaald wordt door de sterkte van de intermoleculaire krachten. | | Kristalstructuur | De geordende ruimtelijke rangschikking van atomen, ionen of moleculen in een kristal, gekenmerkt door herhalende eenheidscellen. | | Amorfe stof | Een stof waarin de atomen of moleculen geen geordende, herhalende ruimtelijke structuur vertonen, in tegenstelling tot kristallijne stoffen. | | Faseovergang | Het proces waarbij een stof verandert van de ene aggregatietoestand naar de andere, zoals smelten, verdampen of sublimeren, wat gepaard gaat met energie-uitwisseling. | | Primaire grondstoffen | Elementaire stoffen, verbindingen of mengsels die rechtstreeks uit de natuur worden gewonnen voor productieprocessen. | | Bodem | De bovenste laag van de aardkorst, waarin het bodemvormingsproces plaatsvindt uit moedermateriaal. | | Gesteenten | Natuurlijke aggregaten van mineralen, gevormd door geologische processen zoals stolling, sedimentatie of metamorfose. | | Mijnbouw | Het proces van het aan de aarde onttrekken van delfstoffen, zoals gesteenten, mineralen, vloeistoffen of gassen, met gespecialiseerde apparatuur. | | Ertsmineralen | Mineralen die economisch winbare concentraties van waardevolle metalen bevatten. | | Industriële mineralen | Mineralen die worden gebruikt voor andere industriële toepassingen dan de winning van metalen, zoals grondstoffen voor glas of pigmenten. | | Supply risk | Het risico op schaarste van een grondstof, dat afhangt van fysieke aanwezigheid, verdeling, winbaarheid en technologische mogelijkheden voor herwinning. | | Energie | Het vermogen om verandering te veroorzaken of nuttige arbeid te leveren, uitgedrukt in joule (J) als SI-eenheid. | | Thermodynamica | De tak van de fysica die zich bezighoudt met energie, arbeid, warmte en de wetten die hun omzetting en transport regelen. | | Eerste wet van de thermodynamica (behoud van energie) | Stelt dat energie niet verloren kan gaan of uit het niets kan ontstaan, maar alleen kan worden omgezet van de ene vorm naar de andere. | | Tweede wet van de thermodynamica | Beperkt de spontane omzetting van energie, stellend dat systemen streven naar minimale energie-inhoud en maximale entropie (wanorde). | | Perpetuum mobile | Een hypothetisch apparaat dat continu arbeid kan leveren zonder externe energiebron, wat onmogelijk is volgens de wetten van de thermodynamica. | | Vermogen | De hoeveelheid energie die per tijdseenheid wordt omgezet, verbruikt of vrijgesteld, uitgedrukt in watt (W) of joule per seconde (J/s). | | Fossiele energiebronnen | Energiebronnen zoals steenkool, olie en aardgas, gevormd uit prehistorisch levend materiaal onder hoge druk en temperatuur. | | OPEC | Organization of the Petroleum Exporting Countries; een organisatie van olie-exporterende landen die invloed heeft op de wereldwijde olieproductie en -prijzen. | | Raffinage van aardolie | Het proces van het scheiden en omzetten van ruwe olie in verschillende bruikbare producten, zoals benzine, kerosine en diesel, door middel van destillatie, conversie en chemische nabehandeling. | | Destillatie | Een fysisch-chemische scheidingstechniek om stoffen in een oplossing te scheiden op basis van hun verschillende kookpunten, door herhaaldelijk verdampen en condenseren. | | Kraken (scheikundig) | Een chemische techniek waarbij grotere organische moleculen worden omgezet in moleculen met een lager moleculair gewicht, vaak door thermische of katalytische processen. | | Oktangetal | Een maat voor de klopvastheid van benzine, die aangeeft hoe goed de brandstof ongecontroleerde verbranding in een verbrandingsmotor weerstaat. | | Cetaangetal | Een maat voor de ontbrandingseigenschappen van dieselbrandstof, die aangeeft hoe snel de brandstof ontbrandt onder druk. | | Biomassa | Alle organische en hernieuwbare grondstoffen en materialen van plantaardige of dierlijke oorsprong, bestemd voor industriële toepassingen of energieopwekking. | | Fotosynthese | Het biologische proces waarbij planten zonlichtenergie gebruiken om kooldioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. | | Bio-ethanol | Een alcoholische brandstof geproduceerd uit de fermentatie van suikers uit biomassa, zoals suikerriet of maïs. | | Biodiesel | Een biobrandstof geproduceerd uit plantaardige oliën of dierlijke vetten door middel van veresteringsprocessen. | | Syngas (synthesegas) | Een brandbaar gasmengsel, voornamelijk bestaande uit koolmonoxide (CO) en waterstof (H2), geproduceerd door vergassing van biomassa of fossiele brandstoffen. | | Anaerobe vergisting | Een biologisch proces waarbij organisch materiaal wordt afgebroken in afwezigheid van zuurstof door micro-organismen, wat leidt tot de productie van biogas (voornamelijk methaan en CO2). | | Methaan | Het eenvoudigste alkaan ($CH_4$), een belangrijk bestanddeel van aardgas en een product van anaerobe vergisting. | | Elektriciteitsproductie | Het proces van het omzetten van verschillende energiebronnen in elektrische energie. | | Wisselspanning (AC) | Elektrische spanning waarbij de polariteit periodiek van richting verandert, gegenereerd door een alternator. | | Gelijkspanning (DC) | Elektrische spanning waarbij de polariteit constant blijft, opgewekt door een generator of batterij. | | STEG-centrale (Stoom- en Gasturbine Elektrische centrale) | Een gecombineerde cyclus centrale die zowel een gasturbine als een stoomturbine gebruikt om elektriciteit op te wekken, wat resulteert in een hoger rendement. | | Warmtekrachtkoppeling (WKK) | Een proces waarbij zowel elektriciteit als warmte tegelijkertijd worden opgewekt uit één enkele brandstofbron, wat leidt tot een hogere totale energie-efficiëntie. | | Kernsplijting (kernfissie) | Een kernreactie waarbij de kern van een zwaar atoom (zoals uranium-235) splitst in twee lichtere kernen, waarbij veel energie en neutronen vrijkomen. | | Moderator | Een materiaal (zoals grafiet of water) dat wordt gebruikt in kernreactoren om de kinetische energie van snelle neutronen te verminderen, zodat ze effectiever kunnen worden geabsorbeerd door splijtbaar materiaal en een kettingreactie kunnen onderhouden. | | Radioactief afval | Materiaal dat radioactieve isotopen bevat en schadelijk kan zijn voor de volksgezondheid en het milieu, waarbij de opslag en het beheer cruciaal zijn. | | Kernfusie | Een kernreactie waarbij de kernen van lichte atomen samensmelten tot een zwaardere kern, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Dit proces is de basis voor de energieproductie in sterren. | | Tokamak | Een torusvormige reactor die wordt gebruikt voor kernfusieonderzoek, waarbij een sterk magnetisch veld wordt gebruikt om het hete plasma op zijn plaats te houden. | | Fotovoltaïsche cel (zonnecel) | Een halfgeleiderapparaat dat lichtenergie rechtstreeks omzet in elektrische energie via het fotovoltaïsche effect. | | Halfgeleider | Een materiaal dat eigenschappen vertoont tussen die van een geleider en een isolator, en waarvan de elektrische geleidbaarheid kan worden beïnvloed door temperatuur of de toevoeging van onzuiverheden (doping). | | Windturbine | Een machine die de kinetische energie van de wind omzet in mechanische rotatie-energie, die vervolgens door een generator wordt omgezet in elektrische energie. | | Brandstofcel | Een elektrochemisch apparaat dat chemische energie uit een brandstof (zoals waterstof) en een oxidant (zoals zuurstof) direct omzet in elektrische energie, warmte en water. | | Redoxreactie | Een chemische reactie waarbij zowel oxidatie (verlies van elektronen) als reductie (winst van elektronen) plaatsvinden. | | Eenheidsoperaties (chemische industrie) | Fysische transportverschijnselen die optreden in chemische processen, zoals momentum-, warmte- en massatransfer. | | Momentumtransfer | Het transport van impuls in een fluïdum of deeltjesmassa, wat zich manifesteert als stroming, weerstand of drukverliezen. | | Warmtetransfer | Het transport van thermische energie van een gebied met een hogere temperatuur naar een gebied met een lagere temperatuur, via conductie, convectie of straling. | | Massatransfer | De netto beweging van een stof in een mengsel van een locatie met een hogere concentratie naar een locatie met een lagere concentratie, via advectie, moleculaire diffusie of turbulente diffusie. | | Reynaldsgetal (Re) | Een dimensieloos getal dat de verhouding tussen inertiële krachten en viskeuze krachten in een stromend fluïdum weergeeft, en dat wordt gebruikt om te bepalen of de stroming laminaar of turbulent is. | | Conductieve warmteoverdracht | Warmteoverdracht die plaatsvindt door directe energie-uitwisseling tussen moleculen in een materiaal, zonder bulkverplaatsing van het materiaal zelf. | | Convectieve warmteoverdracht | Warmteoverdracht die plaatsvindt door de verplaatsing van fluïdumpakketten, zoals warme lucht of water, die thermische energie met zich meedragen. | | Elektromagnetische straling | Energie die wordt uitgestraald in de vorm van elektromagnetische golven, zoals infraroodstraling, die warmte kan overbrengen zonder contact. | | Warmtewisselaar | Een apparaat dat wordt gebruikt om warmte over te dragen tussen twee vloeistoffen of gassen die niet direct met elkaar in contact komen, via geleidende wanden. | | Mengsel | Een samenvoeging van twee of meer stoffen die niet chemisch met elkaar reageren, waarbij de componenten hun eigen identiteit behouden. | | Homogeen mengsel | Een mengsel waarin de componenten uniform verdeeld zijn en niet zichtbaar gescheiden kunnen worden, zoals een opgeloste zoutoplossing in water. | | Heterogeen mengsel | Een mengsel waarin de componenten niet uniform verdeeld zijn en zichtbare grensvlakken tussen de fasen bestaan, zoals een suspensie van zand in water. | | Fluïdizatie | Een proces waarbij een vaste deeltjesbed wordt geSuspendeerd in een opwaartse stromende gas- of vloeistofstroom, waardoor het zich gedraagt als een fluïdum. | | Scheidingsprocessen | Technieken die worden gebruikt om mengsels op te splitsen in hun afzonderlijke componenten of gewenste deelstromen, gebaseerd op verschillen in fysisch-chemische eigenschappen. | | Zeven | Een mechanisch-fysisch scheidingsproces dat vaste deeltjes scheidt op basis van hun deeltjesgrootte, door ze door openingen van uniforme afmetingen te laten passeren. | | Flotatie | Een proces dat vaste stoffen scheidt op basis van hun bevochtigbaarheid, waarbij luchtbellen hydrofobe deeltjes naar het oppervlak transporteren om te worden afgescheiden. | | Filtratie | Een scheidingsproces waarbij een vloeistof of gas door een poreus medium wordt geleid om vaste deeltjes te verwijderen, gebaseerd op verschillen in deeltjesgrootte. | | Sedimentatie | Een scheidingsproces gebaseerd op verschillen in deeltjesgrootte en dichtheid, waarbij zwaardere deeltjes bezinken onder invloed van zwaartekracht en Archimedeskracht. | | Centrifugatie | Een scheidingsproces dat gebruik maakt van centrifugale kracht om deeltjes te scheiden op basis van hun massa of dichtheid, door het mengsel snel te laten roteren. | | Cycloon | Een apparaat dat centrifugale krachten gebruikt om vaste stofdeeltjes uit een gasstroom te scheiden, vergelijkbaar met een stofzuiger. | | Drogen | Het verwijderen van kleine hoeveelheden water of een ander oplosmiddel uit een product door verdamping of sublimatie, om de stabiliteit of houdbaarheid te verlengen. | | Indamping | Een proces waarbij een oplossing wordt geconcentreerd door het wegkoken van het oplosmiddel, vaak om vaste stoffen terug te winnen of een geconcentreerde oplossing te verkrijgen. | | Kristallisatie | Het proces waarbij vaste kristallijne deeltjes worden gevormd uit een homogene fase, zoals een oververzadigde oplossing, door het afnemen van de oplosbaarheid van een stof. | | Destillatie | Een scheidingsproces dat verschillende verbindingen in een vloeibare oplossing scheidt op basis van verschillen in vluchtigheid (kookpunt), door verdampen en condenseren. | | Absorptie (scrubbing) | Een proces waarbij gassen in contact worden gebracht met een vloeistof waarin selectief één of meer verbindingen oplossen, om gassen te zuiveren of waardevolle componenten te recupereren. | | Stripping (desorptie) | Het omgekeerde proces van absorptie, waarbij verbindingen selectief uit een vloeistof worden overgebracht naar een gasfase. | | Extractie | Een scheidingsproces waarbij componenten uit een uitvoeringsmateriaal worden overgebracht naar een selectieve vloeistoffase (solvent) via selectieve massatransfer. | | Leaching (vast-vloeistofextractie) | Het proces waarbij een geschikt solvent wordt gebruikt om verbindingen uit een vaste matrix op te lossen en te transporteren. | | Adsorptie | Een proces waarbij atomen, moleculen of ionen vanuit een fluïdum selectief diffunderen naar het oppervlak van een vast materiaal (adsorbens) en daar worden gebonden door zwakke fysische krachten. | | Desorptie | Het omgekeerde proces van adsorptie, waarbij de geadsorbeerde stoffen van het oppervlak van het adsorbens worden verwijderd. | | Ionenuitwisseling | Een proces waarbij ionen met een positieve of negatieve lading in een vloeistofoplossing gelijkaardige ionen met dezelfde lading verdringen van het vaste oppervlak van een ionenuitwisselaar. | | Chromatografie | Een groep scheidingstechnieken die steunen op de verdeling van verbindingen tussen twee niet-mengbare fasen: een mobiele fase (gas of vloeistof) en een stationaire fase (vaste stof, viskeuze vloeistof of ionenuitwisselaar). | | Sorbentia | Materialen die worden gebruikt in adsorptie-, ionenuitwisselings- of chromatografische processen om selectief componenten uit een fluïdum op te nemen. | | Membraanscheiding | Een scheidingsproces dat gebruik maakt van selectieve massatransfer door een semi-permeabel membraan, onder invloed van een concentratie- of drukverschil. | | Chemische industrie | Een sector die zich bezighoudt met de productie van chemische stoffen en producten door middel van chemische reacties en eenheidsoperaties. | | Eenheidsoperaties (chemische processen) | Fysische transportverschijnselen die optreden in chemische processen, zoals momentum-, warmte- en massatransfer. | | Chemische reacties | Processen waarbij atomen en moleculen worden geherrangschikt om nieuwe stoffen te vormen, met de omzetting van energie. | | Katalysator | Een stof die de snelheid van een chemische reactie versnelt of efficiënter maakt zonder zelf verbruikt te worden. | | Petrochemische industrie | Een tak van de chemische industrie die zich bezighoudt met de verwerking van aardolie en aardgas tot brandstoffen, grondstoffen voor kunststoffen en andere chemische producten. | | Polymeren | Grote moleculen (macromoleculen) die zijn opgebouwd uit zich herhalende kleinere moleculaire eenheden (monomeren) die aan elkaar gekoppeld zijn. | | Kunststoffen | Synthetisch vervaardigde polymere materialen, vaak met toevoegingen om eigenschappen te verbeteren, en die op diverse manieren kunnen worden gevormd en bewerkt. | | Thermoplasten | Kunststoffen die bij verhitting plastisch vervormbaar worden en bij afkoeling weer stollen; dit proces is omkeerbaar. | | Thermoharders | Kunststoffen die tijdens het polymerisatieproces een fijnmazige driedimensionale netwerkstructuur vormen en bij verhitting niet vervormen maar ontleden. | | Elastomeren (synthetische rubbers) | Polymeren met rubberachtige eigenschappen, gekenmerkt door een hoge elasticiteit en het vermogen om na vervorming snel terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm. | | Oervormingstechnieken | Primaire verwerkingsprocessen van kunststoffen in viskeuze toestand, zoals gieten, persen en extruderen, om de basisvorm van het product te creëren. | | Omvormtechnieken | Secundaire verwerkingsprocessen van kunststoffen, vaak in de rubberfase, om de oorspronkelijke vorm aan te passen, zoals blazen of thermovormen. | | Farmaceutische industrie | Een sector die zich bezighoudt met de ontwikkeling, productie en distributie van geneesmiddelen, waarbij langdurig onderzoek en ontwikkeling cruciaal zijn. | | Groene chemie | Een reeks principes die gericht zijn op het ontwerpen van chemische producten en processen die de negatieve impact op mens en milieu minimaliseren, door onder andere afvalpreventie, energie-efficiëntie en het gebruik van hernieuwbare grondstoffen. | | Biogebaseerde economie | Een economisch systeem dat gericht is op het duurzaam gebruik van biomassa en hernieuwbare grondstoffen als basis voor de productie van energie, materialen en chemicaliën. | | Metaalkunde | De wetenschap die zich bezighoudt met de vervaardiging, samenstelling, eigenschappen en verwerking van metalen en metaallegeringen. | | Ferrometalen | Metalen die ijzer bevatten als hoofdbestanddeel, zoals staal en gietijzer. | | Non-ferrometalen | Alle metalen en metaallegeringen die geen ijzer als hoofdbestanddeel hebben, zoals aluminium, koper en nikkel. | | Upcycling (metaal) | Het recyclen van metalen zonder kwaliteitsverlies, waarbij de oorspronkelijke eigenschappen behouden blijven. | | Downcycling (metaal) | Het recyclen van metalen waarbij de kwaliteit van het materiaal achteruitgaat. | | Poedermetallurgie | Een fabricagetechniek waarbij metallische poeders worden samengeperst en vervolgens worden gesinterd om metalen onderdelen te produceren. | | Walsen | Een metaalbewerkingsproces waarbij metaalplaten of -staven tussen draaiende walsrollen worden geleid om hun dikte, vorm en mechanische eigenschappen te veranderen. | | Extruderen | Een proces waarbij materiaal (vaak kunststof of metaal) onder druk door een matrijs wordt geperst om een doorlopend profiel te vormen. | | Smeden | Een metaalbewerkingsproces waarbij metaal plastisch wordt vervormd door middel van drukkrachten, vaak met behulp van hamers of persen, om de gewenste vorm te verkrijgen. | | Verbindingstechnieken | Methoden om onderdelen van metaal of andere materialen aan elkaar te bevestigen, zoals lassen, solderen, lijmen of mechanische bevestigingen. | | Warmtebehandeling (metaal) | Processen die de microstructuur en eigenschappen van metalen veranderen door gecontroleerde opwarming en afkoeling, zoals harden, ontlaten en gloeien. | | Oppervlaktebehandeling (metaal) | Technieken die worden toegepast om de eigenschappen van het metaaloppervlak te veranderen, zoals polijsten, coaten of harden door carboneren of nitreren. | | Corrosie | De ongewenste chemische of elektrochemische aantasting van een metaal door zijn omgeving, wat leidt tot degradatie van het materiaal. | | Vacuümdestillatie | Een destillatieproces dat wordt uitgevoerd onder verminderde druk, waardoor stoffen met hoge kookpunten bij lagere temperaturen kunnen verdampen en gescheiden worden. | | Extractie (chemie) | Een scheidingsproces waarbij een component selectief wordt opgelost en overgebracht van de ene fase (bv. vast of vloeibaar) naar een andere fase (meestal een vloeistof of solvent). | | Adsorptie | Een proces waarbij moleculen zich aan het oppervlak van een vast materiaal hechten, vaak gebruikt voor zuivering van gassen en vloeistoffen. | | Sorbentia | Materialen die worden gebruikt in adsorptieprocessen om stoffen selectief op te nemen van een fluïdum. | | Ionenuitwisseling | Een selectief scheidingsproces waarbij ionen uit een oplossing worden uitgewisseld met ionen die gebonden zijn aan een vast harsachtig materiaal. | | Chromatografie | Een reeks scheidingstechnieken gebaseerd op de differentiële verdeling van componenten tussen een mobiele en een stationaire fase. |