PRODUCTIETECHNOLOGIE_VRAGEN.pdf

# Duurzaamheid en milieuaspecten in productie Dit onderwerp verkent fundamentele concepten op het gebied van duurzaamheid en milieuaspecten binnen de productie, met een focus op definities, principes en praktische toepassingen in productontwikkeling en bedrijfsvoering. ### 1.1 Definities van duurzaamheid #### 1.1.1 Brundtlanddefinitie van duurzame ontwikkeling Duurzame ontwikkeling wordt gedefinieerd als een ontwikkeling die voldoet aan de behoeften van de huidige generaties zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen [1](#page=1). #### 1.1.2 De drie P's van duurzaam ondernemen Om duurzaam te ondernemen, moet men rekening houden met de volgende drie pijlers: * **People (maatschappelijk):** Sociologische en maatschappelijke behoeften [1](#page=1). * **Planet (ecologisch):** Milieubescherming en -behoud [1](#page=1). * **Profit (economisch):** Het nastreven van welvaart en economische groei [1](#page=1). Deze drie pijlers moeten in evenwicht zijn om te kunnen spreken van maatschappelijk verantwoord ondernemen (MVO) [1](#page=1). #### 1.1.3 Ecologische voetafdruk De ecologische voetafdruk is een maatstaf die aangeeft hoeveel biologisch productieve grond- en wateroppervlakte nodig is om het consumptieniveau van een individu, product of land te ondersteunen en om de geproduceerde afvalstromen te verwerken. Het vertegenwoordigt de benodigde oppervlakte voor een proces of voor de productie van grondstoffen die door iemand of een proces worden gebruikt. In westerse landen is de ecologische voetafdruk significant hoger dan in de rest van de wereld [1](#page=1). #### 1.1.4 Earth Overshoot Day Earth Overshoot Day is de dag in het jaar waarop de mensheid alle natuurlijke grondstoffen heeft verbruikt die de aarde in dat specifieke jaar kan regenereren [1](#page=1). ### 1.2 Milieugerichte productontwikkeling en duurzaam produceren Om de ecologische voetafdruk te verkleinen, wordt er voortdurend onderzoek gedaan naar milieugerichte productontwikkeling en milieuvriendelijke productieprocessen. Wanneer producten op een minder milieuvervuilende manier worden geproduceerd, zal de ecologische voetafdruk automatisch dalen [1](#page=1). ### 1.3 Cradle to cradle principe #### 1.3.1 Kernconcept Het cradle to cradle principe, ook wel het wieg tot wieg principe genoemd, stelt dat afval moet worden beschouwd als voedsel. Het is cruciaal om kwaliteitsverlies tijdens het recycleerproces te vermijden, wat neerkomt op *upcycling* – het creëren van producten van gelijke of hogere kwaliteit. Dit staat in contrast met *downcycling*, wat het *cradle to grave* principe volgt [1](#page=1). #### 1.3.2 Voorbeeld uit het dagelijks leven Een praktisch voorbeeld van het cradle to cradle principe is de transformatie van afvalwater naar bier, of van oude kranten naar nieuw papier [1](#page=1). ### 1.4 Organisatorische structuren in productie #### 1.4.1 Lijn-staf-structuur Een lijn-staf-structuur is een hiërarchische organisatiestructuur die een uitbreiding is op de lijnstructuur. In een lijnstructuur is er één leidinggevende. Bij een lijn-staf-structuur is dit principe behouden, maar worden stafmedewerkers toegevoegd die adviserende, informerende en coördinerende taken uitvoeren. Deze stafmedewerkers beschikken over specialistische kennis en ondersteunen de leiding, hoewel ze geen directe beslissingsbevoegdheid hebben [1](#page=1). --- # Productontwikkeling en kostenberekening Dit thema behandelt de fasen van productontwikkeling, de berekening van verkoopprijzen inclusief overheadkosten, en de indeling van biotechnologieën [2](#page=2). ### 2.1 Productontwikkeling Productontwikkeling omvat twee hoofdonderdelen: productplanning en productontwerp [2](#page=2). #### 2.1.1 Productplanning Productplanning identificeert maatschappelijke behoeften, genereert ideeën en concepten, en bepaalt de timing, eigenschappen en marktintroductie van producten. Deze fase richt zich op concepten en is een taak van marketing [2](#page=2). #### 2.1.2 Productontwerp Bij productontwerp worden ideeën en concepten uitgewerkt tot gedetailleerde technische ontwerpen, inclusief technische tekeningen. Rekening wordt gehouden met de benodigde technologische processen en materialen voor de productie, wat de taak is van ingenieurs. Productontwikkeling is de eerste stap in de levenscyclus van een product, die verder bestaat uit productie, distributie en verkoop, gebruik, onderhoud, en terugname/recyclage [3](#page=3). ### 2.2 Kostenberekening en verkoopprijs De verkoopprijs van een goed wordt berekend door verschillende kostencomponenten in rekening te brengen [2](#page=2). #### 2.2.1 Fabricagekosten Fabricagekosten omvatten verschillende categorieën: * **Uitvoeringskosten ($K_U$)**: Kosten per product, zoals materiaalkosten en machine- en arbeidsuren (bewerkingkosten per onderdeel) [2](#page=2). * **Kosten voor herhaalopdrachten ($K_{HO}$)**: Kosten per fabricageserie $X$ (bijvoorbeeld voor administratieve werkvoorbereiding) [2](#page=2). * **Voorbereidingskosten of éénmalige kosten ($K_{VB}$)**: Kosten per totaalserie $Y$ (bijvoorbeeld voor technische werkvoorbereiding en het uitrusten van machines) [2](#page=2). De productiekostprijs ($K_{FI}$) van een onderdeel uit een fabricageserie $i$ wordt berekend met de volgende formule, waarbij $X_i$ de serie onderdelen en $Y$ de totaalserie is: $$ K_{FI} = \frac{K_{VB}}{Y} + \frac{K_{HO}}{X_i} + K_U $$ De totale productiekostprijs ($K_{Ft}$) voor $n$ onderdelen wordt berekend met de volgende formule, waarbij $K_{AS}$ de assemblagekosten zijn: $$ K_{Ft} = \sum_{i=1}^{n} K_{FI} + K_{AS} $$ #### 2.2.2 Overheadkosten Overheadkosten zijn indirecte kosten voor productiefaciliteiten en bedrijfsprocessen [2](#page=2). * **Fabricage gerichte overheadkosten**: Kosten zoals gebouwen en verwarming worden meegenomen door de nominale fabricagekosten te vermenigvuldigen met de overheadfactor fabricage ($F_{OF}$). $F_{OF}$ is groter dan 1 [2](#page=2). * **Verkoopgerichte overheadkosten**: Kosten zoals marketing die nodig zijn om het product te verkopen [2](#page=2). * **Bedrijfsgerichte overheadkosten**: Algemene bedrijfskosten zoals personeelszaken, boekhouding en management [2](#page=2). #### 2.2.3 Verkoopprijsberekening De uiteindelijke verkoopprijs ($K_V$) wordt berekend met de volgende formule: $$ K_V = K_{Ft} \cdot F_{OF} \cdot (1 + F_{OV}) \cdot (1 + F_{OB}) \cdot F_W $$ Hierbij staan de volgende factoren voor: * $K_V$: De verkoopprijs [2](#page=2). * $F_{OF}$: De overheadfactor fabricage [2](#page=2). * $F_{OV}$: De overheadfactor verkoop [2](#page=2). * $F_{OB}$: De overheadfactor bedrijf [2](#page=2). * $F_W$: De winstfactor, de verhouding tussen de verkoopprijs en de kostprijs [2](#page=2). > **Tip:** Zorg ervoor dat alle kostencomponenten, zowel directe fabricagekosten als diverse overheadkosten, correct worden geïdentificeerd en meegenomen in de berekening van de uiteindelijke verkoopprijs. ### 2.3 Biotechnologieën Biotechnologie maakt gebruik van levende organismen, al dan niet genetisch gemodificeerd, voor de productie van bio-energie, chemische stoffen en materialen. Er zijn verschillende kleurgecodeerde takken van biotechnologie [3](#page=3): * **Groene biotechnologie**: Toepassingen in de landbouw, zoals genetisch gemanipuleerde organismen die planten steviger maken [3](#page=3). * **Rode biotechnologie**: Toepassingen in de geneeskunde, zoals het gebruik van micro-organismen om ziektes te bestrijden en nieuwe medicatie te ontwikkelen [3](#page=3). * **Gele biotechnologie**: Toepassingen in de industrie, waarbij genetisch en niet-genetisch gewijzigde organismen worden ingezet voor de productie van energie en materialen, wat ook wel de Bio-Based Economy wordt genoemd [3](#page=3). * **Blauwe biotechnologie**: Richt zich op maritieme toepassingen van biotechnologie ten behoeve van het milieu, met name het bestrijden van milieuvervuiling door gebruik te maken van organismen uit water en zeeën. Dit is de nieuwste vorm van biotechnologie [3](#page=3). ### 2.4 NACE-structuur NACE staat voor Nomenclature des Activités Économiques dans la Communauté Européenne, oftewel de statistische classificatie van economische activiteiten binnen de Europese Gemeenschap. De structuur is hiërarchisch opgebouwd [3](#page=3): * **Secties**: Aangeduid met een lettercode [3](#page=3). * **Afdelingen**: Rubrieken met een code van twee cijfers. Sectie C (industrie) is opgedeeld in 24 afdelingen [3](#page=3). * **Groepen**: Rubrieken met een code van drie cijfers [3](#page=3). * **Klassen**: Rubrieken met een code van vier cijfers [3](#page=3). --- # Materie, grondstoffen en chemische bindingen Dit gedeelte behandelt de fundamentele aspecten van materie, grondstoffen en de verschillende soorten chemische bindingen die moleculen bij elkaar houden, evenals het concept van isotopen en massadefect. ## 3 Materie, grondstoffen en chemische bindingen ### 3.1 Inter- en intramoleculaire krachten Intermoleculaire krachten zijn aantrekkingskrachten die werkzaam zijn tussen moleculen onderling of tussen moleculen en ionen. Deze krachten, ook wel secundaire of Van der Waals bindingen genoemd, berusten op de fysische aantrekkingskrachten tussen permanente of geïnduceerde polen en zijn bepalend voor fysische eigenschappen zoals smelt- en kookpunten [4](#page=4). #### 3.1.1 Waterstofbruggen In het geval van water spelen waterstofbruggen een cruciale rol. Dit zijn dipool-dipool interacties die optreden tussen een positief gepolariseerd waterstofatoom van het ene molecuul en een vrij elektronenpaar van een klein, elektronegatief atoom van een ander molecuul. De sterk polaire interactie die hierdoor ontstaat, is een waterstofbrug. Waterstof vormt hierbij een brug tussen twee elektronegatieve atomen, waarbij het aan de ene kant via een polair covalente binding is gebonden en aan de andere kant via elektrostatische krachten. Waterstofbruggen dragen bij aan het relatief hoge kookpunt en de grote verdampingswarmte van water [4](#page=4). #### 3.1.2 Van der Waals-krachten Van der Waals bindingen zijn secundaire bindingen die voortkomen uit fysieke aantrekkingskrachten tussen permanente of geïnduceerde polen. Ze zijn zwakker dan primaire, chemische bindingen, maar beïnvloeden wel degelijk fysische eigenschappen zoals kook- en smeltpunten, mengbaarheid (polair mengt goed met polair, apolair met apolair) en de stijfheid van vaste materialen. Er worden drie soorten Van der Waals-krachten onderscheiden [4](#page=4): 1. **Dipool-dipool krachten (Keesom-krachten):** Treden op tussen moleculen met permanente dipolen [4](#page=4). 2. **Dipool-geïnduceerde dipool krachten (Debye-krachten):** Treden op tussen een molecuul met een permanente dipool en een molecuul dat tijdelijk een geïnduceerde dipool heeft [4](#page=4). 3. **Geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipool krachten (London-krachten):** Treden op tussen moleculen die tijdelijk een geïnduceerde dipool ontwikkelen [4](#page=4). > **Tip:** Hoewel zwakker dan intramoleculaire bindingen, zijn intermoleculaire krachten essentieel voor het verklaren van veel macroscopische eigenschappen van stoffen. ### 3.2 Intramoleculaire bindingen en bindingssterkte Intramoleculaire bindingen zijn de sterke krachten die atomen binnen een molecuul bij elkaar houden. De sterkte van de binding tussen twee atomen is direct gerelateerd aan het type binding. Een voorbeeld hiervan is de vergelijking tussen ethaan ($C_2H_6$) en ethyn ($C_2H_2$). Ethaan heeft een enkele binding tussen de twee koolstofatomen, terwijl ethyn een driedubbele binding heeft. De bindingssterkte van ethyn is daardoor aanzienlijk groter dan die van ethaan, en niet simpelweg drie keer zo sterk als een enkele binding, omdat de interactie complexer is dan een lineaire optelling [4](#page=4). ### 3.3 Orbitalen en hybridisatie #### 3.3.1 Orbitalen Een orbitaal is gedefinieerd als de ruimte rond de kern van een atoom waar een elektron met een specifieke energie met de hoogste waarschijnlijkheid aanwezig is. Orbitalen drukken dus uit waar een elektron zich kan bevinden. Voorbeelden van orbitalen en hun bezetting met elektronen zijn [4](#page=4): * 1s: met twee elektronen: ↑↓ [4](#page=4). * sp²: met drie elektronen: ↑↑↑ [4](#page=4). * 2p: met één elektron: ↑ (blad) [4](#page=4). #### 3.3.2 Hybridisatie Hybridisatie is het proces waarbij elektronenorbitalen van een atoom worden gecombineerd. Tijdens dit proces worden ongelijksoortige orbitalen samengevoegd om een nieuwe set orbitalen te vormen met dezelfde vorm en energie-inhoud [4](#page=4). * **sp³-hybridisatie:** Bij een sp³-hybridisatie worden één s-orbitaal (bolvormig) en drie p-orbitalen (halmvormig) omgezet in vier identieke sp³-hybridorbitalen. Deze nieuwe orbitalen zijn gericht naar de hoekpunten van een tetraëder en vormen hoeken van 109° met elkaar. Dit type hybridisatie wordt bijvoorbeeld gezien in methaan ($CH_4$). De elektronenconfiguratie voor sp³-hybridorbitalen kan weergegeven worden als: sp³: ↑↑↑↑ [4](#page=4) [5](#page=5). * **sp²-hybridisatie:** Dit type hybridisatie komt voor in moleculen zoals etheen ($C_2H_4$). De configuratie kan worden weergegeven als: sp²: ↑↑↑ [5](#page=5). * **sp-hybridisatie:** Dit type hybridisatie wordt waargenomen in moleculen zoals ethyn ($C_2H_2$). De configuratie kan worden weergegeven als: sp: ↑↑ [5](#page=5). > **Voorbeeld:** De hybridisatie van koolstofatomen in etheen ($C_2H_4$) resulteert in sp²-hybridorbitalen, wat leidt tot een planare moleculaire geometrie. Bij ethyn ($C_2H_2$) leidt sp-hybridisatie tot een lineaire moleculaire geometrie [6](#page=6). ### 3.4 Isotopen en massadefect #### 3.4.1 Isotopen Isotopen zijn atomen van hetzelfde element die een gelijk aantal protonen (gelijke kernlading, dus hetzelfde atoomnummer $Z$) maar een verschillend aantal neutronen hebben. Hierdoor hebben isotopen een verschillend massagetal ($A$, waarbij $A = \# \text{protonen} + \# \text{neutronen}$) [5](#page=5). * **Chemische eigenschappen:** Isotopen van een element vertonen identieke chemische eigenschappen omdat het aantal elektronen, en met name het aantal valentie-elektronen, gelijk blijft. Chemisch gedrag wordt primair bepaald door het aantal valentie-elektronen [5](#page=5). * **Fysische eigenschappen:** Isotopen hebben weliswaar verschillende fysische eigenschappen. Het verschil in massa, voornamelijk door het variërende aantal neutronen, beïnvloedt fysisch gedrag zoals dichtheid en diffusiesnelheid [5](#page=5). #### 3.4.2 Massadefect Massadefect treedt op wanneer individuele atomen zich binden en een molecuul of samengestelde stof vormen. De totale massa van het gebonden systeem blijkt kleiner te zijn dan de som van de massa's van de afzonderlijke bestanddelen. Dit ogenschijnlijk verlies aan massa is echter niet een werkelijk verlies, aangezien massa behouden moet blijven. De verloren massa wordt omgezet en vrijgegeven aan de omgeving in de vorm van energie, specifiek de intra-atomaire bindingsenergie. Hoe groter het massadefect, hoe meer energie er vrijkomt, wat de sterkte van het atoom bepaalt [5](#page=5). * **Voorbeeld:** 1 mol van het isotoop koolstof-12 ($^{12}C$) bevat de constante van Avogadro ($N_A = 6.022 \times 10^{23}$) atomen en weegt 12 gram. Eén atoom $^{12}C$ wordt berekend uit de massa van zijn protonen, neutronen en elektronen, wat resulteert in ongeveer 12.07 atomaire massa-eenheden (amu) als de deeltjes afzonderlijk worden beschouwd. Wanneer deze deeltjes gebonden zijn in een $^{12}C$ atoom, is de massa echter precies 12 amu. Het verschil van 0.07 amu per atoom, of 0.07 gram per mol, is het massadefect. Deze massa wordt omgezet in energie volgens de beroemde formule van Einstein, $E=mc^2$ [5](#page=5) [6](#page=6). * 1 atoom $^{12}C$: * Massa van bestanddelen (benaderd): $(6 \times \text{massa proton} + 6 \times \text{massa neutron} + 6 \times \text{massa elektron}) \times N_A \approx 12.07 \, \text{g/mol}$ [5](#page=5). * Werkelijke massa in gebonden toestand: $12 \, \text{g/mol}$ [5](#page=5). * Massadefect per mol: $12.07 \, \text{g/mol} - 12 \, \text{g/mol} = 0.07 \, \text{g/mol}$ [6](#page=6). * De omzetting van deze massa in energie verklaart de stabiliteit van atoomkernen [6](#page=6). > **Definitie:** 1 atomaire massa-eenheid ($1 \, \text{amu}$ of $1 \, \text{u}$) is gelijk aan $1.6605620 \times 10^{-27} \, \text{kg}$ [5](#page=5). > **Toepassing:** Het concept van massadefect is fundamenteel voor het begrijpen van nucleaire reacties, zoals kernfusie en kernsplijting, waarbij aanzienlijke hoeveelheden energie vrijkomen door de omzetting van massa. Dit is de basis voor bijvoorbeeld kernenergiecentrales en de energieproductie in sterren [6](#page=6). --- # Energietechnologieën en -processen Dit hoofdstuk behandelt diverse energiebronnen en -technologieën, waaronder kernenergie, brandstofcellen, zonne-energie, geothermische energie en de productie en het gebruik van bio-ethanol, synthetisch gas en biogas. ### 4.1 Kernenergie Kernenergie wordt opgewekt in kerncentrales met uranium als brandstof, waarbij de energie vrijkomt via kernsplijting in drukwaterreactoren (PWR). Verrijkt uranium wordt verwerkt tot keramische tabletten in metalen staven die in de reactor geplaatst worden. Een moderator helpt de reactie gecontroleerd te houden. De kernsplijting genereert veel energie, waarmee water in de primaire kring tot 300°C wordt opgewarmd zonder te koken, dankzij verhoogde druk in een drukregelvat. Dit hete water verwarmt water in de secundaire kring in een warmtewisselaar, waardoor stoom ontstaat. De stoom drijft een turbine aan, die op zijn beurt een alternator aandrijft die wisselstroom opwekt. De stoom wordt gecondenseerd met water uit een tertiaire kring, waarna dit water wordt afgekoeld in een koeltoren [7](#page=7). #### 4.1.1 Kernsplijting Kernsplijting treedt op wanneer een splijtbaar materiaal interageert met een laag energetisch (thermisch) neutron. Het neutron wordt opgenomen door de atoomkern [14](#page=14): $$ \mathrm{^{235}_{92}U} + \mathrm{^1_0n} \rightarrow \mathrm{^{236}_{92}U} $$ Dit 236U ondergaat radioactief verval met spontane kernsplijting, waarbij neutronen en energie vrijkomen [14](#page=14): $$ \mathrm{^{236}_{92}U} \rightarrow 3 \, \mathrm{^1_0n} + \text{splijtingsproducten} (\text{Ba, Kr}) + 3 \times 10^{-11} \, \text{J} $$ Het massadefect tussen 236U voor en na splijting wordt volgens $E=mc^2$ omgezet in energie. De vrijgekomen neutronen kunnen nieuwe splijtingen veroorzaken, wat leidt tot een kettingreactie. Om deze reactie te beheersen, worden snelle neutronen vertraagd door een moderator, zoals grafiet of gedeutereerd water, die de neutronen afremt zonder ze te absorberen. Een gecontroleerde kettingreactie is cruciaal voor energieopwekking; een ongecontroleerde reactie kan leiden tot kernwapens [14](#page=14). **Isotopen en kernsplijting:** Uranium komt natuurlijk voor als 235U (0,7%, splijtbaar) en 238U (99,3%, niet splijtbaar). Om de voorraad splijtbaar materiaal te vergroten, wordt uranium verrijkt zodat het percentage 235U stijgt naar 2-3%. Niet-splijtbare isotopen zoals 238U kunnen in breeder reactoren worden omgezet in splijtbare kernen [14](#page=14). #### 4.1.2 Kernfusie Kernfusie is het samensmelten van kernen van atomen, waarbij een nieuw element ontstaat. Dit vereist extreem hoge druk en temperatuur om plasma te creëren, zodat de sterke kernkrachten de elektrostatische afstoting tussen positieve kernen overwinnen. Een voorbeeld van een fusiereactie is die tussen deuterium (D) en tritium (T) [12](#page=12): $$ \mathrm{^2_1D} + \mathrm{^3_1T} \rightarrow \mathrm{^4_2He} + \mathrm{^1_0n} + \text{energie} $$ Voordelen ten opzichte van kernsplijting zijn onder meer het ontbreken van een kettingreactie, een grotere brandstofvoorraad (deuterium), minder radioactief afval met een lagere halfwaardetijd en een potentieel hogere energieopbrengst. Nadelen zijn onder meer de hoge neutronenproductie die reactormaterialen radioactief maakt en de lagere efficiëntie bij het omzetten van energie, doordat een groot deel van de energie in de neutronen zit. Tritium is radioactief en niet natuurlijk voorkomend, en moet uit lithium worden geproduceerd [12](#page=12): $$ \mathrm{^6_3Li} + \mathrm{^1_0n} \rightarrow \mathrm{^3_1T} + \mathrm{^4_2He} + 7.7 \times 10^{-13} \, \text{J} $$ Alternatieve fusiereacties onderzoeken de reactie tussen twee deuteriumkernen, of tussen deuterium en helium-3 ($^3$He), en de "triple alfa reactie" met boorisotopen [13](#page=13). ### 4.2 Brandstofcellen Brandstofcellen zijn elektrochemische apparaten die chemische energie direct omzetten in elektrische energie, zonder de Carnot-efficiëntie van warmtemachines te beperken. In tegenstelling tot batterijen, die verbruikt worden, hebben brandstofcellen een continue aanvoer van brandstof [8](#page=8). #### 4.2.1 Werking waterstof/zuurstof cel Een waterstof/zuurstof brandstofcel maakt gebruik van redoxreacties. Waterstofgas (H2) wordt aan de anode gepompt en ondergaat oxidatie, waarbij protonen (H+) en elektronen vrijkomen [8](#page=8): $$ 2\mathrm{H_2} \rightarrow 4\mathrm{H^+} + 4\mathrm{e^-} $$ De protonen passeren een elektrolyt, terwijl de elektronen door een externe geleider naar de kathode stromen. Zuurstof (O2) wordt aan de kathode gepompt en ondergaat reductie door de protonen en elektronen, waarbij water (H2O) wordt gevormd [8](#page=8): $$ 4\mathrm{H^+} + 4\mathrm{e^-} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} $$ De totale reactie is: $$ 2\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(g)} $$ Temperatuurverhoging of een katalysator kan de reactie aan de anode versnellen. Om een hogere spanning te bereiken, worden meerdere cellen in serie geschakeld [8](#page=8). > **Tip:** De maximale leverbare stroom door een brandstofcel is afhankelijk van de lading van het elektron, het aantal vrijgestelde elektronen per molecuul product, het getal van Avogadro en de vormingssnelheid van het product per tijdseenheid. Voordelen van brandstofcellen zijn emissievrij en dus geen vervuiling. Nadelen zijn dat ze afhankelijk zijn van een energiedrager, zoals waterstofgas (H2), dat niet van nature voorkomt en geproduceerd moet worden, vaak uit fossiele brandstoffen of door elektrolyse van water, wat energie-intensief is. De duurzaamheid van een brandstofcel hangt dus af van de productiewijze van de waterstof [8](#page=8). ### 4.3 Bio-ethanol en fotosynthese Bio-ethanol is een biobrandstof die wordt geproduceerd uit biomassa, zoals suikerhoudende gewassen. Het primaire productieproces van biomassa is fotosynthese [9](#page=9): $$ 6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{licht}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2} $$ Bij de productie van bio-ethanol vindt via gisting (fermentatie) in een anaerobe omgeving de volgende reactie plaats: $$ \mathrm{C_6H_{12}O_6} \rightarrow 2\mathrm{C_2H_5OH} + 2\mathrm{CO_2} $$ De verbranding van bio-ethanol levert energie en produceert kooldioxide en water: $$ 2\mathrm{C_2H_5OH} + 6\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} + E $$ Theoretisch heffen de producten en reactanten elkaar op, wat resulteert in een CO2-neutrale balans (netto-balans = 0). In de praktijk veroorzaken machines in de landbouw en fabrieken voor brandstofproductie echter emissies, waardoor het proces niet volledig neutraal is, maar wel winstgevend [9](#page=9). #### 4.3.1 Energieteelten Energieteelten zijn gewassen die specifiek voor energieproductie worden geteeld en worden onderverdeeld in drie generaties [9](#page=9). * **Eerste generatie:** Suiker- en oliehoudende gewassen zoals suikerriet, suikerbieten, zonnebloemolie en maïsolie. Deze telen concurreren met de voedselvoorziening. Korte-omloophout, zoals wilg en grassen, valt hier ook onder [9](#page=9). * **Tweede generatie:** Organische restfracties, zoals biomassa geteeld op onvruchtbare gronden, niet-eetbare delen van gewassen (stengels, bladeren), en afvalstromen (houtafval, mest). Deze competitie met voedselvoorziening is afwezig, maar de verwerking is complexer en duurder [9](#page=9). * **Derde generatie:** Nog in de onderzoeksfase, zoals algen, die een grotere energieopbrengst per oppervlakte kunnen leveren dan planten [9](#page=9). ### 4.4 Geothermische energie Geothermische energie maakt gebruik van aardwarmte voor energieopwekking. Er zijn twee hoofdtypen systemen [10](#page=10): 1. **Ondiepe systemen:** Reiken tot 100-200 meter diep en worden voornamelijk gebruikt voor verwarmingssystemen [10](#page=10). 2. **Diepe systemen:** Reiken tot duizenden meters diep en worden ingezet voor toepassingen op hoge temperatuur, inclusief verwarming en elektriciteitsproductie [10](#page=10). #### 4.4.1 Werking van een warmtepomp (ondiepe systemen) Een warmtepomp onttrekt warmte uit een omgeving met een relatief lage temperatuur en gebruikt deze voor toepassingen op hogere temperatuur, wat ingaat tegen de tweede wet van de thermodynamica. De werking is gebaseerd op drie principes: verdampen (endotherm), condenseren (exotherm), en de ideale gaswet ($pV=nRT$). Het kookpunt van een vloeistof is afhankelijk van de omgevingsdruk [10](#page=10). Het proces omvat: 1. Aardsondes met antivriesvloeistof (waterstofglycol) worden in de bodem geplaatst [10](#page=10). 2. De bodemwarmte wordt overgedragen op de koelvloeistof, waardoor deze verdampt (latente verdampingswarmte) [10](#page=10). 3. De damp van de koelvloeistof wordt naar een compressor geleid, waar de druk en temperatuur toenemen volgens de ideale gaswet [10](#page=10). 4. De hete damp condenseert in een warmtewisselaar met een koeler medium (water), waarbij warmte wordt afgegeven [10](#page=10). 5. Het opgewarmde water kan vervolgens gebruikt worden voor verwarming, terwijl de afgekoelde koelvloeistof terugkeert om opnieuw te verdampen [10](#page=10). De arbeid van de compressor is nodig om het proces tegen de natuurlijke warmtestroom in te laten verlopen [10](#page=10). #### 4.4.2 Diepe systemen Bij diepe systemen stijgt de temperatuur met ongeveer 2-3°C per 100 meter diepte. Het warme water wordt omhoog gepompt om stoom te produceren, die vervolgens een stoomturbine aandrijft die gekoppeld is aan een generator voor elektriciteitsopwekking [11](#page=11). ### 4.5 Synthesegas en biogas #### 4.5.1 Synthesegas Synthesegas is een energiedrager en gasvormige brandstof, voornamelijk bestaande uit waterstof (H2) en koolmonoxide (CO). Het wordt geproduceerd door de thermische behandeling van biomassa bij een ondermaat aan zuurstof en temperaturen van 700-900°C (vergassing). Na reiniging kan het worden gebruikt voor warmte- en elektriciteitsopwekking, en als grondstof in de chemische industrie. Vergassen kan helpen bij het beperken van schadelijke emissies, maar gasreiniging is een uitdaging [11](#page=11). #### 4.5.2 Biogas Biogas is een brandbaar gas, bestaande uit methaan (CH4) en kooldioxide (CO2), met een hogere verbrandingswaarde dan synthesegas. Het wordt gevormd door anaerobe afbraak (vergisting) van organisch materiaal met een hoog vochtgehalte. De verschillende stappen van anaerobe vergisting zijn [11](#page=11): 1. **Hydrolyse:** Complex biomassa-materiaal (polymeren) wordt enzymatisch omgezet in kleinere verbindingen (monomeren) door reactie met water [11](#page=11). 2. **Acidogenese:** Monomeren worden in een zuurstofarme omgeving omgezet in verbindingen met een lager moleculair gewicht, waarbij ook CO2, NH3, H2S en H2 worden gevormd [12](#page=12). 3. **Acetogenese:** Alcoholen en zuren worden omgezet in azijnzuur, H2 en CO2 [12](#page=12). 4. **Methanogenese:** Productie van methaan door specifieke micro-organismen: $$ \mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{CH_4} + 2\mathrm{H_2O} $$ of $$ \mathrm{CH_3COOH} \rightarrow \mathrm{CH_4} + \mathrm{CO_2} $$ Een vereenvoudigde vergisting van glucose kan worden weergegeven als: $$ \mathrm{C_6H_{12}O_6} \rightarrow 3\mathrm{CH_4} + 3\mathrm{CO_2} $$ Biogas wordt doorgaans omgezet in energie via warmtekrachtkoppeling [12](#page=12). ### 4.6 Fotovoltaïsche cellen (zonne-energie) Fotovoltaïsche zonnecellen zetten licht direct om in elektriciteit door de absorptie van fotonen door een halfgeleider, zoals silicium. Dit maakt elektronen vrij in het halfgeleidermateriaal, die aan de voorkant worden verzameld door een metalen structuur. De achterzijde van de cel is een metalen rugplaat. Lichtinval creëert een elektrische spanning tussen de negatief geladen voorzijde en positief geladen achterzijde [13](#page=13). Om bruikbare stroom te leveren, worden zonnecellen in serie geschakeld tot fotovoltaïsche modules (PV-modules). Een fotovoltaïsch systeem (PV-systeem) bestaat uit een of meer PV-modules [13](#page=13). #### 4.6.1 De rol van de omvormer (inventor) De omvormer of inventor is een elektronisch apparaat dat de gelijkstroom (DC) van de PV-module omzet in wisselstroom (AC) die aan het openbare elektriciteitsnet kan worden geleverd [13](#page=13). ### 4.7 STEG-centrales STEG staat voor Stoom En Gas centrale. Deze centrales combineren een gasturbine met een stoomturbine voor een efficiëntere energieopwekking [16](#page=16). Het proces omvat: 1. Verbranding van aardgas in de gasturbine, waarbij thermische energie vrijkomt [16](#page=16). 2. De hete verbrandingsgassen drijven de turbine aan, die een alternator aandrijft voor een eerste elektriciteitsopwekking [16](#page=16). 3. De verbrandingsgassen komen in een recuperatiestoomketel, waar ze water verhitten om stoom te produceren [16](#page=16). 4. De stoom drijft een stoomturbine aan, gekoppeld aan een tweede alternator, voor nog meer elektriciteitsopwekking [16](#page=16). 5. De stoom wordt gecondenseerd in een luchtcondensor, waarna het water terugkeert naar de ketel [16](#page=16). --- # Eenheidsoperaties en scheidingstechnieken Dit thema behandelt diverse eenheidsoperaties en industriële scheidingstechnieken die essentieel zijn voor het zuiveren en isoleren van stoffen. ### 5.1 Flotatie Flotatie is een mechanisch-fysisch scheidingsproces dat deeltjes scheidt op basis van hun bevochtigbaarheid, met name het onderscheid tussen hydrofiele en hydrofobe deeltjes. Een veelgebruikte methode is schuimflotatie, waarbij een waterige substantie met chemicaliën wordt gemengd met lucht. Hydrofobe deeltjes hechten zich aan de gevormde luchtbellen en drijven naar de oppervlakte in een schuimlaag, die vervolgens wordt afgevoerd. Hydrofiele deeltjes blijven achter in de vloeistof [18](#page=18). **Toepassing in de metaalindustrie:** Flotatie wordt toegepast bij de opzuivering van ertsmetalen, waarbij mineralen (hydrofoob) worden gescheiden van organisch materiaal (hydrofiel) [18](#page=18). ### 5.2 Absorptie en stripping Absorptie en stripping zijn processen gericht op het scheiden van waardevolle producten of het verwijderen van schadelijke verbindingen [18](#page=18). #### 5.2.1 Absorptie Absorptie, ook wel scrubbing of wassing genoemd, betreft het contact tussen een gasmengsel en een vloeistof (absorbent of solvent) waarin selectief één of meerdere componenten oplossen via gas-vloeistof massatransfer. De opgeloste componenten worden het solute of absorbaat genoemd [18](#page=18). * **Fysische absorptie:** Gebaseerd op selectieve massatransfer zonder chemische verandering van het absorbaat. Het proces verloopt tot een thermodynamisch evenwicht is bereikt, waarbij de drijvende kracht, het concentratieverschil ($\Delta C = C_{BC^*} - C_{BC} = 0$), nul is. De flux kan worden uitgedrukt als [18](#page=18): $$J = E \cdot F \cdot \Delta C = S_{BC^*} - S_{BC} = 0$$ [18](#page=18). De evenwichtspartitiecoëfficiënt ($K$) is de verhouding van de concentraties bij evenwicht: $$K = \frac{S_{BC^*}}{S_{BD^*}}$$ [18](#page=18). * **Chemische absorptie:** Hierbij reageert het absorbaat chemisch weg, wat de drijvende kracht behoudt omdat de concentratie ($C_{BC}$) lager blijft dan de evenwichtsconcentratie ($C_{BC^*}$) [19](#page=19). **Factoren die de snelheid beïnvloeden:** * Groot contactoppervlak * Hoge concentratieverschillen * Lage temperatuur en hoge druk [19](#page=19). #### 5.2.2 Stripping Stripping, ook wel desorptie genoemd, is het omgekeerde proces van absorptie, waarbij componenten van een vloeistof naar de gasfase worden overgebracht. Dit gebeurt bij hoge temperatuur en lage druk [19](#page=19). **Toepassingen:** Absorptie- en strippingprocessen worden vaak uitgevoerd in kolommen die een intensieve menging en groot contactoppervlak tussen de gas- en vloeistoffase nastreven. Meestal worden beide stromen in tegenstroom door de kolom gestuurd. Een voorbeeld hiervan is de zeefplatenkolom, met boven elkaar geplaatste geperforeerde platen [19](#page=19). ### 5.3 Osmose en omgekeerde osmose * **Osmose:** Een spontaan proces waarbij een vloeistof (bijvoorbeeld water) vanuit een lage zoutconcentratie naar een hoge zoutconcentratie beweegt, gedreven door de neiging van de opgeloste stoffen om zich te verspreiden. Een semipermeabel membraan voorkomt dat de zoutkorrels zich verplaatsen, waardoor alleen het water door het membraan kan. De drijvende kracht bij osmose is het concentratieverschil ($\Delta C$) [19](#page=19). * **Omgekeerde osmose (reversed osmosis):** Een synoniem hiervoor is hyperfiltratie. Dit is een niet-spontaan proces waarbij door het aanleggen van een geïnduceerde druk de waterverplaatsing wordt omgekeerd, waardoor zout water wordt gezuiverd naar zoet water [19](#page=19). **Praktijkvoorbeeld:** Omzetting van zeewater in drinkbaar water [19](#page=19). ### 5.4 Bezinking (Sedimentatie) Bezinking of sedimentatie is een scheidingstechniek die deeltjes scheidt op basis van verschillen in deeltjesgrootte en dichtheid. Er is een vereist verschil in dichtheid tussen de deeltjes en het fluïdum [20](#page=20). **Achterliggend principe:** De drijvende kracht voor bezinking is het verschil tussen de zwaartekracht ($F_g$) die op het deeltje werkt en de opwaartse Archimedeskracht ($F_A$) [20](#page=20). **Formules:** De netto kracht op een deeltje in een vloeistof is: $$F_{netto} = F_g \downarrow - F_A \uparrow$$ [20](#page=20). $$F_{netto} = m_v \cdot g - m_{fluïdum} \cdot g$$ [20](#page=20). Hierbij is $g$ de valversnelling, $m_v$ de massa van het vaste deeltje, en $m_{fluïdum}$ de massa van het verplaatste fluïdum. Uitgedrukt in dichtheden ($\rho$) en volumes ($V$) [20](#page=20): $$F_{netto} = \rho_v \cdot V \cdot g - \rho_{fluïdum} \cdot V \cdot g$$ [20](#page=20). Hierin is $V$ het volume van het water (fluïdum) dat wordt weggedrukt [20](#page=20). * Als $F_{netto}$ positief is ($F_g > F_A$), dan zinkt het deeltje [20](#page=20). * Als $F_{netto}$ negatief is ($F_g < F_A$), dan drijft het deeltje [20](#page=20). **Werking in een bezinkingstank:** Een suspensie komt onderaan binnen, waarbij de vaste deeltjes bezinken. Het heldere fluïdum wordt bovenaan afgevoerd, en het bezinksel wordt centraal onderaan afgevoerd. Grotere en zwaardere deeltjes zinken het snelst [20](#page=20). #### 5.4.1 Stroomgoot Een stroomgoot is een serie van naast elkaar geplaatste bezinkingstanks, die in grootte toenemen. Grotere tanks bieden een langere verblijftijd ($\tau$), wat de scheiding van deeltjes ten goede komt. De verblijftijd $\tau$ wordt berekend als [20](#page=20): $$\tau = \frac{V_{tank}}{Q_{feed}}$$ [20](#page=20). waarbij $V_{tank}$ het volume van de tank is en $Q_{feed}$ de aanvoeringssnelheid. Stroomgoten kunnen niet alleen vaste deeltjes van het fluïdum scheiden, maar ook onderling, vanwege verschillen in grootte en gewicht [20](#page=20). ### 5.5 Centrifugatie Centrifugatie is een scheidingsproces dat gebruik maakt van centrifugale kracht om vaste deeltjes te scheiden van vloeistoffen of gassen, of om niet-mengbare vloeistoffen van elkaar te scheiden [21](#page=21) [26](#page=26). **Centrifugale kracht:** De centrifugale kracht ($F_c$) die op een deeltje werkt, is gericht vanuit het centrum naar buiten toe. De formule hiervoor is [21](#page=21) [26](#page=26): $$F_c = m \cdot a$$ [21](#page=21) [26](#page=26). waarbij $a$ de versnelling is, gerelateerd aan de omtreksnelheid ($v$) en de straal ($r$) [21](#page=21) [26](#page=26): $$a = \frac{v^2}{r}$$ [21](#page=21) [26](#page=26). De omtreksnelheid is ook te relateren aan de hoeksnelheid ($\Omega$) en het toerental ($N$): $$v = \Omega \cdot r = 2\pi \cdot N \cdot r$$ [21](#page=21) [26](#page=26). Hierdoor wordt de formule voor centrifugale kracht: $$F_c = m \cdot \Omega^2 \cdot r$$ [21](#page=21) [26](#page=26). **G-waarde:** De G-waarde is een maat voor de verhouding tussen de centrifugale kracht en de zwaartekracht ($F_g$) [22](#page=22) [26](#page=26): $$G = \frac{F_c}{F_g} = \frac{m \cdot \Omega^2 \cdot r}{m \cdot g} = \frac{\Omega^2 \cdot r}{g}$$ [22](#page=22) [26](#page=26). De G-waarde geeft aan hoeveel keer sneller een deeltje uit een fluïdum wordt gescheiden in een centrifuge vergeleken met normale gravitaire bezinking [22](#page=22) [26](#page=26). #### 5.5.1 Schotelcentrifuge Een schotelcentrifuge is een type centrifuge dat schotels gebruikt om de scheiding te verbeteren. Het mengsel wordt in een roterend vat gebracht, en de zwaardere deeltjes worden naar de buitenkant van de hellende schotels gedrukt. De schotels zijn verdeeld in compartimenten, wat de axiale vermenging minimaliseert en de scheidingsefficiëntie verhoogt door deeltjes in radiale richting te forceren [25](#page=25). **Toepassingen van centrifugatie:** * Ontvetten van melk [25](#page=25) [26](#page=26). * Scheiden van water en olie [25](#page=25). * Scheiden van bloed in verschillende fracties voor analyse [25](#page=25). * Verrijkt uranium afscheiden door centrifugeren van UF$_6$ gas [26](#page=26). * Terugwinnen van suikerkristallen uit vloeistoffen [26](#page=26). **Principiële soorten centrifuges:** * **Dichtewand centrifuges:** Verbeterde bezinkingsapparatuur waarbij zware fracties tegen de wand worden gedrukt, wat leidt tot centrifugale bezinking die $G$ keer sneller is dan normale bezinking [26](#page=26). * **Openwand centrifuges:** Verbeterde filterapparatuur voor vast-vloeistof scheiding, waarbij vloeistof door een geperforeerde wand met filterdoek gaat en vaste stof achterblijft [26](#page=26). **Cycloon:** Wordt gebruikt voor het centrifugaal scheiden van vaste stofdeeltjes uit een gas (cycloon) of uit een vloeistof (hydrocycloon) [26](#page=26). ### 5.6 Destillatie Destillatie is een scheidingstechniek die gebaseerd is op verschillen in vluchtigheid (kookpunt) van componenten in een mengsel. Hoe lager het kookpunt, hoe vluchtiger de stof [22](#page=22) [28](#page=28). #### 5.6.1 Enkelvoudige (Batch) destillatie Bij enkelvoudige destillatie wordt een vloeistofmengsel verwarmd tot het kookpunt van de meest vluchtige stof. De resulterende damp bevat beide stoffen, maar meer van de meest vluchtige. Deze damp wordt afgekoeld en gecondenseerd tot een destillaat, dat verrijkt is met de meest vluchtige stof. Het overgebleven residu is verrijkt met de minst vluchtige stof. Bij batch destillatie wordt continu damp onttrokken, waardoor de samenstelling in de kolf verandert en het kookpunt stijgt [22](#page=22) [28](#page=28). **Toepassing:** Productie van sterke alcoholische dranken [28](#page=28). #### 5.6.2 Fractionele destillatie (Rectificatie) Fractionele destillatie verhoogt de scheidingsefficiëntie door het proces van verdampen en condenseren meerdere keren te herhalen. Elke herhaling, die overeenkomt met één vloeistof/damp evenwicht, wordt een "theoretische schotel" genoemd. Hoe meer theoretische schotels een kolom heeft, hoe efficiënter de scheiding [22](#page=22). **Kookpuntdiagramma:** Dit diagramma toont de temperatuur op de Y-as en de samenstelling van het mengsel in molfracties op de X-as. De blauwe lijn is de dauwpuntlijn (verzadigde dampspanningslijn) en de groene lijn is de kookpuntlijn [23](#page=23). * **Lezen van het diagramma:** * Helemaal links op de X-as: enkel de minst vluchtige stof aanwezig. * Helemaal rechts op de X-as: enkel de meest vluchtige stof aanwezig [23](#page=23). * Bij een gegeven temperatuur ($T_M$) en molfracties ($x_1$, $x_2$), zal het mengsel koken. De toegevoegde energie verbreekt intermoleculaire krachten (latente verdampingswarmte) en brengt de damp naar een hoger energieniveau. Condensatie gebeurt op een bepaalde temperatuur ($b$), wat leidt tot destillaat dat rijker is aan de meest vluchtige stof [24](#page=24). * **Molfracties:** $$x_A = \frac{n_A}{n_{A}+n_{B}}$$ [23](#page=23). $$x_B = \frac{n_B}{n_{A}+n_{B}}$$ [23](#page=23). $$x_A + x_B = 1$$ [23](#page=23). * **Totale dampdruk:** $$p_{totaal} = p_A + p_B = x_A \cdot p_{A}^o + x_B \cdot p_{B}^o$$ [23](#page=23). Hierbij is $p_i^o$ de verzadigde dampdruk van de zuivere component [23](#page=23). **Producten:** Fractionele destillatie leidt tot producten die nagenoeg zuiver zijn in de meest vluchtige stof en het residu, dat nagenoeg zuiver is in de minst vluchtige stof [22](#page=22). ### 5.7 Drogen Drogen is een fysisch-chemisch proces om kleine hoeveelheden water uit stoffen te verwijderen, meestal door verdamping of sublimatie [24](#page=24). #### 5.7.1 Fluïdized-bed droger (Wervelbad droger) Een fluïdized-bed droger maakt gebruik van een stroom hete, onverzadigde lucht die onderaan door een gesinterde plaat wordt geblazen. De natte voeding wordt toegevoegd en mengt met de lucht tot een 'fluïdized bed' ontstaat. Het gedroogde product wordt vervolgens pneumatisch getransporteerd. Overgebleven deeltjes worden in een cycloon afgescheiden [24](#page=24). **Toepassingen:** * Roosteren van pinda's/noten [24](#page=24). * Drogen van chemische producten zoals waspoeder [24](#page=24). #### 5.7.2 Vriesdrogen Vriesdrogen verwijdert water om microbieel bederf te voorkomen en de houdbaarheid te verlengen. Het proces omvat het bevriezen van het water in de stof tot ijskristallen, waarna het ijs sublimeert (direct overgaat van vaste naar gasvormige toestand) onder verlaagde druk. Dit gebeurt bij lage temperaturen om smaak en geur te behouden. Tot slot vindt een nabewerking plaats om resterend water te verwijderen [27](#page=27). **Toepassingen:** * Oploskoffie [27](#page=27). * Soep-uit-een-zakje [27](#page=27). **Toestandsdiagramma voor vriesdrogen:** Dit diagramma toont de dampspanningslijn, smeltlijn en sublimatielijn, met het tripelpunkt als snijpunt van de drie lijnen. Een lage druk resulteert in een lager kookpunt [27](#page=27). ### 5.8 Extractie Extractie is vergelijkbaar met absorptie, maar de voedingsstroom is een vaste stof of een vloeistof (geen gas). Componenten worden via selectieve massatransfer vanuit een voedingsmateriaal naar een vloeistoffase (solvent) overgebracht (fase-additie) [25](#page=25). * **Vloeistof-vloeistofextractie:** Het solvent is niet homogeen mengbaar met het voedingsmateriaal [25](#page=25). * **Vast-vloeistofextractie:** Het voedingsmateriaal is een vaste stof [25](#page=25). * **Solute:** De te extraheren component [25](#page=25). * **Extract:** De vloeistof die verrijkt is met de solute [25](#page=25). * **Raffinaat:** De solute-arme vloeistof [25](#page=25). **Doel:** Isoleren van een waardevol product of verwijderen van een ongewenst product (zuivering) [25](#page=25). **Fysische transportverschijnselen bij extractie:** Extractie is gebaseerd op de fysische transportverschijnselen van massatransfer [25](#page=25). * **Drijvende kracht:** Het verschil in concentratie (of chemische potentiaal) van de solute tussen de twee fasen [25](#page=25). * **Dynamisch evenwicht:** Een toestand waarin de snelheden van de voorwaartse en terugwaartse massatransfer gelijk zijn, resulterend in geen netto massatransfer. De parameter die gebruikt wordt voor het dynamisch evenwicht is de evenwichtspartitiecoëfficiënt [25](#page=25). #### 5.8.1 Meerstapsextractie * **Dwarsstroom:** Solvent en voedingsstroom worden in beide richtingen tegelijk toegevoerd en afgevoerd. Dit is minder efficiënt omdat de stromen elkaar continu ontmoeten, waardoor de concentratiegradiënt afneemt [25](#page=25). * **Tegenstroom:** Solvent en voedingsstroom worden in tegengestelde richtingen door het systeem geleid. Dit is efficiënter omdat het verse solvent steeds in contact komt met de meest geëxtraheerde fase (raffinaat), en de meest verrijkte fase (extract) in contact komt met de meest "frisse" voedingsstroom, wat zorgt voor een grotere drijvende kracht over het gehele proces [25](#page=25) [28](#page=28). #### 5.8.2 Extractiebatterij Een extractiebatterij is een systeem van in serie gekoppelde extractievaten voor vloeistof-vastextractie. Het doel is om de voeding meermalen te extraheren in verschillende vaten. Het proces gebeurt in tegenstroom: het solvent passeert eerst de meest geëxtraheerde stof. Een extra vat wordt gebruikt voor schakelen en periodiek vullen [28](#page=28). ### 5.9 Ternair Systeem Ternaire systemen worden voornamelijk gebruikt bij vloeistof-vloeistofextractie om de concentraties van drie componenten in een mengsel weer te geven. Elk hoekpunt van de driehoek representeert een zuivere stof, en de zijden representeren mengsels van twee componenten. Punten binnen de driehoek stellen mengsels van alle drie de stoffen voor [21](#page=21). * **Aflezen van concentraties:** Een rechte lijn die evenwijdig loopt aan de derde zijde en door het betreffende punt gaat, maakt het aflezen van de concentratie mogelijk via de juiste richting op de assen. De som van de percentages van de drie componenten is altijd 100% [21](#page=21). * **Ontmengen:** Dit gebeurt via stippellijnen. Mengsels onder de boog zijn heterogeen en ontmengen spontaan in een extract (aangerijkt met solute) en een raffinaat (solute-arm) [21](#page=21). ### 5.10 Drijvende Kracht en Weerstand bij Osmose en Omgekeerde Osmose * **Drijvende krachten:** * Osmose: Concentratieverschil ($\Delta C$) [19](#page=19). * Omgekeerde osmose: Aangelegde druk die groter is dan de osmotische druk [19](#page=19). * **Weerstanden:** * Semipermeabel membraan (voor osmose en omgekeerde osmose) [19](#page=19). * Frictie van de vloeistofmoleculen. * Massa van de te verplaatsen moleculen. ### 5.11 Toepassing van Centrifugale Bezinking versus Klassieke Bezinking Centrifugale bezinking is beter dan klassieke bezinking omdat de centrifugale kracht, die vele malen groter kan zijn dan de zwaartekracht (uitgedrukt door de G-waarde), de scheiding van deeltjes aanzienlijk versnelt. Dit leidt tot een efficiëntere en snellere scheiding, vooral bij fijne deeltjes die anders langzaam zouden bezinken [22](#page=22) [26](#page=26). --- # Metaal- en kunststofverwerking Hier is een gedetailleerde studiehandleiding voor het onderwerp "Metaal- en kunststofverwerking", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 6 Metaal- en kunststofverwerking Dit onderwerp behandelt de fundamentele processen en technieken die worden toegepast bij de productie en vormgeving van zowel metalen als kunststoffen, met specifieke aandacht voor hun eigenschappen en toepassingen. ### 6.1 Kunststofverwerking Kunststofverwerking omvat een reeks technieken om polymeren te vormen tot bruikbare producten. Deze processen maken gebruik van de specifieke eigenschappen van thermoplasten, thermoharders en elastomeren. #### 6.1.1 Polymerisatie Polymerisatie is een essentieel proces waarbij lange ketens, polymeren, worden opgebouwd uit kleinere, herhalende eenheden genaamd monomeren. Dit proces vindt plaats bij verbindingen met dubbele of driedubbele koolstofbindingen, die onverzadigdheden vertonen [30](#page=30). * **Additiepolymerisatie:** Dit type polymerisatie vindt plaats bij onverzadigde monomeren zoals etheen ($CH_2=CH_2$). De dubbele binding verbreekt, waardoor de monomeren zich aan elkaar kunnen hechten om een lange keten te vormen, zoals polyetheen (PE) [30](#page=30) [33](#page=33). * **Voorbeeld:** De vorming van polyetheen uit etheen. #### 6.1.2 Vulkanisatie Vulkanisatie is een proces dat specifiek wordt toegepast op elastomeren, wat resulteert in materialen met rubberachtige eigenschappen. Tijdens vulkanisatie wordt het polymeer onder druk gezet, vaak door toevoeging van verhit zwavel. Dit creëert een grofmazige, vernette structuur met lange, beweeglijke ketenstukken die verbonden zijn door cross-links. Deze cross-links voorkomen verweking bij verhoogde temperaturen, terwijl de elasticiteit behouden blijft [31](#page=31) [34](#page=34). * **Voorbeelden:** Isopreen- en styreenbutadieenrubbers [31](#page=31). #### 6.1.3 Spuitgieten Spuitgieten is een discontinue vormgevingstechniek die wordt gebruikt voor de productie van discrete producten, met name in massaproductie vanwege de hoge kosten van de mallen. Het maakt complexe geometrieën met hoge reproduceerbaarheid mogelijk [31](#page=31). * **Werking:** 1. Een schroefextruder plastificeert het thermoplastische materiaal tot een smelt door verhitting en compressie [32](#page=32). 2. De smelt hoopt zich op aan het einde van de schroef, waardoor deze naar achteren wordt geduwd [32](#page=32). 3. Onder druk wordt de thermoplast in een gesloten matrijs gespoten [32](#page=32). 4. Na het stollen wordt de druk weggehaald en het product verwijderd [32](#page=32). * **Toepassingen:** Geschikt voor thermoplasten. Niet direct toepasbaar voor thermoharders op de gebruikelijke wijze omdat deze tijdens de polymerisatie moeten worden gevormd [31](#page=31) [34](#page=34). * **Varianten:** * **2K-spuitgieten (co-injectie/sandwich molding):** Twee componenten worden gelijktijdig gespoten [32](#page=32). * **Reactiespuitgieten:** Monomeren worden geïnjecteerd, en de polymerisatiereactie vindt plaats in de matrijs [32](#page=32). #### 6.1.4 Extrusie Extrusie is een continu proces waarbij gesmolten polymeermateriaal onder druk door een matrijs wordt geperst om langwerpige producten met een constante doorsnede te vormen. Dit proces is uitsluitend geschikt voor thermoplasten [35](#page=35). * **Werking:** 1. Granulaat of poeder wordt via een vultrechter toegevoerd aan de extruder [35](#page=35). 2. Een schroef transporteert het materiaal naar voren, comprimeert het en plastificeert het door verwarmingselementen [35](#page=35). 3. Het verweekte polymeer wordt door een spuitmond geperst, wiens vorm de doorsnede van het eindproduct bepaalt [35](#page=35). 4. Het geëxtrudeerde materiaal koelt snel af [35](#page=35). * **Bekende producten:** Draad, staaf, buis, goot, slang, plaat, (hoek)profielen, kabelgeleiders [35](#page=35). #### 6.1.5 Extrusie-blaasproces Het extrusie-blaasproces wordt gebruikt voor het vormgeven van holle objecten zoals plastic flessen [30](#page=30). * **Werking:** 1. Een thermoplastische buis wordt geëxtrudeerd [30](#page=30). 2. Deze nog weke buis wordt omsloten door een tweedelige matrijs waarvan de wanden gekoeld zijn [30](#page=30). 3. Warme lucht wordt in de buis geblazen, waardoor deze uitzet tegen de gekoelde matrijswand [30](#page=30). 4. De hals wordt gekalibreerd met een doorn en de bodem wordt dichtgelast [30](#page=30). 5. Na afkoeling wordt de matrijs geopend om het product te verkrijgen [30](#page=30). * **Nadelen:** Ongelijkmatige wanddikte, een naad in de bodem door het dichtlassen, en materiaalverlies door het afsnijden van de buis [30](#page=30). * **Toepassing:** Geschikt voor thermoplastische halffabricaten en niet-gevulkaniseerde elastomeren [30](#page=30). #### 6.1.6 Vacuümvormen (Thermovormen) Vacuümvormen, een vorm van thermovormen, is een techniek om kunststoffen om te vormen in hun verweekte toestand. Het wordt toegepast op dunne platen van thermoplasten en niet-gevulkaniseerde elastomeren [34](#page=34). * **Werking:** 1. Een dunne kunststofplaat wordt verhit tot het verweekt [34](#page=34). 2. De plaat wordt op een matrijs geplaatst en samengeperst om de dikte te verminderen en de plaat te laten uitzetten (warmpersen) [34](#page=34). 3. (Bij vacuümvormen) Een onderdruk zuigt de plaat tegen de matrijs aan nadat deze verder is verwarmd [35](#page=35). 4. Het product koelt af in de matrijs om de eindvorm te verkrijgen [35](#page=35). #### 6.1.7 Kalanderen Kalanderen is een continu proces dat uitsluitend geschikt is voor thermoplasten en wordt gebruikt voor de productie van folies [33](#page=33). * **Werking:** 1. Het polymeer wordt gemengd en in een weke/viskeuze toestand toegevoerd aan de kalanderlijn via een transportband [33](#page=33). 2. Het materiaal passeert een serie grote, verwarmde rollen waarbij de opening tussen de rollen (kalanderspleet) steeds kleiner wordt [33](#page=33). 3. De afstand tussen de laatste twee rollen bepaalt de dikte van de folie [33](#page=33). 4. De gevormde folie wordt gekoeld door afgekoelde rollen en opgewikkeld [33](#page=33). #### 6.1.8 Thermoharders versus Thermoplasten versus Elastomeren * **Thermoharders:** Vormen een driedimensionaal, fijnmazig netwerk door cross-links, zonder dat vulkanisatie noodzakelijk is. Bij kamertemperatuur zijn ze sterk, hard en bros, met goede vormstabiliteit. Bij temperatuursverhoging verweken ze niet, maar ontleden ze uiteindelijk. Vormgeving moet plaatsvinden tijdens het polymerisatieproces [34](#page=34). * **Thermoplasten:** Hebben een lineaire of vertakte structuur. Ze zijn vervormbaar bij temperatuursverhoging, waarbij de vervorming reversibel is [34](#page=34). * Lage temperaturen (onder kamertemperatuur): hard en stijf, maar niet sterk (glastoestand) [34](#page=34). * Toename temperatuur (rond kamertemperatuur): rubberachtige toestand met mogelijke plastische deformatie; macromoleculen bewegen, maar de afstand blijft gelijk [34](#page=34). * Verdere temperatuurstijging: verweekte toestand; macromoleculen verschuiven ten opzichte van elkaar [34](#page=34). * Nog hogere temperatuur: viskeuze, vloeibare toestand [34](#page=34). * Oervorming vindt plaats in de viskeuze toestand, omvorming in de verweekte toestand [34](#page=34). * **Elastomeren:** Zijn polymeren met rubberachtige eigenschappen bij kamertemperatuur. Ze zijn typisch thermoplasten die vulkanisatie hebben ondergaan en dus cross-links bevatten [34](#page=34). #### 6.1.9 Fijnchemicaliën Fijnchemicaliën zijn te onderscheiden van basischemicaliën op basis van de geproduceerde hoeveelheden, waarbij fijnchemicaliën in kleinere volumes worden geproduceerd [32](#page=32). ### 6.2 Metaalverwerking Metaalverwerking omvat de methoden voor de productie, zuivering en vormgeving van metalen en legeringen. #### 6.2.1 IJzer- en staalproductie IJzer wordt voornamelijk gewonnen uit ijzeroxiden zoals hematiet en magnetiet. Deze ertsen worden geconcentreerd door sinteren of pelletiseren [36](#page=36). * **Hoogovenproces:** 1. Geconcentreerd ijzererts, cokes en toeslagstoffen (zoals kalksteen) worden in een hoogoven gebracht [36](#page=36). 2. **Cokes:** Dient als brandstof (exothermische verbranding, $C + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO$) en reductiemiddel ($Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$). Cokes verlaagt ook het smeltpunt van ijzer en verhoogt de gasdoorlaatbaarheid [36](#page=36). 3. **Toeslagstoffen (kalksteen):** Verwijderen onzuiverheden door binding, wat resulteert in slak [36](#page=36). 4. **Lucht:** Levert zuurstof voor de verbranding van cokes [36](#page=36). 5. Onderin de oven wordt ruwijzer afgetapt, dat nog broos is, onzuiverheden bevat en een hoog koolstofgehalte heeft (4-5%) [36](#page=36) [40](#page=40). * **Omzetting naar staal:** Ruwijzer wordt omgezet in staal door het koolstofgehalte te verlagen tot tussen 0,06% en 2%. Staal is hierdoor harder, sterker en beter omvormbaar dan ruwijzer [40](#page=40). #### 6.2.2 Gekalmeerd en ongekalmeerd staal Ongekalmeerd staal ontstaat bij het stollen van vloeibaar staal, waarbij slinkholtes en chemische segregatie optreden. Het hoge zuurstofgehalte in het staal, dat bij stolling naar binnen gaat en onzuiverheden meeneemt, veroorzaakt onrustige stolling door het ontstaan van bellen [37](#page=37). * **Oplossing:** Door toevoeging van aluminium of silica worden de zuurstofatomen gebonden, wat resulteert in een rustigere stolling en gekalmeerd staal [37](#page=37). #### 6.2.3 Passivering van roestvast staal (inox) Roestvast staal (inox) bevat een chroomgehalte van meer dan 10,5%. Het chroom reageert met zuurstof en water om een dunne, dichte, zelfherstellende oxidehuid te vormen (Cr$_4$O$_7$). Deze gepassiveerde laag voorkomt corrosie door zuurstof en water aan te raken [37](#page=37). #### 6.2.4 Metaalveredeling Metaalveredeling omvat het bewerken van ertsen tot een bruikbaar concentraat. Dit proces omvat het scheiden van commercieel waardeloze mineralen (ganggesteenten), het verder opzuiveren van gewonnen metaalverbindingen en hun omzetting in metallische vorm [38](#page=38). * **Fasen:** 1. **Ontginning:** Winning van het erts [39](#page=39). 2. **Verkleining:** Verkleinen van de deeltjesgrootte [39](#page=39). 3. **Afscheiding, opzuivering en opconcentratie:** Concentreren van het metaalrijke deel [39](#page=39). 4. **Thermische behandeling:** Het metaalrijke ertsconcentraat ondergaat behandelingen zoals roosteren en agglomereren [39](#page=39). 5. **Metallurgisch proces:** * **Pyrometallurgie:** Bewerking met hitte [39](#page=39). * **Hydrometallurgie:** Bewerking met behulp van waterige oplossingen [39](#page=39). #### 6.2.5 Scheiden versus Afnemen Zowel scheiden als afnemen verwijzen naar het verwijderen van overbodig materiaal, maar het verschil ligt in de bruikbaarheid van het verwijderde materiaal [39](#page=39). * **Scheiden:** Het verwijderde materiaal is nog bruikbaar (bv. knippen) [39](#page=39). * **Afnemen (verspanen):** Het verwijderde materiaal (spanen) is onbruikbaar. Verspanende activiteiten, zoals boren, behoren tot deze categorie [39](#page=39). #### 6.2.6 Vervormbaarheid van metalen en versterkingstechnieken Metalen zijn relatief makkelijk vervormbaar door de aanwezigheid van dislocaties in hun kristalroosters. Dislocaties zijn kristalfouten die fungeren als afschuifvlakken, waardoor de metaalionen relatief makkelijk kunnen bewegen. De vrije elektronen bewegen mee met de metaalionen, waardoor de metaalbinding behouden blijft tijdens vervorming [39](#page=39) [43](#page=43). * **Versterkingsmethoden om staal minder vervormbaar te maken:** 1. **Vaste-oplossingsharden:** Toevoeging van vreemde atomen met andere afmetingen aan het metaalrooster om een legering te vormen. Deze verontreinigingsatomen vormen barrières voor dislocatiebeweging. Dit kan substitutioneel of interstitioneel gebeuren [36](#page=36) [39](#page=39). 2. **Walsen:** * **Warmwalsen:** Bij hoge temperatuur wordt het kristalrooster gebogen, maar door de hitte vindt dynamische rekristallisatie plaats, waardoor de structuur en eigenschappen grotendeels identiek blijven [36](#page=36) [40](#page=40). * **Koudwalsen:** Bij omgevingstemperatuur worden kristalstructuren op elkaar geduwd zonder rekristallisatie (te weinig energie). Dit verhoogt de dislocatiedichtheid, waardoor dislocatiebeweging wordt beperkt en het metaal versterkt wordt [36](#page=36) [40](#page=40). 3. **Harden en veredelen:** * **Afschrikken/Fasetransformatieharden:** Verhitten gevolgd door snelle afkoeling (afschrikken) sluit extra C-atomen in, wat leidt tot een andere kristalstructuur waarin de C-atomen de beweging bemoeilijken, wat resulteert in harder materiaal. Temperen of ontlaten wordt toegepast om brosheid te verminderen zonder sterkte te verliezen [36](#page=36). * **Precipitatieharden:** Legeringselementen scheiden zich door warmtebehandeling uit tot kleine agglomeraten (precipitaten) die de dislocatiebeweging bemoeilijken [36](#page=36). #### 6.2.7 Legeringen, kneedstaal en gietstaal * **Legering:** Een homogene mengsel van metalen en/of niet-metalen, gevormd door bijvoorbeeld vaste-oplossingsharden [40](#page=40). * **Gietstaal:** Staal dat na het gieten direct de finale vorm krijgt [40](#page=40). * **Kneedstaal:** Staal dat in een tussenvorm wordt gegoten en later verder wordt omgevormd [40](#page=40). #### 6.2.8 Organisatie van de staalindustrie GSV staat voor Groupement de la Sidérurgie, het Staalindustrie Verbond. Deze organisatie vertegenwoordigt de belangen van de Belgische staalindustrie op diverse gebieden zoals handel, klimaat, energie en sociale aangelegenheden. De staalindustrie is een toonaangevende sector en essentieel voor vele andere toepassingen [40](#page=40). ### 6.3 Organisaties in de chemische en metaalindustrie * **Essenscia:** De Belgische organisatie die grote ondernemingen in de chemische industrie vertegenwoordigt. Kern taken omvatten het uitstippelen van het beleid van de sector (inzet op innovatie en duurzaamheid), het verzamelen van economische cijfers voor beleidsafstemming, en het vertegenwoordigen van België [32](#page=32). * **GSV (Groupement de la Sidérurgie):** Vertegenwoordigt de belangen van de Belgische staalindustrie, vergelijkbaar met de functies van Essenscia in de chemische industrie [40](#page=40). --- > **Tip:** Begrijp het verschil tussen de gedragingen van thermoplasten (vervormbaar bij temperatuur) en thermoharders (vormvast na initiële polymerisatie) en wanneer deze technieken (zoals spuitgieten, extrusie, vacuümvormen) worden toegepast. > **Tip:** Let goed op de specifieke eigenschappen die metaalversterking mogelijk maken, zoals dislocaties en hoe verschillende technieken (legering, walsen, harden) de beweging van deze dislocaties beïnvloeden. --- ## 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 | |------|------------| | Brundtlanddefinitie | Een duurzame ontwikkeling is een ontwikkeling die voldoet aan de behoeften van de huidige generaties zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen. Dit omvat de drie pijlers: People, Planet en Profit. | | Ecologische voetafdruk | Een maatstaf die aangeeft hoeveel biologisch productieve grond- en wateroppervlakte nodig is om de consumptie van een individu, product of land te ondersteunen en diens afval te verwerken. Een hogere voetafdruk duidt op een grotere impact op het milieu. | | Earth Overshoot Day | De dag in het jaar waarop de mensheid alle hernieuwbare grondstoffen die de natuur in dat jaar kan voortbrengen, heeft verbruikt. Na deze dag leeft de mensheid op de reserves van de aarde. | | Cradle to cradle principe | Een ontwerpprincipe waarbij producten zo worden ontworpen dat hun afval fungeert als voedsel voor nieuwe producten, waardoor kwaliteitsverlies wordt vermeden (upcycling) en een gesloten kringloopeconomie wordt nagestreefd, in tegenstelling tot het 'cradle to grave' principe. | | Lijn-staf-structuur | Een organisatiestructuur die een hiërarchische indeling combineert met gespecialiseerde stafmedewerkers die adviserende, informerende en coördinerende taken uitvoeren, maar geen directe beslissingsbevoegdheid hebben. | | Fabricagekosten | De kosten die direct verband houden met de productie van een product. Deze worden onderverdeeld in uitvoeringskosten (per product), kosten voor herhaalopdrachten (per fabricageserie), voorbereidingskosten (per totaalserie) en indirecte productiefaciliteitkosten (overhead). | | Overheadkosten | Indirecte kosten die niet direct aan een specifiek product of productieproces kunnen worden toegeschreven, maar noodzakelijk zijn voor het functioneren van het bedrijf. Voorbeelden zijn marketingkosten, huur van gebouwen, en kosten voor personeelszaken en management. | | Productplanning | De fase in productontwikkeling die zich richt op het identificeren van maatschappelijke behoeften, het genereren van ideeën en concepten, en het vaststellen van marktintroductiedata en producteigenschappen. | | Productontwerp | De fase in productontwikkeling waarin ideeën en concepten worden uitgewerkt tot gedetailleerde technische ontwerpen, inclusief technische tekeningen, waarbij rekening wordt gehouden met benodigde technologieën en materialen. | | Biotechnologie | Een technologie die levende organismen, al dan niet genetisch gemodificeerd, gebruikt en bestudeert voor de productie van bio-energie, chemische stoffen en materialen. Er zijn verschillende kleuren (groen, rood, industrieel, blauw) die specifieke toepassingsgebieden aanduiden. | | NACE | Een statistische classificatie van economische activiteiten binnen de Europese Gemeenschap, die gebruikt wordt om economische activiteiten te coderen en te structureren op verschillende niveaus (secties, afdelingen, groepen, klassen). | | Kookpunt | De temperatuur waarbij de dampdruk van een vloeistof gelijk wordt aan de omgevingsdruk, waardoor de vloeistof begint te koken en overgaat in gasvorm. | | Intermoleculaire krachten | Krachten van aantrekking of afstoting die tussen moleculen optreden. Deze krachten, zoals Van der Waals-krachten en waterstofbruggen, beïnvloeden fysische eigenschappen zoals smelt- en kookpunten. | | Intramoleculaire bindingen | Chemische bindingen die atomen binnen een molecuul bij elkaar houden, zoals covalente en ionaire bindingen. Deze zijn veel sterker dan intermoleculaire krachten. | | Waterstofbrug | Een specifieke vorm van dipool-dipoolinteractie die optreedt tussen een waterstofatoom gebonden aan een sterk elektronegatief atoom (zoals zuurstof of stikstof) en een ander sterk elektronegatief atoom in een naburig molecuul. | | Bindingssterkte | De kracht die nodig is om een chemische binding te verbreken. Enkele, dubbele en driedubbele bindingen hebben verschillende bindingssterktes, waarbij meer bindingen een hogere sterkte betekenen. | | Orbitaal | Een driedimensionaal gebied rond de kern van een atoom waarin een elektron met een bepaalde energie zich met een bepaalde waarschijnlijkheid bevindt. | | Van der Waals-krachten | Zwakke intermoleculaire krachten die ontstaan door tijdelijke of geïnduceerde dipolen in moleculen. Ze omvatten dipool-dipoolkrachten, dipool-geïnduceerde dipoolkrachten en geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipoolkrachten (London-krachten). | | Hybridisatie | Het concept waarbij atomaire orbitalen van een atoom, zoals s- en p-orbitalen, combineren om nieuwe, energetisch gelijkwaardige hybride orbitalen te vormen die de geometrie van moleculen beter verklaren. | | Isotopen | Atomen van hetzelfde element die hetzelfde aantal protonen hebben (en dus hetzelfde atoomnummer), maar een verschillend aantal neutronen. Dit resulteert in een verschillend massagetal en dus verschillende fysische eigenschappen, terwijl de chemische eigenschappen grotendeels gelijk blijven. | | Massadefect | Het verschil tussen de gemeten massa van een atoomkern en de som van de massa's van zijn individuele protonen en neutronen. Deze verloren massa wordt omgezet in bindingsenergie volgens Einstein's formule $E=mc^2$. | | Kernsplijting | Een kernreactie waarbij een zware atoomkern, zoals uranium-235, splijt in twee of meer lichtere kernen onder invloed van een neutron, waarbij een grote hoeveelheid energie en extra neutronen vrijkomen. | | Kernfusie | Een kernreactie waarbij twee lichte atoomkernen samensmelten tot een zwaardere kern, waarbij een nog grotere hoeveelheid energie vrijkomt dan bij kernsplijting. Dit vereist extreem hoge temperaturen en drukken. | | Brandstofcel | Een elektrochemisch apparaat dat chemische energie direct omzet in elektrische energie door middel van een continue aanvoer van brandstof en oxidant, zonder tussenkomst van thermische of mechanische processen. | | Fotosynthese | Het proces waarbij planten en andere organismen lichtenergie gebruiken om kooldioxide en water om te zetten in glucose (suiker) en zuurstof. Dit is de basisproductie van biomassa. | | Bio-ethanol | Een biobrandstof die wordt geproduceerd door de fermentatie van suikers uit biomassa. Het wordt beschouwd als CO2-neutraal omdat de CO2 die bij de verbranding vrijkomt, oorspronkelijk is opgenomen tijdens de groei van de biomassa. | | Energieteelten | Gewassen die specifiek worden geteeld voor de productie van energie, zoals bio-ethanol of biogas. Ze worden onderverdeeld in generaties op basis van hun grondstoffen en competitie met voedselproductie. | | Geothermische energie | Energie die wordt opgewekt uit de warmte diep in de aarde. Dit kan zowel voor verwarming (ondiepe systemen) als voor elektriciteitsproductie (diepe systemen) worden gebruikt. | | Synthesegas | Een brandbaar gasmengsel, voornamelijk bestaande uit waterstof ($H_2$) en koolmonoxide ($CO$), geproduceerd door de vergassing van biomassa bij hoge temperaturen. | | Biogas | Een brandbaar gas, voornamelijk bestaande uit methaan ($CH_4$) en kooldioxide ($CO_2$), geproduceerd door de anaerobe afbraak van organisch materiaal door micro-organismen. | | Warmtepomp | Een apparaat dat warmte verplaatst van een lagere temperatuur naar een hogere temperatuur, wat normaal gesproken niet spontaan gebeurt. Dit vereist arbeid en is gebaseerd op thermodynamische principes zoals verdamping en condensatie. | | Fotovoltaïsche cel | Een halfgeleiderapparaat dat zonlicht direct omzet in elektrische energie door middel van het fotovoltaïsche effect. | | Energieflux | De hoeveelheid energie die per tijdseenheid door een eenheid van oppervlakte stroomt, vaak uitgedrukt in Watt per vierkante meter ($W/m^2$). | | Zonneconstante | Het vermogen van de zonnestraling dat per seconde op een vierkante meter aardoppervlak valt wanneer de zon er loodrecht op schijnt, buiten de aardatmosfeer. | | Flotatie | Een scheidingsproces dat gebruik maakt van verschillen in bevochtigbaarheid om deeltjes te scheiden. Hydrofobe deeltjes hechten zich aan luchtbellen en drijven naar de oppervlakte, terwijl hydrofiele deeltjes in de vloeistof achterblijven. | | Absorptie | Een proces waarbij een gas of een stof oplost in een vloeistof (het absorptiemiddel), wat leidt tot gas-vloeistof massatransfer. Dit kan fysiek of chemisch zijn. | | Stripping | Het omgekeerde proces van absorptie, waarbij een opgeloste stof uit een vloeistof wordt verwijderd door contact met een gas, meestal bij verhoogde temperatuur en verlaagde druk. | | Osmose | Het spontane transport van oplosmiddel (meestal water) door een semipermeabel membraan, van een gebied met een lage concentratie opgeloste stof naar een gebied met een hoge concentratie opgeloste stof, om de concentraties te egaliseren. | | Omgekeerde osmose | Een proces waarbij druk wordt uitgeoefend op een oplossing om het oplosmiddel door een semipermeabel membraan te dwingen, van een gebied met een hoge concentratie opgeloste stof naar een gebied met een lage concentratie. Het wordt gebruikt voor zuivering, zoals ontzilting. | | Bezinking (Sedimentatie) | Een scheidingstechniek die berust op het verschil in dichtheid tussen deeltjes en het fluïdum, waarbij zwaardere deeltjes door de zwaartekracht naar de bodem zakken. | | Stroomgoot | Een serie van opeenvolgende bezinkingstanks, vaak van toenemende grootte, die wordt gebruikt voor de geleidelijke scheiding van vaste deeltjes uit een vloeistof op basis van hun grootte en dichtheid. | | Archimedeskracht | De opwaartse kracht die een voorwerp ondervindt wanneer het in een vloeistof of gas wordt ondergedompeld. Deze kracht is gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas. | | Zwaartekracht | De kracht waarmee een object wordt aangetrokken tot het centrum van de aarde. | | Ternair systeem | Een grafische weergave, meestal een driehoek, die de samenstelling van mengsels van drie componenten weergeeft, vaak gebruikt bij vloeistof-vloeistofextractie om de oplosbaarheid en scheidingsresultaten te analyseren. | | Centrifugale kracht | De schijnbare kracht die een object ervaart dat wordt blootgesteld aan een rotatiebeweging, gericht naar buiten, weg van het rotatiecentrum. | | G-waarde | Een maat die aangeeft hoeveel sterker de centrifugale kracht is in vergelijking met de zwaartekracht. Een hogere G-waarde betekent een effectievere scheiding. | | Fractionele destillatie (Rectificatie) | Een scheidingstechniek die de efficiëntie van destillatie verhoogt door herhaaldelijk verdampen en condenseren, waardoor componenten met vergelijkbare kookpunten effectiever gescheiden kunnen worden. | | Kookpuntdiagramma | Een grafische weergave die de samenstelling van een vloeistofmengsel en de bijbehorende damp bij verschillende temperaturen toont, essentieel voor het ontwerpen van destillatiekolommen. | | Fluïdized-bed droger | Een apparaat dat een fluïdisatieprincipe gebruikt om vaste deeltjes te drogen door hete lucht erdoorheen te blazen, waardoor een wervelend bed ontstaat voor efficiënte warmte- en massatransfer. | | Schotelcentrifuge | Een type centrifuge met meerdere schotels die roteren om vaste deeltjes uit vloeistoffen of niet-mengbare vloeistoffen te scheiden met behulp van centrifugale kracht. | | Extrabatterij | Een serie van opeenvolgende extractievaten die in serie zijn geschakeld voor vloeistof-vastextractie, waarbij het solvent in tegenstroom beweegt ten opzichte van het vaste materiaal om de extractie-efficiëntie te maximaliseren. | | Batch destillatie | Een destillatieproces dat in een enkele stap wordt uitgevoerd, waarbij een mengsel wordt verwarmd, de damp wordt gecondenseerd en het distillaat wordt opgevangen zonder terugvloei. | | Ionenuitwisseling | Een proces waarbij ionen selectief uit een vloeistof worden verwijderd door adsorptie aan het oppervlak van een vast materiaal, dat geladen groepen bevat die de ionen aantrekken. | | Extrusieblaasproces | Een vormgevingstechniek voor holle kunststofproducten, waarbij een verwarmde kunststofbuis in een matrijs wordt geblazen met hete lucht om de gewenste vorm te verkrijgen. | | Polymerisatie | Een chemisch proces waarbij kleine moleculen (monomeren) zich herhaaldelijk aan elkaar binden om lange ketens (polymeren) te vormen, de basis voor kunststoffen. | | Vulkanisatie | Een chemisch proces, meestal bij rubber, waarbij cross-links (verbindingen) tussen polymeerketens worden gevormd (vaak met zwavel) om de elasticiteit, sterkte en duurzaamheid te verbeteren. | | Spuitgieten | Een productietechniek voor kunststoffen waarbij gesmolten polymeermateriaal onder hoge druk in een mal wordt gespoten om complexe vormen te creëren. | | Thermoharder | Een kunststof die na polymerisatie permanent is uitgehard en niet opnieuw kan worden vervormd door verhitting. | | Thermoplast | Een kunststof die bij verhitting zacht wordt en kan worden vervormd, en die bij afkoeling weer hard wordt. Dit proces is reversibel. | | Elastomeer | Een polymeer met rubberachtige eigenschappen, gekenmerkt door zijn elasticiteit. Het zijn thermoplasten die vulkanisatie hebben ondergaan. | | Vacuümvormen | Een thermovormingstechniek waarbij een verwarmde kunststofplaat wordt gezogen tegen een matrijs met behulp van onderdruk om de vorm van de matrijs aan te nemen. | | Extrusie | Een continu proces waarbij polymeermateriaal wordt verhit tot een viskeuze toestand en vervolgens onder druk door een matrijs wordt geperst om profielen, buizen, platen of draden te produceren. | | Fijnchemicaliën | Chemische producten die in kleinere hoeveelheden worden geproduceerd dan basischemicaliën, vaak met een hogere zuiverheid en complexere structuur, en die worden gebruikt in gespecialiseerde toepassingen. | | Legering | Een mengsel van metalen of een metaal met een of meer andere elementen, meestal gemaakt om de eigenschappen van het basismetaal te verbeteren. | | Kneedstaal | Staal dat na gieten verder wordt gevormd door middel van technieken zoals walsen, smeden of extrusie. | | Gietstaal | Staal dat in zijn uiteindelijke vorm wordt gegoten en vervolgens stolt. | | Metaalveredeling | Het proces van het bewerken van ertsen om ze te concentreren, zuiveren en om te zetten in bruikbare metallische vormen, waarbij ongewenste mineralen worden gescheiden. | | Afnemen (Verspanen) | Bewerkingstechnieken waarbij materiaal wordt verwijderd in de vorm van spanen, waardoor het product zijn uiteindelijke vorm en afmetingen krijgt. De spanen zijn meestal onbruikbaar afval. | | Scheiden | Een proces waarbij materiaal wordt verwijderd en het verwijderde deel nog bruikbaar kan zijn of een nuttige toepassing heeft. | | Dislocatie | Een lineaire kristaldefect in een metaalrooster, die de beweging van atomen tijdens vervorming vergemakkelijkt en de vervormbaarheid van metalen verklaart. | | Vaste-oplossingsharden | Een methode om metalen te versterken door het toevoegen van vreemde atomen (legeringselementen) aan het metaalrooster, wat de beweging van dislocaties belemmert. | | Walsen | Een vormgevingstechniek waarbij metaal tussen rollen wordt geleid om de dikte te verminderen en de vorm te veranderen. Warmwalsen en koudwalsen hebben verschillende effecten op de metaalstructuur. | | Harden en veredelen | Technieken om de mechanische eigenschappen van metalen te verbeteren, zoals afschrikken (snel afkoelen) en temperen (ontlaten), en precipitatieharden (vorming van kleine deeltjes). | | Ruwijzer | Het product dat uit een hoogoven komt; een legering van ijzer met een hoog koolstofgehalte (4-5%) en andere onzuiverheden, wat het bros maakt. | | Staal | Een legering van ijzer met een gecontroleerd laag koolstofgehalte (meestal 0,06% tot 2%), wat het sterk, hard en vervormbaar maakt. | | Ongekalmeerd staal | Staal dat tijdens het stollingsproces ongewenste gasbellen bevat door onvoldoende verwijdering van opgeloste gassen zoals zuurstof, wat leidt tot heterogeniteiten en een verminderde kwaliteit. | | Gekalmeerd staal | Staal waarbij de opgeloste gassen tijdens het stollen effectief zijn verwijderd, bijvoorbeeld door de toevoeging van aluminium of silica, wat resulteert in een homogeen materiaal. | | Gepassiveerd oppervlak | Een beschermende laag (bijvoorbeeld chroomoxide op roestvast staal) die zich op het metaaloppervlak vormt en corrosie tegengaat, en die zichzelf na beschadiging kan herstellen. | | Roestvast staal (Inox) | Een legering van ijzer met een chroomgehalte van meer dan 10,5%, waardoor het een passief, roestbestendig oppervlak heeft. | | Kernsplijting | De kernreactie waarbij een zware atoomkern splijt in lichtere kernen onder invloed van een neutron, waarbij energie en meer neutronen vrijkomen. | | Kernfusie | De kernreactie waarbij lichte atoomkernen samensmelten tot een zwaardere kern, wat een enorme hoeveelheid energie oplevert en plaatsvindt onder extreem hoge temperaturen en drukken. | | Energetisch vermogen van zonnestraling | De intensiteit van de zonne-energie per oppervlakte-eenheid, gemeten in Watt per vierkante meter ($W/m^2$). | | Energieflux | De hoeveelheid energie die per tijdseenheid en per oppervlakte-eenheid wordt getransporteerd, vaak uitgedrukt in $J/(s \cdot m^2)$ of $W/m^2$. | | Kookpunt | De temperatuur waarbij de dampdruk van een vloeistof gelijk is aan de omgevingsdruk, waardoor de vloeistof overgaat in de gasfase. | | Co-polymerisatie | Een polymerisatieproces waarbij twee of meer verschillende soorten monomeren samen polymeriseren tot een copolymeer. | | Condensatiepolymerisatie | Een polymerisatieproces waarbij monomeren reageren en kleine moleculen (zoals water) als bijproduct vrijkomen, wat leidt tot de vorming van lange polymeerketens. | | Osmose | Het natuurlijke transport van een oplosmiddel (bv. water) door een semipermeabel membraan, van een gebied met een lage concentratie opgeloste stof naar een gebied met een hoge concentratie. | | Omgekeerde osmose | Het proces waarbij, door middel van externe druk, een oplosmiddel door een semipermeabel membraan wordt gedwongen van een gebied met een hoge concentratie opgeloste stof naar een gebied met een lage concentratie. | | Specifiek oppervlak | Het totale oppervlak van een stof per massa-eenheid, uitgedrukt in $m^2/kg$. Een groter specifiek oppervlak verhoogt de reactiviteit en adsorptiecapaciteit. | | Adsorptie | Het proces waarbij moleculen van een gas of vloeistof zich hechten aan het oppervlak van een vaste stof. |