Vraag 33Solar-Jet
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bedenk eerst waar in het proces de energie verloren gaat, bijvoorbeeld bij het zonlicht, de reactor of de gassen.
- Kijk naar figuur 2 en de tekst over de reactor om te zien hoe warmte wordt vastgehouden of weggaat.
- Denk na over wat je met warmte kunt doen die anders verloren zou gaan, en noem twee verschillende maatregelen.
Hier verliezen leerlingen punten
- Geef twee maatregelen die echt het energieverlies verkleinen, en geen maatregelen die de energie juist verminderen.
- Schrijf de maatregel concreet op, zodat duidelijk is wat er met de warmte of het licht gebeurt.
- Noem twee verschillende maatregelen, want twee varianten van hetzelfde idee levert maar één punt op.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Onderzoekers van het Europese onderzoeksproject Solar-Jet zijn erin geslaagd om met behulp van kunstmatig zonlicht koolstofdioxide en water om te zetten tot syngas. Syngas is een mengsel van de gassen CO en H . Vervolgens is het syngas met 2 behulp van een katalysator omgezet tot kerosine. Kerosine is een vliegtuigbrandstof die voornamelijk bestaat uit koolwaterstoffen met 6 tot 16 koolstofatomen.
Het doel van het Solar-Jet-project is het ontwikkelen van een proces waarbij op duurzame wijze vliegtuigbrandstof kan worden gemaakt met behulp van zonlicht. Dit is in figuur 1 schematisch weergegeven. figuur 1 zonlicht O 2 CO 2 H 2 O lucht H O CO syngas syngas reactor kerosine 2 2 CO 2 /H 2 O O 2 CO 2 /H 2 O CO 2 /H 2 O zonlicht syngas gas kerosine ver-invangen opslag concentreren productie opslag productie branding Bij de verbranding van koolwaterstoffen ontstaat koolstofdioxide. De uitstoot van koolstofdioxide heeft een ongewenst effect op het klimaat.
Syngas kan worden geproduceerd door een mengsel van koolstofdioxide en water sterk te verhitten en vervolgens snel af te koelen. De reactie die hierbij verloopt is hieronder weergegeven. Dit is echter geen veilige methode, omdat een gevaarlijk gasmengsel ontstaat. CO (g) + H O (l) → CO (g) + H (g) + O (g) 2 2 2 2
De onderzoekers van het Solar-Jet-project hebben een veilige methode ontwikkeld waarbij het syngas in twee stappen wordt gemaakt met behulp van een speciale reactor. In figuur 2 is een dwarsdoorsnede van deze reactor weergegeven. De reactor is zo ontworpen dat 94% van de lichtenergie wordt geleid naar een reactieruimte die bekleed is met poreus cerium( IV )oxide ( CeO ) . 2 figuur 2 stap 1: De reactiekamer wordt met kunstmatig zonlicht verhit tot 1600 °C. Hierdoor treedt een redoxreactie op, waarbij een deel van de cerium( IV )ionen wordt omgezet tot cerium( III )ionen en een deel van de oxide-ionen tot zuurstofmoleculen. Deze reactie is endotherm en kan worden weergegeven met de vergelijking: 4 CeO → 2 Ce O + O (reactie 1) 2 2 3 2 De vrijgekomen zuurstof wordt met argon uit de reactor verdreven. stap 2: De reactor wordt gekoeld tot 900°C en gevuld met een mengsel van koolstofdioxide en water. Dit mengsel reageert exotherm met cerium( III )oxide ( Ce O ) tot syngas en cerium( IV )oxide ( CeO ). Het 2 3 2 syngas wordt afgetapt, waarna stap 1 weer kan plaatsvinden.
Door het Solar-Jet-proces wordt lichtenergie opgeslagen als chemische energie in de vorm van syngas. Dit proces is in figuur 3 schematisch in één energiediagram weergegeven. figuur 3 energie geactiveerde toestand geactiveerde toestand reactieproducten van stap 1 reactieproducten van stap 2 beginstoffen stap 1 stap 2 Uit figuur 3 blijkt dat het energieniveau van de stoffen na stap 2 tussen het energieniveau van de stoffen na stap 1, en het energieniveau van de beginstoffen in ligt.
De onderzoekers hebben verschillende soorten poreus cerium( IV )oxide getest. Een bepaalde soort cerium( IV )oxide (soort X) is zowel poreus op millimeterschaal (figuur 4a) als op micrometerschaal (de uitsnede in figuur 4b). Een andere soort cerium( IV )oxide (soort Y ) is alleen poreus op millimeterschaal. figuur 4 4a 4b Wanneer soort X wordt gebruikt, is de reactiesnelheid tijdens stap 2 veel hoger dan wanneer soort Y wordt gebruikt.
De onderzoekers hebben berekend dat bij hun onderzoek slechts 1,7% van de zonne-energie is vastgelegd in de chemische energie van syngas. Dit lijkt erg weinig, maar de onderzoekers beweren dat de opbrengst van het Solar-Jet-proces verhoogd kan worden door terugdringen van het energieverlies.
Geef twee maatregelen die het energieverlies in het Solar-Jet-proces kunnen beperken.