Vraag 24Ammoniak en energie uit afvalwater

Wereldwijd wordt jaarlijks ongeveer 1,0·10 8 ton ammoniak ( NH ) 3 geproduceerd om stikstofrijke verbindingen te maken voor kunstmest. In fabrieken wordt hiervoor aardgas gebruikt als energiebron en als bron van waterstofatomen. Het totaalproces kan worden gezien als een reactie van methaan met zuurstof, water en stikstof. Als reactieproducten ontstaan koolstofdioxide en ammoniak. In het proces wordt gemiddeld een mol methaan ingevoerd per mol N . Het water wordt als vloeistof in het proces ingevoerd. 2

De kunstmest levert de stikstofverbindingen die noodzakelijk zijn voor een goede groei van gewassen.

In een Nederlandse onderzoeksgroep is onderzocht of het mogelijk is om ammoniak uit urine te winnen met een brandstofcel. In verse urine is de meeste stikstof gebonden als ureum. Wanneer urine in afvalwater terechtkomt, wordt het ureum door micro-organismen gehydrolyseerd tot ammoniak en koolzuur ( H CO ). In het onderzoek is urine gemengd met 2 3 afvalwater. Bij de gebruikte pH van het mengsel is het uit ureum + gevormde ammoniak volledig omgezet tot NH . 4 In figuur 1 is de gebruikte brandstofcel schematisch weergegeven. figuur 1 NH 3 (g) lucht O 2 lucht en NH 3 _ dun laagje water OH op de elektrode positieve membraan elektrode (poreus) NH + positieve 4 ionen urine afvalwater uitstroom lamp _ _ biofilm CH 3 COO HCO 3 negatieve elektrode De negatieve elektrode is bedekt met een dunne laag micro-organismen (biofilm) die organische verbindingen afbreken. De elektronen die hierbij vrijkomen gaan via een externe stroomkring naar de positieve elektrode. Aan de positieve elektrode verloopt de onderstaande halfreactie: O + 2 H O + 4 e – → 4 OH – 2 2 In afvalwater zijn onder andere ethanoaat-ionen aanwezig.

Geef aan de hand van figuur 1 de vergelijking voor de halfreactie van ethanoaat aan de negatieve elektrode van de brandstofcel.