Ivonne va n Ut recht LTO43 2016 -2017
HA ND -O UT DUU RZAA M
Wat gaan we doen deze periode:
Lesstof voor toets 10.2
* Duurzaam.
* Ecologische voetafdruk.
* Biobased economy.
* MOOC materiaal.
Scalda
BIO-ENERGIE
VIDEO-LEZINGEN
https://www.youtube.com/embed/BJ-gRnxC424?rel=0&showinfo=0 deel 2 is geen video beschikbaar.
https://www.youtube.com/embed/wpkq-SoD1OU?rel=0&showinfo=0
UITWERKING VIDEO-LEZINGEN
Scene 1 Wat is energie?
Sinds het begin van ons bestaan gebruiken we verschillende vormen van energie om ons leven makkelijker te maken, zoals vuur, waterkracht, benzine of
steenkool. Maar wat is energie? Energie is nodig voor mobiliteit. Ons menselijk lichaam heeft energie nodig om ons hart, armen en benen te bewegen. Wij willen onze huizen verwarmen. Wij willen auto's rijden, in vliegtuigen vliegen en de fabrieken laten draaien. Voor al deze activiteiten hebben we energie nodig. Uit fossiele bron, nucleaire bron of biobased bron. Energie wordt gemeten in Joule of calorieën. 1 calorie is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 gram water 1 graad Celsius te verwarmen.
Om dit aan te tonen kunnen we kijken naar een pot pindakaas. Voor sommige mensen is pindakaas een mooi product om op de boterham te smeren of saté saus mee te maken. Maar holistisch gezien is het energie voor menselijke activiteit. De energie‐inhoud van pinda's kan ons lichaam laten bewegen. In feite kunnen we berekenen hoeveel trappen je op een pot pindakaas kunt lopen. Of hoeveel kilometer je er mee kan fietsen. We kunnen ook berekenen hoeveel kilometer een auto kan rijden op de energie‐inhoud van die pot. We moeten ons realiseren dat pindakaas wordt gemaakt van pinda's, die groeien aan bomen, welke weer groeien op de energie van de zon. In feite zijn alle bio‐energieën op de zon gebaseerd. Pindakaas is slechts een voorbeeld, je kunt deze berekeningen maken op alle soorten gewassen.
Scène 2 Gebruik van energie.
Sinds de uitvinding van de stoommachine gebruiken we vooral niet hernieuwbare energiebronnen zoals kolen, gas, olie en kernenergie. Zoals u weet
leveren deze energiebronnen een belangrijke bijdrage aan de
klimaatveranderingen die we waarnemen op onze planeet. Bovendien raken deze energiebronnen op. Hierdoor moeten we overschakelen naar meer duurzame energiebronnen.
Scène 3 Wat is biobased energie?
De meest bekende duurzame energiebronnen zijn windenergie, zonne‐energie, waterkracht en geothermische energie. Dit zijn echter niet de energiebronnen waar we ons op richten in deze videoles. We richten ons op biobased energie.
Biobased energie is de omzetting van biomassa naar bio‐energiedragers, zoals bio‐methaan, bio‐methanol, biodiesel en bio‐kolen. Dit is niets nieuws natuurlijk.
Koken op hout en de verwarming van je huis met een open haard op hout kan beschouwd worden als biobased energie.
Scène 4 Biobased energie in biobased keten
Omzetting van biomassa naar bio‐energie is de basis van de biobased piramide omdat het meestal gaat om de productie van grote hoeveelheden tegen een relatief lage prijs. Het is gunstig dat biomassa residuen gebruikt worden die achterblijven na een hoogwaardige benutting in de biobased piramide. Een duidelijk voorbeeld zijn suikerbieten. We maken gebruik van de totale oogst voor de productie van suiker als voedingsmiddel, bietenpulp als diervoeder en melasse als fermentatie producten. Het overblijvende plantmateriaal gebruiken we dan voor bio‐energieproductie. Dit principe van afdalen in de biobased pyramide heet 'total crop utility'.
Een andere aanpak is dat we ons zouden moeten richten op biomassa die nog niet wordt gebruikt in de biobased economy. Een voorbeeld is bermgras.
Natuurlijk is dit energie. Maar misschien is het verstandig eerst waardevolle bestandsdelen uit het bermgras te halen zoals vezels die kunnen worden gebruikt om biopolymeren of lijm te produceren. Het residu kan worden gebruikt voor bio‐energieproductie. Een ander voorbeeld is biologische huishoudelijk afval. Dit wordt momenteel slechts gedeeltelijk op de meest positieve manier hergebruikt.
Scène 5
In deze video richten we ons op drie aspecten van de omzetting van biomassa naar bio-energie. Allereerst kijken we naar de verschillende vormen van biomassa die gebruikt kunnen worden voor de productie van bio-energie. Vervolgens gaan we dieper in op de verschillende technieken voor de omzetting van biomassa.
Scène 6 Vormen van biomassa
Om bio-energie te produceren kunnen we verschillende vormen van biomassa gebruiken. De meest gebruikte vormen van biomassa zijn de bosbouw- en landbouwgewassen en -residuen. Minder bekend zijn zuiveringsslib, industrieel afval, dierlijke mest en huishoudelijk afval. De verschillende soorten biomassa hebben verschillende eigenschappen zoals vochtgehalte, deeltjesgrootte en samenstelling. Samenstelling verwijst naar de hoeveelheid cellulose, hemicellulose en lignine. Afhankelijk van de verhouding van deze stoffen in de biomassa is het meer of minder gemakkelijk biologisch afbreekbaar. Zuiveringsslib en dierlijke resten zijn zeer natte biomassa bronnen, die veel water bevatten. Als gevolg daarvan hebben deze een lage specifieke energiedichtheid. Om energie te
produceren uit deze natte stromen is meestal een voorbereidingsproces nodig, zoals actief of passief drogen. Bosbouw- en landbouwgewassen en residuen zijn minder nat, maar moeten vaak verkleind worden voor een efficiënte productie van energie. Dit kan door snijden, chippen,
versnippering of pelletiseren. Het vochtgehalte en de grootte van huishoudelijk afval en industriële residuen varieert sterk. Voor deze
biomassastromen wordt de behoefte aan pre-processing per geval bekeken.
Scène 7 processen voor omzetting van biomassa naar bio-energie
Wanneer we kijken naar de verschillende technieken om biomassa om te zetten in bio-energie kunnen we vier verschillende conversie processen onderscheiden: Mechanische, chemische, biochemische en
thermochemische conversie. Voor elk van deze processen zullen we de technieken, de toe- en uitvoer, efficiëntie en praktische beschikbaarheid bespreken.
Scène 8 Mechanische conversie
De meest gebruikte techniek voor de mechanische omzetting van
biomassa in bio-energie is persen. Persen kan worden gebruikt om olie te winnen uit olierijke gewassen zoals koolzaad en zonnebloemen. De
gewonnen olie kan worden omgezet in biodiesel of biobrandstof door een reeks chemische omzettingsstappen. De productie van biodiesel en biobrandstoffen uit olierijke gewassen is een eenvoudige en bewezen techniek die wereldwijd wordt toegepast. De efficiëntie van persen is afhankelijk van het oliegehalte in de biomassa.
Scène 9 Chemische omzetting
Bij chemische omzetting, wordt biomassa zoals hout of stro gescheiden in verschillende monomeren en polymeren met behulp van hydrolyse en extractie. Deze monomeren en polymeren kunnen worden gebruikt als grondstoffen voor voedingsmiddelen en chemische industrie, maar ook voor de productie van bio-ethanol middels fermentatie. Thema 4, welke richt zich op biopolymeren en biocomposieten, zal meer in detail in gaan op monomeren en polymeren. De productie van bio-ethanol, zoals de productie van biodiesel, is een bewezen techniek die in veel landen wordt gebruikt voor het produceren van biobrandstoffen. Zo is het beleid in Brazilië om 25 procent van de transportbrandstoffen uit suikerriet te produceren.
Scène 10 Biochemische conversie
Het derde proces om biomassa om te zetten in bio-energie is biochemische conversie. Biochemische conversie wordt ook wel fermentatie genoemd. Fermentatie is een anaëroob microbiologisch conversieproces dat bio-methaan of klassieke bio-ethanol produceert. In de eerste fase van microbiële omzetting, worden organische complexe organische moleculen afgebroken tot eenvoudige suikers, aminozuren en vetzuren. Deze fase is bekend als de hydrolysestap. In de volgende fase, de verzuringsfase, zetten acidogene bacteriën de hydrolyse fase
producten om in eenvoudigere moleculen en vluchtige vetzuren.
Deze eenvoudigere moleculen en vluchtige vetzuren kunnen worden omgezet in bio-methaan door methanogenen in de Methanogenese-fase.
Als methanogenese wordt geremd, dan wordende eenvoudigere
moleculen en vluchtige vetzuren door acidogene bacteriën omgezet naar bio-ethanol. Fermentatie is toepasbaar voor natte biomassa. Het is een bewezen technologie die wereldwijd wordt gebruikt. De efficiëntie van fermentatie kan oplopen tot 90%.
Scène 11 thermochemische conversie
De laatste biomassa conversietechnologie is thermochemische conversie.
We kunnen vier belangrijke technieken onderscheiden: verbranding, torrefactie, pyrolyse en vergassing. Verbranding betekent het toevoegen van zuurstof om de chemische energie-inhoud uit de biomassa te
bevrijden. Verbranding produceert warmte. Auto rijden is hier een goed voorbeeld van. Een vrij nieuw thermochemisch proces is torrefactie.
Torrefactie wordt uitgevoerd onder atmosferische druk en in afwezigheid van zuurstof, bij temperaturen tussen 200 en 300 °C. Torrefactie levert met name (houts)kool en gassen op. Vloeistoffen worden niet gevormd.
Pyrolyse is een techniek die vergelijkbaar is met torrefactie maar bij hogere temperaturen plaatsvindt. De producten zijn (houts)kool, olie en gassen. We kunnen langzame en snelle pyrolyse onderscheiden, de belangrijkste verschillen zijn de procestemperatuur en de verhouding tussen de gevormde producten. De vierde thermochemische conversie techniek is vergassing. Vergassing is een proces waarbij organische stoffen worden omgezet in koolmonoxide, waterstof en kooldioxide. Dit wordt bereikt bij hoge temperaturen met een gecontroleerde hoeveelheid zuurstof zodat er geen verbranding optreedt. Het resulterende
gasmengsel wordt syngas genoemd. Syngas is een brandstof. De volgende tabel toont de input, de efficiëntie en de praktische beschikbaarheid van de verschillende thermochemische conversie technieken. Zoals je kunt zien zijn de meeste technieken van toepassing voor alle soorten biomassa, behalve voor zuiveringsslib en zeer natte biomassa. Vergassing kan worden gebruikt voor alle soorten biomassa.
Zowel verbranding en vergassing zijn bewezen en alom gebruikte technieken. De andere technieken zijn nog in een pilot-fase. Zoals je kunt zien kunnen de hoogste rendementen bereikt worden met langzame pyrolyse en torrefactie. Verbranding en vergassing hebben de laagste rendementen.
Scène 12 Uitdagingen voor bio‐energie
In deze videoles (?) willen we graag de uitdagingen van bio‐energie bespreken.
Omzetting van biomassa naar bio‐energie kan een haalbaar alternatief voor niet hernieuwbare
energiebronnen zoals olie, gas en kolen zijn. Er zijn echter nog enkele
problemen te overwinnen. Deze uitdagingen betreffen de discussie 'energie vs voedsel', de kosten voor energieproductie, het opschalen van nieuwe technieken en de juridische aspecten.
Kijkend naar de discussie energie versus voedsel, wordt uiteraard onze
basisbehoefte voedsel belangrijker geacht dan energie, met name als het energie voor transport betreft. Er is honger in de wereld, en het is niet aanvaardbaar dat in sommige delen van de wereld mensen hongerlijden, terwijl tegelijkertijd biomassa wordt geëxporteerd voor transportbrandstoffen in rijke landen. Dit onderwerp vraagt om een zeer kritische benadering.
Ten eerste is het zo dat er veel biomassa wordt gebruikt voor de productie van hygiëne producten, zoals zeep uit palmolie. Als brandstof uit biomassa ter discussie
staat, waarom dan niet zepen uit biomassa?
Ten tweede de supply chain aspecten; natte biomassa kan bijvoorbeeld niet over grote afstanden worden vervoerd. Dus de belangrijkste manier om de ‘voedsel vs energie’ discussies aan te pakken is het produceren en beschikbaar maken van voedsel in de regio, in ieder geval voor de grondstoffen eiwit, zetmeel en vet. In feite is dit agro‐beleid. Als er overschotten bestaan, of biomassa die nooit kan worden gebruikt als levensmiddel of diervoeder, moet deze biomassa omgezet worden naar energie.
De tweede uitdaging voor biobased energie zijn de energie kosten om biobased energie te produceren. De 'well to wheel' berekeningen. Zoals eerder vermeld, het transport van biomassa is een belangrijk aspect, naast het oogsten en de
verwerking. Dus is het verstandig om te berekenen hoeveel energie (in mega joule) wordt verbruikt in de totale supply chain om 1 mega joule energie te verkrijgen voor gebruik bij de consument.
Zo wordt bijvoorbeeld bio‐ethanol geproduceerd uit graan. Het produceren en transporteren van graan kost energie, maar ook de behandeling en verdamping kost veel energie. Heel vaak wordt steenkool gebruikt voor dit proces, dus de impact van energie moet worden meegenomen. Een ander voorbeeld is het verbranden van natte biomassa. Natuurlijk kan dit energie opleveren, maar de meeste energie gaat verloren tijdens de verdamping. Dan bereken je dus de netto opbrengst van energie per eenheid van chemische energie die ingevoerd wordt.
Een derde uitdaging voor biobased energie is de opschaling van nieuwe technieken.
We hebben allemaal slimme ideeën en we proberen ze testen in het lab of op pilot schaal. Om het uit te voeren op ware schaal is risicovol zowel technisch als
financieel. Bovendien zijn sommige technieken alleen rendabel bij een bepaalde schaalgrootte. De productie van bio‐LNG uit biogas heeft bijvoorbeeld een methaanproductie van tenminste 500m3 per uur nodig.
De laatste uitdaging voor biobased energie toepassingen zijn juridische aspecten.
Soms heb je biomassa die niet gebruikt wordt op een duurzame manier, bijvoorbeeld aerobe compostering. Het kost veel beluchting en energie voor transport om de chemische energie inhoud te vernietigen, maar het is een vrij goedkoop, goed ingeburgerd, en in de wetgeving goed geaccepteerde technologie.
Kunnen we een dergelijk proces in een gunstiger of duurzaam proces veranderen?
Ja dit kunnen wij, maar het vraagt om goede verzameling en specificatie van biomaterialen. Daarnaast moet het digestaat aanvaard worden als meststof.
Laatste voorbeeld: Speciale conversie methodes van biomassa zijn voor vele jaren geblokkeerd als gevolg van subsidieperiodes, sommigen voor meer dan 10 jaar.
Wijzigingen binnen zo'n periode zijn niet vaak welkom.
Outro Wrap up
Dus wat hebben we geleerd in deze les? Allereerst hebben we besproken wat energie is en wat wordt beschouwd als bio‐energie. Gevolgd door de verschillende vormen en kenmerken van biomassa. Deze informatie is belangrijk om te bepalen welke technieken haalbaar zijn om bio‐energie uit biomassa te produceren. De beschikbare technieken voor bio‐energie productie werden toegelicht in het laatste deel van deze les; alsook de uitdagingen voor bio‐energie.
BEDRIJFSVIDEO
https://www.youtube.com/embed/5cqd388IP5A?rel=0&showinfo=0
QUIZ
Wat is de definitie van 1 calorie?
A. De hoeveelheid energie die nodig is om 1 gram water te laten koken.
B. Hoeveelheid energie die nodig om 1 gram water 1 graad Celsius op te warmen C. Hoeveelheid energie die is opgedaan met het verteren van 1 gram pindakaas.
D. Het werk dat wordt gedaan wanneer een kilo gewicht wordt verplaatst met één meter per seconde.
Welk parameter heeft geen invloed op de biologische afbreekbaarheid van biomassa?
A. Vochtgehalte.
B. Deeltjesgrootte.
C. Samenstelling.
D. Gewicht.
Welke conversie technologie kan resulteren in houtskool?
A. Fermentatie B. Verbranding.
C. Pyrolyse.
D. Vergassing.
Welke techniek heeft het hoogste rendement (onder optimale omstandigheden)?
A. Fermentatie.
B. Verbranding.
C. Pyrolyse D. Vergassing.
Wat is het belangrijkste bestanddeel van biogas?
A. Methaan.
B. Ethaan.
C. Koolstofdioxide.
D. Waterstofsulfide.
Welke techniek wordt in Brazilië gebruikt om biobrandstoffen te produceren?
A. Mechanische conversie.
B. Chemische omzetting.
C. Biochemische conversie.
D. Bio thermale conversie.
Welk type biomassa is NIET geschikt voor snelle pyrolyse?
A. Bosbouwgewassen en residuen.
B. Organisch afval van huishoudens.
C. Riooldrek.
D. Tuinafval.
BIO-POLYMEREN
VIDEO-LEZINGEN
https://www.youtube.com/embed/YmXih7VVGuU?rel=0&showinfo=0 https://www.youtube.com/embed/Zr5curTuuXc?rel=0&showinfo=0
UITWERKING VIDEO-LEZINGEN
In onze alledaagse wereld gebruiken we veel plastic producten. Zoals plastic bekers, schermen voor je mobile, voedselverpakkingen, elektronische apparaten zoals TV's, computers, en zelfs auto‐interieurs.
Misschien heb je nooit beseft dat 'n simpel product als dit veel problemen kan veroorzaken.
Als je bijvoorbeeld naar 'n festival gaat dan drink je uit een plastic bekertje. Je gebruikt de beker maar eventjes en dan wordt het weggegooid. Het is een raar gegeven dat we sterke producten maken die we maar 'n korte tijd gebruiken. En deze producten vervuilen 't milieu gedurende decennia of zelfs eeuwen. Erger nog: veel afval zal in de oceaan gedumpt
worden. Op de plekken waar oceaan stromen samenkomen worden plastic eilanden
aangetroffen. Die noemen we: de plastic soep. Dit beschadigt niet alleen 't milieu, maar ook al het leven in zee.
We kunnen dit probleem overwinnen door slim na te denken. Kunnen we producten maken die we maar een paar minuten gebruiken en dan in rap tempo afgebroken worden?
Biopolymeren zouden 't antwoord kunnen zijn.
Neem deze twee flessen. Zie je een verschil? Misschien niet. Maar één van die flessen bestaat deels uit biobased materialen. Het plastic is gelijk in beide flessen, alleen de
grondstoffen verschillen. Je kunt eigenlijk wel stellen dat deze fles een plant is. Maar is dit 'n oplossing voor 't probleem van de plastic soep? Dus we zien dat dit product CO2‐ neutraal is en dat is een goed begin. Maar 't is niet biologisch afbreekbaar. Dus misschien vervuilen we alleen maar meer en meer?
We moeten ook nadenken over het belang van recyclen. Realiseer jij je dat veel
polycarbonaten in cd's en dvd's worden gebruikt? Er zijn zoveel cd's en dvd's in de wereld dat als je ze achter elkaar zou zetten, je tot de maan komt. Misschien moeten we biobased producten overwegen.
Die zijn makkelijker te recyclen of, indien mogelijk overweeg biologisch afbreekbare producten.
Slim denken? We kunnen 't afvalmateriaal van planten gebruiken. Bijvoorbeeld ’n tomatenplant voor de productie van biobased bouwstenen. Kunnen we 'n bioplastic
produceren van de niet eetbare delen van de tomatenplant? Eerst versnipperen we de stam en bladeren tot een pulp.
We kunnen de cellulose in de pulp tot glucose converteren of we kunnen de suikers direct tot melkzuur converteren. Gevolgd door synthese van de bioplastic, dit heet polymelkzuur dat we kunnen gebruiken voor de productie van plastic folie voor het verpakken van de tomaten.
Dit proces is complexer dan we zojuist hebben gevisualiseerd. Is 't mogelijk om 'n verpakking van de tomatenplant te produceren dat je kunt gebruiken om de tomaten zelf mee in te pakken? In de laatste video presenteer ik mijn persoonlijke visie hierop. Ik hoop dat jullie dan al 'n eigen oplossing voor deze uitdaging hebben.
Welkom in de wereld van biopolymeren!
Deze video is een korte introductie in de wereld van de polymeren en hun eigenschappen.
We kunnen polymeren grof verdelen in natuurlijke polymeren zoals de eiwitten in vlees en DNA.
En de synthetische polymeren die we plastics noemen en die we ook in ons dagelijkse leven tegenkomen. Voordat we ons kunnen richten op biobased polymeren moeten we iets meer van hun eigenschappen weten.
Eerst staan we stil bij de synthetische polymeren. We verdelen de synthetische polymeren in: thermoplasten, thermoharders en elastomeren. Over 't algemeen hebben polymeren geen kookpunt en kunnen niet verdampen door hun extreem hoge moleculaire gewicht. Dit geeft polymeren hun bijzondere eigenschappen. Het thermoplast kun je smelten, het kan heel flexibel zijn. Op de moleculaire schaal zien we lange ketens moleculen. Daarentegen zijn de ketens van thermoharders ook verbonden met elkaar om een raster te vormen. Daarom zijn ze niet te smelten en zijn ze brozer. De elastomeren zijn vergelijkbaar met
thermoharders. Maar ze hebben weinig verbindingen onderling. Daarom zijn ze erg rekbaar.
Bij de natuurlijke polymeren
zien we meer complexe structuren. Hout bevat bijvoorbeeld lignine, hieraan ontlenen bomen en planten hun kracht. Het is een van de meest voorkomende polymeren op aarde.
De Polysachariden zoals cellulose, zetmeel en suikers zijn ook interessant. Kijk eens naar dit kleine watermolecuul. Een polymeer is daarentegen 'n hele grote molecuul. Eén eenheid polymeer is 'n monomeer en is de bouwsteen van de polymeer. Soms is een polymeer een keten van meer dan 30.000 monomeren. Dus één polymeer molecuul kan wel 50.000 keer zwaarder zijn dan een enkele watermolecuul. Als we alle monomeren in een keten
verbinden noemen we dit proces polymerisatie. Het product noemen we 'n polymeer. Dit kun je visualiseren als een lange keten paperclips. In 't geval van laag moleculaire stoffen moet je de moleculen als kleine knikkers voorstellen. Als ze geroerd worden, is de weerstand van de knikkers gering. Maar ketens van polymeren moet men zich voorstellen als slierten spaghetti. Als je ze roert, reageren ze als één massa met veel weerstand. Dus de
eigenschappen van polymeren zijn anders dan die van laag moleculaire verbindingen.
Laten we dat even bekijken. We nemen bijvoorbeeld twee verschillende polymeren:
polystyreen en polymelkzuur. Als je koud water aan de polymere bekers toevoegt gebeurt er niets met de vorm van de beker. De staat van de polymeren heet de staat van glasovergang.
Maar als kokend water aan dezelfde bekers wordt toegevoegd zal de beker van polymelkzuur vervormen.
De vervormde staat noemen we de rubberachtige staat. Die is nog steeds vast, in tegenstelling tot wat je denkt. De drempelwaardetemperatuur voor de transitie naar de rubberachtige staat noemen we de glastemperatuur. Voor polystyreen is deze temperatuur 105 graden Celsius. Voor polymelkzuur is deze temperatuur 50 graden Celsius. Monomeren kunnen we aan ruwe olie ontlenen en tot plastics polymizeren.
Waarom doen we niet hetzelfde met biobased monomeren? Dit zou CO2‐neutraal moeten zijn of nog beter de koolstofvoetafdruk van deze producten moet lager zijn. We noemen deze monomeren of moleculen: BioBased Bouwstenen. Bijvoorbeeld: uit ruwe olie kunnen we polyetheen synthetiseren voor de productie van plastics. We kunnen ook etheen onttrekken aan polysachariden via bio‐ethanol voordat we 't tot polyetheen converteren.
Het is hetzelfde product, maar de herkomst verschilt.
Een ander voorbeeld is de synthese van polymelkzuur. Cellulose kan door enzymen worden geconverteerd tot glucose. Vervolgens wordt glucose tot melkzuur gefermenteerd. En via een dilactoon kunnen we polymelkzuur synthetiseren. Dit is vreemd eigenlijk. Als we de cellulose polymeer ketens afbreken converteren we 't naar melkzuur. En bouwen we 'n nieuwe polymeer op die van biomassa afkomstig is. Waarom worden de meeste producten van non‐biobased polymeren gemaakt? Bijvoorbeeld, de meeste biobased polymeren kunnen economisch gezien
niet concurreren met polymeren op oliebasis met vergelijkbare toepassingen.
Die eigenschappen zijn niet altijd wenselijk. Denk aan 't beker experiment. Op deze economische en eigenschap‐ gerelateerde problemen zou het antwoord een composiet kunnen zijn. Een composiet is op de natuur geïnspireerd. In dit geval wordt cellulose opgebouwd uit glucosemoleculen. De celluloseketens van vezels en deze vezels in
combinatie met andere componenten maken 'n raster om de stevige celwand van 'n plant te verstevigen.
Bij productontwerp kunnen we hetzelfde concept gebruiken. We kunnen de plantenvezels in combinatie met polymeren gebruiken... om 'n biocomposiet materiaal te vormen voor de productie van nieuwe producten. Bijvoorbeeld: als we 'n combinatie van grasvezels maken en synthetische biobased polymeren zullen de vezels het sterker maken, en de matrix in de vorm van 'n biobased polymeer op synthetische basis, draagt de vezels. We maken de composieten om de eigenschappen van 't polymeerproduct te optimaliseren. Maar we vergroten ook de waarde van het product.
Als de vezels goedkoop genoeg zijn kan de polymeer economisch concurreren met
producten op oliebasis. En de eigenschappen van het product zijn dan ook verbeterd. Wat gebeurt er met het product nadat het weggegooid is?
Om dit te beantwoorden moeten we iets over afbreekbaarheid weten. Polymeren onttrokken aan biomassa kunnen afbreekbaar zijn maar 't probleem is dat de meeste mensen sterke producten... met 'n lange levensduur prefereren. Niet‐afbreekbare
polymeren op basis van biomassa zijn ook nodig. De meeste polymeren op basis van fossiele grondstoffen zijn niet afbreekbaar, maar sommige wel.
Vergis je niet, biologisch afbreekbaar is niet hetzelfde als biobased. De meeste mensen begrijpen afbreekbaarheid niet helemaal. Als een polymeer afbreekt kan het nog steeds 'n polymeer zijn, maar met 'n lager moleculair gewicht. Nadat 't een monomeer is geworden, kunnen we 't afbreken tot CO2 en H2O. Dit laatste is meer een vorm van composteren. Als we BioBased polymeren ontwikkelen moeten we stilstaan bij de verdere levensloop van 't product.
Waarom zouden we 't tot CO2 en H2O afbreken? Misschien kunnen we de polymeren
monomeriseren in plaats van ze te laten afbreken? Misschien kunnen we ze recyclen? Of een combinatie van de verschillende opties. De ideale versie van alle voorgestelde ideeën
kunnen gecombineerd worden in de volgende cyclus.
We beginnen met de bestaande polymeerproducten die we willen recyclen. Een deel wordt gemonomeriseerd of afgebroken tot CO2 of H2 omdat het niet geschikt is om te recyclen.
We kunnen dit nogmaals doen met tweede en derde orde producten maar het deel dat geschikt is om te recyclen wordt steeds minder. De CO2 en de compost worden gebruikt voor het groeien van grondstoffen. En monomeren worden gebruikt voor nieuwe
polymerisaties. Als deze cyclus doorlopen is neemt het deel met de biobased polymeren toe en de hoeveelheid polymeren op oliebasis neemt af.
BEDRIJFSVIDEO
Rodenburg Biopolymers: https://www.youtube.com/embed/fCKxvKazn-g?rel=0&showinfo=0 Corbion: https://www.youtube.com/embed/wpIv3sMBVyI?rel=0&showinfo=0
OPEN VRAGEN Vraag 1:
Noteer in je eigen woorden wat een monomeer en een polymeer is.
Vraag 2:
Maak een overzicht van de algemene eigenschappen van polymeren.
Vraag 3:
We nemen twee olie gebaseerde polymeren: polyethyleen en polystyreen. En we nemen twee biopolymeren : polymelkzuur zuur en TERMOPLASTIC zetmeel. Wat zijn de
belangrijkste eigenschappen van deze polymeren en hoe worden ze gebruikt in de industrieën. (Misschien moet je zoeken naar bijkomende informatie op het internet).
Vraag 4:
Noteer wat het verschil is tussen de biologische afbreekbaarheid en biobased.
Vraag 5:
Waarom is het belangrijk om biocomposieten te overwegen?
Vraag 6:
Bedenk hoe een biocomposite kan worden gebruikt in de verpakking industrie?
QUIZ
Wat is een biocomposite?
A. Een mengsel van twee of meer biopolymeren.
B. Een mengsel van ten minste één type vezels en een type biopolymeer.
C. Een mengsel van twee soorten vezels en ten minste één type biopolymeer
D. Een mengsel van een biopolymeer met een hoge Tg eb een vezel met een lage Tg
Aardappelen kunnen een goede bron voor de productie van zijn polymelkzuur zuur. Hoe zou u het proces van de productie van dit polymeer beschrijven?
A. Aardappelen suikers bevatten, die direct kunnen worden gepolymeriseerd om een polymelkzuur zuur.
B. Het zetmeel uit aardappelen wordt opgevangen en wordt gesmolten in pellets, omdat zetmeel is al een biopolymeer . Wanneer de pellets worden blootgesteld aan zuurstof, wordt het zetmeel geoxideerd tot melkzuur.
C. Het zetmeel wordt omgezet in suikers en kan worden gefermenteerd tot melkzuur, gevolgd door polymerisatie.
D. Het zetmeel wordt direct omgezet in melkzuur gevolgd door polymerisatie.
Wat zou na 20 jaar nog steeds op een stortplaats aanwezig zijn, een biopolymeer en/of een traditioneel plastic?
A. Geen, worden beide afgebroken omdat polymeren zijn vrij eenvoudig over grote tijdsperioden vernietigen.
B. Het biopolymeer , omdat een biopolymeer is biologisch afbreekbaar.
C. De traditionele plastic, omdat we niet genoeg weten nog van het gedrag van de nieuwe generatie van biopolymeren .
D. Je weet het niet. Omdat zowel de biopolymeren en traditionele polymeren afbreekbare en niet-afbreekbaar zijn.
Wat is de glasovergangstemperatuur van een polymeer?
A. Het is de temperatuur waarbij de polymerisatie plaatsvindt bij een polymeer.
B. Het is de temperatuur waarbij het polymeer smelt.
C. Het is de temperatuur waarbij het polymeer transparant.
D. Het is de temperatuur waarbij de polymeer zacht wordt.
Polymeren zijn ook bekend als ....
A. Macromoleculen B. Minimolecules C. Semimolecules D. Mesomolecules
Waarom hebben verschillende polymeren verschillende eigenschappen? Kies het beste antwoord.
A. Omdat de ketenlengte is anders. Hoe langer de keten hoe sterker het polymeer.
B. Omdat de Tg’s verschillend zijn en daarom de polymeren smelten bij verschillende temperaturen.
C. Omdat men polymeren fabriceert op verschillende manieren.
D. Ze hebben verschillende chemische samenstellingen verschillende structuren, en zijn op verschillende manieren gefabriceerd.
Wat is een biobased polymeer?
A. Een polymeer dat kan worden afgebroken door micro-organismen.
B. Een polymeer dat is afgeleid van biomassa.
C. Een polymeer dat kan worden afgebroken door micro-organismen en is afgeleid van biomassa.
D. Een polymeer dat indirect is afgeleid van micro-organismen door fermentatie technieken.
Je
Wat is het verschil tussen polyethyleen en bio-polyethyleen?
A. Er is geen verschil.
B. De bron verschilt.
C. De bron en de eigenschappen verschillen.
D. De bron en de eigenschappen verschillen waarbij de bio-polyethyleen wordt gebruikt voor compost.
Waarom worden composites gebruikt in vezels en polymeren?
A. De vezels zullen de sterkte van de polymeren verbeteren en de kosten van het product verlagen.
B. De vezels zullen de kosten van het product verlagen en zijn gemakkelijk te verwerken.
C. De vezels zullen de sterkte van het product verbeteren en worden gebruikt om het product meer op te lichten.
D. De vezels verhogen de Tg van het product en de biologische afbreekbaarheid.
Wat is de beste manier om de tomatenplant te gebruiken voor een biobased
bouwsteen? Er zou een betere manier zijn dan deze 4 opties, maar je moet kiezen voor de beste optie.
A. De cellulose tot glucose, gevolgd door fermentatie tot melkzuur, gevolgd door polymerisatie converteren polymelkzuur zuur dat kan worden gebruikt om folie te produceren.
B. Drogen en versnipperen van de stengels en bladeren aan vezels, en het te mengen met een groot deel aan beschikbare biopolymeren. Het produceren van een bio compositie.
C. Shredden van de stengels en bladeren tot pulp. Scheid de vaste en vloeibare deeltjes uit de pulp. Zetten de vloeistof (die suikers bevat) om in melkzuur, gevolgd
door polymerisatie van het polymelkzuur. Vervolgens meng de polymelkzuur en de resterende vaste stoffen tot een bio composiet.
D. Gebruik de cellulose van de plant om om te zetten in glucose. De glucose wordt omgezet in ethyleen door middel van fermentatie. De ( bio ) ethyleen wordt geëxtrudeerd tot een kunststoffolie.
VOEDINGSSTOFFEN
VIDEO-LEZINGEN
https://www.youtube.com/embed/f9K15Mfn1T8?rel=0&showinfo=0
UITWERKING VIDEO-LEZINGEN Nutriënten.
Elk levend wezen heeft voedsel of nutriënten nodig. Je eet en drinkt op 'n regelmatige basis gedurende de dag. Ontbijt, lunch, diner en tussendoor eet je waarschijnlijk nog snacks en drink je thee, koffie, frisdranken of alcoholische dranken. Mensen moeten eten en drinken om aan de energiebehoefte te voldoen en voor vitaminen en eiwitten om cellen te bouwen en je lichaam te onderhouden. Na inname wordt 't voedsel verteerd tot moleculen en ionen.
Hier zijn verschillende organen bij betrokken waaronder de tanden, de tong, de
speekselklieren 't maagdarmstelsel, de lever, de galblaas en de alvleesklier. Celademhaling zet de biochemische energie van het voedsel aminozuren, vetzuren en suikers, om in energie en componenten voor het onderhoud van de cellen. Nutteloze moleculen en deeltjes
worden uitgescheiden via de urine en ontlasting of worden opgeslagen als vet.
Net als mensen moeten ook planten eten en drinken. In tegenstelling tot mensen hebben planten geen inwendig systeem om eten te verteren. Planten verkrijgen energie door zonne- energie te absorberen. Planten kunnen zonne‐energie omzetten in biochemische energie en dit opslaan. Dit fenomeen heet fotosynthese. Planten zijn fototroof. Dat betekent dat ze kunnen assimileren, oftewel koolstof fixeren. Fototroven zijn in staat om organisch materiaal te synthetiseren hun eigen voeding dus, van anorganische stoffen. Ze gebruiken licht als 'n energiebron, en kooldioxide als koolstofbron.
Mensen zijn chemotroven. Dat wil zeggen dat zij hun energie verkrijgen door stoffen te oxideren. Nutriënten voor planten zijn anorganische stoffen. Die verkrijgen ze voornamelijk door ze uit de grond op te nemen. Wortels zijn voor de plant wat de mond is voor de mens.
Aangezien planten geen voedsel kunnen verteren, is de vraag: Wie zorgt er voor de aanvoer van nutriënten voor planten? Dat is precies waar deze video over gaat. Nu gaan we 't hebben over de nutriëntenvoorziening van planten in de landbouw. En hoe bepaalde reststoffen nuttig kunnen zijn voor duurzame landbouw. Wat eten planten?
Uit deze afbeelding kunnen we afleiden dat het enige wat planten nodig hebben dode planten zijn. Is dat niet vreemd? De afbeelding toont de aanvoer van nutriënten voor
planten in 'n natuurlijke situatie. Het is een gesloten cyclus die geen menselijke hulp vereist.
Na het afsterven van een plant of delen daarvan, zoals de bladeren zullen organismen in de grond 't dode plantenmateriaal afbreken tot humus. Humus wordt verder afgebroken tot kleinere moleculen zoals fulvinezuur en humuszuur. Uiteindelijk wordt de humus afgebroken tot anorganische componenten bij een lage ontledingssnelheid. Planten bevatten
verschillende stoffen waarvan de ontledingssnelheid significant anders is. Dit proces van het recyclen van nutriënten voorziet planten gedurende 't hele jaar van nutriënten.
Bodemorganismen die bij 't recyclen van nutriënten betrokken zijn kan men als de organen van het spijsverteringssysteem beschouwen. We onderscheiden microbiota, mesobiota en macrobiota. Heb je er ooit bij stilgestaan welke soorten en hoeveel organismen er in de grond leven?
Een natuurlijk systeem heeft geen menselijke hulp nodig om te bestaan. Afgezien van wat natuurlijke verliezen is de nutriëntencyclus gesloten. Niets wordt verwijderd en niets hoeft
eraan toegevoegd te worden. Maar de situatie op bewerkt land verschilt op tenminste 2 manieren in vergelijking met natuurlijke systemen. Ten eerste is er de oogst, en ten tweede is er sprake van bemesting.
Halverwege de 18de eeuw dacht men dat planten stikstof, fosfor en kalium nodig hadden om te groeien. Deze componenten behoren tot de macronutriënten. Naast koolstof, stikstof en zuurstof hebben planten grote hoeveelheden van deze componenten nodig. Later
ontdekte men dat calcium, magnesium en zwavel ook macronutriënten zijn. Maar ze zijn niet de enige essentiële componenten voor de groei van planten zoals 60 jaar later bleek, aan 't begin van de 20ste eeuw met de ontdekking van de eerste micronutriënten.
Micronutriënten of sporenelementen voor de groei en gezondheid van planten zijn borium, magnesium, mangaan, ijzer, zink koper, molybdeen en selenium.
Sinds het begin van de 20ste eeuw worden kunstmatige meststoffen in de landbouw toegepast om de groei en de opbrengst van de gewassen te verbeteren. Bij de toepassing werd op de macronutriënten gelet. Veel meststoffen bevatten alleen deze nutriënten.
Planten die daarmee worden gevoed moeten de nodige micronutriënten uit de bodem opnemen. De bodem krijgt een tekort aan micronutriënten en de kwaliteit van de oogst zal afnemen.
Let wel dat de productie van meststoffen het milieu belast. De productie van
tikstofmeststoffen vergt veel fossiele energie. Zowel fosfor als kalium moeten worden gedolven en deze meststoffen zijn vaak vervuild met zware metalen zoals cadmium. Het oogsten van gewassen van bewerkt land maakt bemesting nodig.
Want oogsten houdt in dat je 'n significante hoeveelheid nutriënten van het land verwijdert.
Zowel macro‐ als micronutriënten. Om het volgende seizoen weer te kunnen verbouwen is het cruciaal om deze nutriënten in de grond weer aan te vullen met op zijn minst dezelfde hoeveelheid. Het sluiten van de nutriëntencyclus is essentieel voor duurzame landbouw.
Om de nutriëntencyclus te repareren, volstaat kunstmatige bemesting. De toepassing van kunstmest voorziet planten onmiddellijk van macronutriënten omdat deze meststoffen snel in 't grondwater oplossen. Een nadeel van kunstbemesting ten behoeve van de
bodemkwaliteit is dat deze meststoffen geen voeding zijn voor de bodemorganismen die betrokken zijn bij de afbraak van dood organisch materiaal. Het is deze afbraak die de bodem en planten voorziet van essentiële micronutriënten. Een gevolg als je alleen maar kunstmatige meststoffen gebruikt is dat de bodem arm aan organisch materiaal wordt met als gevolg dat de bodem geen water en nutriënten kan vasthouden. Om de cyclus te sluiten, om de bodem gezond te houden nu en in de toekomst, moeten we de bodem voeden en zoveel mogelijk macro‐ en micronutriënten aan de bodem teruggeven. Dat is eenvoudig te doen door de toepassing van effectief, organisch materiaal in de vorm van verteerde mest van dieren compost van aerobe of anaerobe fermentatie en andere organische meststoffen.
Maar we kunnen nog meer doen om de cyclus te sluiten. De productie van voedsel levert reststromen op. Producten die ongeschikt zijn voor menselijke consumptie. In 'n biobased economie zijn reststromen geen afval, maar bijproducten. Deze bijproducten kunnen bijvoorbeeld worden omgezet in diervoeder energie, of organische meststof. Reststromen van voedsel, de diervoederindustrie, rioolslib slib van waterzuiveringsinstallaties, menselijke urine en uitwerpselen en compost bevatten veel nuttige nutriënten.
Om mineralentekort te bestrijden en de bodem gezond te houden is 't een uitdaging om de nutriënten uit deze industriële reststromen te winnen. Het is de belangrijkste voorwaarde voor 'n biobased economie die duurzaam is. In deze context houdt duurzaam in dat het in de huidige behoeften voorziet zonder de behoeften van de toekomst te compromitteren.
We hopen dat je genoten hebt van deze introductie van nutriënten als fundament van de Biobased Economie.
BEDRIJFSVIDEO
https://www.youtube.com/embed/7sq7sLOI0ro?rel=0&showinfo=0 https://www.youtube.com/embed/YkPMO8kyRK4?rel=0&showinfo=0
Brabantse Delta:
http://www.brabantsedelta.nl/index.html Evides:
http://www.evides.nl/paginas/english.aspx
QUIZ
Welke groep van voedingsstoffen zijn macronutriënten?
A. Na, K, Ca, N en P B. C, O, N, P en K C. N, P, K, Zn en Cu D. Mg, Na, S, C en O
Welke groep bevat alleen micronutriënten?
A. Cu en Zn B. C, Mg en Mo C. Ca, Mg, S en P D. N, P en K
Welke NIET biologische activiteit in de bodem is belangrijk voor de nutriëntencyclus?
A. Het mengen van organische en minerale deeltjes.
B. Productie van fecale pellets.
C. Creatie van biopores.
D. De beweging van lucht, water en voedingsstoffen.
In tegenstelling tot kunstmatige meststoffen, hebben organische meststoffen ...
A. hebben geen invloed op de bodem pH.
B. zijn voer voor de bodem levende organismen.
C. geen macronutriënten bevatten.
D. zijn foto-autotroof.
Welk proces is een voorbeeld van het herwinnen van nutriënten uit afvalstromen?
A. Anaerobe vergisting van agrarisch afval.
B. Toepassing van zuiveringsslib als co-substraat.
C. Toepassing van compost in de tuinbouw.
D. Aërobe vergisting van agrarisch afval.
Welke uitspraak is waar?
A. Foto-autotroof zetten zonne-energie om in biochemische energie.
B. Foto-autotroof hebben geen voedingsstoffen nodig.
C. Foto-autotroof kan overleven zonder licht.
D. Foto-autotroof zijn bacteriën die onder anaerobe omstandigheden leven.
Welke uitspraak is waar?
A. Zowel menselijke urine en ontlasting bevatten aanzienlijke hoeveelheden voedingsstoffen.
B. Menselijke uitwerpselen bevatten significante hoeveelheden voedingsstoffen, menselijke urine niet.
C. Menselijke urine bevatten aanzienlijke hoeveelheden voedingsstoffen, menselijke uitwerpselen niet.
D. De EU-autoriteiten keuren zowel menselijke uitwerpselen als urine goed voor bemesting doeleinden.
Welke organismen zijn betrokken bij de voedselkringloop?
A. Regenwormen, Schimmels en paddestoelen.
B. Regenwormen.
C. Schimmels.
D. Paddestoelen.
Welke van de volgende uitspraken is / zijn waar?
A. Humus is het eindproduct van de afbraak van dood plantenmateriaal.
B. Faeces bevat micro-voedingsstoffen.
C. Bodem biologische activiteit is een voorwaarde voor de plantaardige productie.
D. A en B
De toepassing van kunstmest levert de bodem ...
A. Stikstof, kalium en cadmium.
B. Zwavel, fosfaat en stikstof.
C. Stikstof, kalium en natrium.
D. Stikstof, fosfaat, koper en organische stof
NATUURLIJKE STOFFEN
VIDEO-LEZINGEN
https://www.youtube.com/embed/8jBYkDITsBM?rel=0&showinfo=0 https://www.youtube.com/embed/tz5BVeJPUkQ?rel=0&showinfo=0
UITWERKING VIDEO-LEZINGEN
De biobased economie is gebaseerd op biomassa. Maar wat is biomassa? Wat zijn de
natuurlijke stoffen waarvan biomassa wordt gemaakt? De antwoorden worden deze week in het thema besproken. Om beter te begrijpen van welke soort natuurlijke stoffen biomassa wordt gemaakt gaan we uit van een plant, één van de hoofdbronnen van biomassa.
Een plant bestaat uit organen zoals de wortels, 'n stengel en bladeren. Als je op één van deze delen inzoomt zie je dat ze uit kleine compartimenten, of cellen, zijn opgebouwd. De
buitenste laag van de cel, ’t celmembraan bestaat uit speciale lipiden, de fosfolipiden. Ze vormen ’n barrière met de externe omgeving en geven de cel vorm en structuur.
Plantaardige cellen hebben 'n extra laag die men de celwand noemt. De celwand bestaat voornamelijk uit polymeer vezels, cellulose en lignine. Binnen in de cel, in de kern, treffen we nucleïnezuren aan die genetische informatie bevatten in de vorm van DNA. In het cytoplasma vind je aminozuren en suikers.
Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Eiwitten hebben verschillende functies binnen de cel. Sommige geven de cel extra structuur terwijl andere specifieke reacties katalyseren.
De cel gebruikt suikers, zoals glucose, als een vorm van energie. Energie om stoffen af te breken om weer nieuwe te vormen in ’n proces dat we metabolisme noemen. Metabolisme is ’t afbreken en weer opbouwen van biologisch materiaal in 'n cel. De vier primaire
componenten van 't leven zijn: eiwitten, suikers, lipiden en nucleïnezuren. Deze primaire componenten zijn essentieel voor ’t onderhoud en de constructie van cellen.
Om metabolisme beter te begrijpen gaan we één van de metabolische paden die in organismen aanwezig zijn bekijken. De glycolyse is een voorbeeld van 't afbreken van
glucose in kleinere pyruvaat moleculen terwijl er energie bij vrijkomt. Dit proces doorloopt ’n aantal opeenvolgende enzymatische stappen. De eerste stap is het activeren van glucose door de toevoeging van een fosfaatgroep. Deze stap verbruikt energie. De volgend stap is het herschikken van de glucosemolecuul tot fructose en 't toevoegen van 'n andere
activerende fosfaatgroep. Dit geactiveerde fructose wordt gesplitst in 2 kleinere moleculen, elk met 3 koolstofatomen.
Verdere reacties en herschikkingen resulteren in de vorming van pyruvaat terwijl er energie bij vrijkomt. De totale reactie levert een nettowinst aan energie op. Pyruvaat wordt verder afgebroken tot CO2 in een ander pad dat we de citroenzuurcyclus noemen. Dit pad levert additionele energie op.
In dit eerste gedeelte van de video bespraken we de cel en het primaire metabolisme. De soorten natuurlijke stoffen die erbij betrokken zijn en een aantal van de aansturende processen.
De volgende video behandelt verschillende natuurlijke stoffen in de secundaire metabolisme.
De glycolyse en de citroenzuurcyclus maken deel uit van 't primaire metabolisme. Zoals in de voorgaande video is besproken zijn eiwitten, lipiden en nucleïnezuren ook primaire
metabolieten. Secundaire metabolieten verhogen de overlevingskansen van ’n organisme evenals het vermogen zich aan de omgeving aan te passen. Er zijn vele secundaire
metabolieten en we komen er ook veel tegen in het alledaagse leven. Terpenen zijn verantwoordelijk voor de geur van planten, bijvoorbeeld.
De basisbouwsteen van terpenen is isopreen en wordt gemaakt van pyruvaat. Beginnende met één isopreen‐eenheid noemen we de molecuul 'n hemiterpeen met 5 koolstofatomen.
Als je twee hemiterpenen verbindt ontstaat er 'n monoterpeen van 10 koolstoffen zoals menthol en limoneen. Als men nog 'n hemiterpeen toevoegt ontstaat er 'n sesquiterpeen van 15 koolstoffen. Twee gekoppelde sesquiterpenen is de basis van steroïden zoals cholesterol en testosteron. Als je nog ’n hemiterpeen aan de sequiterpeen toevoegt wordt er een diterpeen van 20 koolstoffen gevormd. Als je twee diterpenen koppelt, krijg je de basis van carotenoïden zoals beta‐caroteen en lycopeen.
Een andere groep natuurlijke stoffen die we dagelijks zien zijn de fenolen, met fenol als de basisbouwsteen. Fenol is een benzeenring waaraan 'n hydroxylgroep is toegevoegd. Als meerdere hydroxylgroepen worden toegevoegd heet dit een polyfenol zoals bijvoorbeeld galluszuur. Als je meerdere galluszuren met glucose koppelt, vormen er structuren die we tanninen noemen, looizuur is een voorbeeld hiervan.
Tanninen vind je in de boomschors van de Eik en 't wordt gebruikt om leer mee te looien. De flavonoïden is een andere groep bekende fenolische stoffen die veel planten hun kleur geven.
Een voorbeeld is quercetin van de ui. Het wordt gebruikt om textiel mee te verven. De laatste fenolische stof die we behandelen is lignine één van de hoofdbestanddelen van de celwand. Lignine bestaat voornamelijk uit drie moleculen: Paracoumarylalcohol,
coniferylalcohol en sinapylalcohol.
De volgende groep bekende secundaire metabolieten zijn de alkaloïden. Alkaloïden hebben als gemeenschappelijk kenmerk de aanwezigheid van een stikstofatoom. Bovendien zijn veel alkaloïden giftig en geven planten 'n bittere smaak. Er zijn 3 groepen alkaloïden: Echte, protoen pseudoalkaloïden. De echte alkaloïden bestaan uit aminozuren en bevatten een stikstofatoom in hun ringstructuur. Bekende voorbeelden hiervan zijn nicotine en morfine.
Protoalkaloïden zijn opgebouwd uit aminozuren’ maar die hebben geen stikstofatoom in hun ringstructuur. Voorbeelden zijn het hallucinogene mescaline en het stimulerende adrenaline.
Pseudoalkaloïden zijn alkaloïden die niet van aminozuren afkomstig zijn. Zoals cafeïne dat op nucleïnezuur is gebaseerd en het gif solanidine dat in minieme hoeveelheden in aardappels zit en afkomstig is van een steroïde. De laatste groep natuurlijke stoffen die we bespreken is de groep polyketiden. Zoals de naam zegt, kennen deze stoffen veel keton (C=O) groepen.
Een van de simpelste zijn de chinons zoalsbenzochinon dat van benzeen wordt herleid.
Naftochinon zoals Lawsone dat gebruikt wordt in henna tatoeages. Een ander voorbeeld van een chinon is anthrachinon zoals alizarine dat uit de wortel van de Meekrap wordt
geïsoleerd en gebruikt als textielkleurstof. Sommige sterke soorten gif van schimmels in de groep aflatoxines zoals aflatoxine B1, zijn ook polyketiden.
Veel antibiotica hebben ook polyketide structuren zoals de tetracyclines. Zoals de naam al zegt, hebben deze moleculen een 4‐ringstructuur. En tot slot de macrolide antibiotica die grote ringstructuren hebben van 14, 15 of 16 koolstofatomen, zoals erythromycine. Zoals we hebben gezien, is de wereld van de natuurlijke stoffen gigantisch.
In de Biobased Economie zoeken de professionals naar mogelijkheden. om deze stoffen,
secundair en primair, in te zetten als chemische bouwstenen voor consumentenproducten.
Met deze video hebben we je een korte introductie gegeven over het onderwerp natuurlijke stoffen. Ik hoop dat je ervan genoten heb en we wensen je alle succes bij 't maken van de opdrachten.
BEDRIJFSVIDEO
https://www.youtube.com/embed/KFxlpeNr328?rel=0&showinfo=0
OPEN VRAGEN
Maak eventueel gebruik van het boek: Biologie voor het MLO.
Vraag 1:
Beschrijf hoe het celmembraan is opgebouwd.
Vraag 2:
Benoem verschillende functies van eiwitten.
Vraag 3:
In onze biologielessen spreken we over biomoleculen en in de video over ”Primaire componenten van het leven” Welke zijn dat?
Vraag 4:
Wat verstaan we onder primair metabolisme? Leg uit?
Vraag 5:
Noem 4 voorbeelden van natuurlijke stoffen?
QUIZ
Welke van de volgende materialen zou kunnen worden beschouwd als biomassa?
A. Krant B. Koffiekop C. Plastic fles
Welke van de volgende begrippen heeft geen betrekking op secundaire metabolisme?
CA> A.
A. Onderhoud.
B. Aanpassingsvermogen.
C. Overlevingsvermogen.
Welke verbindingen behoren tot de klasse polyketiden? Er zijn meerdere antwoorden mogelijk.
A. Terpenen.
B. Fenolen.
C. Tetracycline.
D. Oxytetracycline
ALGEN
VIDEO-LEZINGEN
https://www.youtube.com/embed/VZOYFcapRYY?rel=0&showinfo=0 UITWERKING VIDEO LEZINGEN
Microalgen kunnen een rol in de bio based economie spelen met de nadruk op duurzaamheid.
Op 't moment zijn er 75.000 soorten microalgen bekend maar 't totale aantal soorten wordt geschat op 800.000 in onze rivieren, meren, zeeën en oceanen.
Ze verschillen in vorm en kleur en sommige algen kunnen zelfs zwemmen dankzij
zweepstaartjes. Net als planten kunnen de meeste microalgen CO2 in biomassa en zuurstof omzetten met behulp van licht.
Het groene pigment, chlorofyl, absorbeert licht voor de fotosynthese. Koolhydraten of suikers zijn de eerste bouwstenen die gebruikt worden voor de vorming van oliën, eiwitten en andere biomoleculen. Nutriënten zoals nitraat en fosfaat zijn ook essentieel voor deze processen.
Algen noemen we daarom wel cel fabrieken die allerlei waardevolle componenten kunnen produceren. Algen kunnen direct gebruikt worden als voer in de aquacultuur en in
voedingssupplementen die de gezonde Omega 3‐vetzuren en eiwitten bevatten. Algencellen worden ook gebruikt voor de productie van bio‐energie: bio ethanol van koolhydraten en biodiesel van olie. Andere producten zoals pigmenten waaronder ß‐caroteen kan men gebruiken als kleurstoffen in de verf industrie maar ook als kleurstoffen in voedingswaren en cosmetica. Bovendien kan men met biomassa op algenbasis bio plastics produceren.
Maar eerst moeten de algen geproduceerd worden. Maar hoe? De eenvoudigste manier is om ze te kweken in open vijvers. Maar het is moeilijk om één soort in een open vijver te kweken omdat andere algen en zelfs zoöplankton binnen kunnen dringen en de kweek in de open vijvers vervuilen.
Daarom worden er gesloten systemen ontworpen voor de microalgen kweek zoals bellen kolom fotobioreactoren tubulaire fotobioreactoren en plat‐vlak fotobioreactoren. In deze volledig geautomatiseerde fotobioreactoren kunnen microalgen ononderbroken worden gekweekt. CO2 en nutriëntenaanvoer, mixen, pH en de temperatuur worden gereguleerd om microalgen van een constante kwaliteit te produceren. Voor verdere processen moeten de microalgen worden geoogst en geconcentreerd.
Dit kan door centrifugering of flocculatie om een geconcentreerde algenpasta te verkrijgen.
Om de gewenste biomoleculen uit de algencellen te verkrijgen worden de cellen eerst gebroken om vervolgens de biomoleculen eraan te onttrekken. Dit wordt gedaan met deze extractie‐ en distillatie‐instrumenten. Om de gewenste componenten te verkrijgen is separatie ook nodig. Na het separeren van de biomoleculen wordt 't zetmeel gebruikt voor de productie van bio ethanol de eiwitten voor voedseltoepassingen en de olie voor
biodiesel.
De productie van microalgen kan duurzamer en kosten effectiever. Dit kan door afvalwater als bron van de nutriënten stikstof, fosfor en CO2‐houdend rookgas aan te wenden. Zo kunnen algen een essentiële rol spelen in de circulaire economie die ook bio based is. Water, nutriënten uit afvalwater en CO2 worden continu gerecycled terwijl hoogwaardige bio producten worden gemaakt. Algen voor voedseltoepassingen kunnen worden gekweekt in
afvalwater uit de voedingsindustrie, met twee voordelen: Het afvalwater wordt gereinigd en kan opnieuw gebruikt worden.
Ten tweede is afvalwater een bron van vrije nutriënten voor de kweek van microalgen. Dit vermindert de kosten van extra bemesting. De uitdaging voor de nabije toekomst is ’t bedenken van ideeën om algen kosten effectiever te maken voor de bio based economie.
Vooral voor de bio producten die in 'n hoog volume nodig zijn zoals biobrandstoffen.
Bijvoorbeeld, de kosten van de productie van microalgen zijn nog hoog wat prima is voor voedings‐en voedertoepassingen. Echter, voor de productie van biodiesel zijn meer algen met lagere productiekosten nodig. Misschien worden er in de toekomst groene steden gebouwd. De buitenkanten van de gebouwen kunnen bedekt zijn met levende muren van fotosynthetische algen voor de productie van de benodigde bio producten en voor de opvang van CO2 dat het broeikaseffect veroorzaakt.
BEDRIJFSVIDEO
Yara:
https://www.youtube.com/embed/SePmSyvxU08?rel=0&showinfo=0 Van Antwerpen Milieutechniek:
https://www.youtube.com/embed/vdRqoJRH018?rel=0&showinfo=0
QUIZ
Welke verbindingen worden geproduceerd door algen tijdens de fotosynthese?
A. Koolhydraten en CO2.
B. Eiwitten en CO2.
C. Koolhydraten en zuurstof.
D. Eiwitten en zuurstof.
Waarom zijn algen een aantrekkelijke bron voor de productie van biodiesel?
A. Olie wordt gemakkelijk gewonnen uit algen.
B. Algen in zeeën en oceanen zijn makkelijk om te oogsten.
C. Algen concurreren niet met voedselgewassen.
D. Algen hebben minder CO2 nodig dan landplanten voor de productie van olie.
Hoe kan bio-energie worden gemaakt met algen?
A. Bio-ethanol uit eiwitten en biodiesel uit lipiden (olie).
B. Bio-ethanol uit koolhydraten (suikers) en biodiesel uit eiwitten.
C. Bio-ethanol uit eiwitten en biodiesel uit koolhydraten (suikers).
D. Bio-ethanol uit koolhydraten (suikers) en biodiesel uit lipiden (olie).
De productie van algen kan duurzamer worden gemaakt met:
A. CO2 uit rookgassen, nutriënten uit afvalwater en de toepassing van zonlicht.
B. CO2 uit rookgassen, voedingsstoffen uit meststoffen en het gebruik van zonlicht.
C. CO2 uit rookgassen, nutriënten uit afvalwater en het gebruik van kunstlicht in plaats van zonlicht.
D. CO2 vorm rookgassen, voedingsstoffen uit meststoffen en het gebruik van kunstlicht in plaats van zonlicht.
Welke van de volgende beweringen is NIET waar?
A. Microalgen teelt in open vijvers is beperkt, omdat zoöplankton of andere algensoorten de cultuur kan verontreinigen in de open vijvers.
B. Cultuur omstandigheden, zoals pH, CO2, nutriënten en temperatuur kan worden geregeld fotobioreactoren.
C. De productiviteit in fotobioreactoren is hoger dan in de open vijvers.
D. Open vijvers zijn nog steeds duurder dan fotobioreactoren.
Wat zijn de belangrijkste methoden voor het oogsten van algen?
A. Filtratie en extractie.
B. Flotatie en sedimentatie.
C. Flocculatie en centrifugeren.
D. Verdamping en vriesdrogen.
Welke van de volgende uitspraken is waar?
A. De productie van microalgen voor biodiesel kan kosteneffectief worden als andere biomoleculen worden gebruikt voor verschillende toepassingen.
B. De productie van microalgen kan alleen succesvol zijn als alleen hoogwaardige componenten, zoals omega-3-vetzuren en pigmenten worden geproduceerd.
C. Algen produceren minder biomassa dan terrestrische planten per hectare per jaar.
D. Meervoudig onverzadigde vetzuren (omega-3) zijn giftig.
