1.a: Struktur- og zigzag-formler

Transkript

1 1.a: Struktur- og zigzag-formler Tegn struktur- og zigzag-formlerne for de 10 første alkaner Navn Kemisk formel Strukturformel Zigzag-formel Methan 4 Ethan 2 6 Propan 3 8 Butan 4 10 Pentan 5 12 exan 6 14 eptan 7 16 Octan 8 18 Nonan 9 20 Decan 10 22

2 1.b: Forgrenede alkaner 1. vilke atomer består alkaner af og hvilken type binding er mellem -atomerne? 2. Navngiv følgende alkaner: 3. Opskriv strukturformelen og zigzagformlen for: 2,2-dimethyl-pentan 3,3,4-trimethyl-6-ethyl-octan

3 1.c: Lav og gæt en alkan Opgave A Byg en model af et alkanmolekyle, der indeholder 8 carbonatomer. Den længste kæde skal indeholde 5 carbonatomer a) vad er den kemiske formel for molekylet? b) Tegn strukturformlen for molekylet c) Tegn zigzagformelen for molekylet d) Navngiv molekylet Find en person med opgave B og navngiv personens molekyle

4 Opgave B Byg en model af et alkanmolekyle, der indeholder 7 carbonatomer. Den længste kæde skal indeholde 4 carbonatomer a) vad er den kemiske formel for molekylet? b) Tegn strukturformlen for molekylet b) Navngiv molekylet Find en person med opgave A og navngiv personens molekyle

5

6

7

8

9

10 1. Navngiv følgende alkener: 2.a: Alkener og alkyner 2. Tegn strukturformlerne for pent-2-en, 2-methylpent-2-en og 3-methylhex-1-en 3. Navngiv følgende alkyner: 4. Tegn strukturformlerne for hex-2-yn, 4-methyloct-2-yn og 3-ethylhep-1-yn

11 2.b: Forbrændingsreaktioner 1. vilket molekyle skal altid til stede ved en forbrændingsreaktion? 2. vilke 2 molekyler dannes ved en fuldstændig forbrændingsreaktion? 3. Afstem den fuldstændig forbrænding af naturgas (som består af methan) 4 (g) + O 2 (g) O 2 (g) + 2 O (g) 4. Opskriv og afstem den fuldstændige forbrænding af heptan Benzin er en blanding af mange forskellige stoffer. Et typisk stof i benzin er octan, Opskriv og afstem den fuldstændige forbrænding af octan Ved ufuldstændig forbrænding dannes O/ og 2 O 6. Opskriv og afstem den ufuldstændige forbrænding af octan når der dannes O og 2 O Diesel er en blanding af mange forskellige stoffer. Et typisk stof i diesel er hexadecan, Opskriv og afstem den fuldstændig forbrænding af hexadecan 8. Opskriv og afstem den ufuldstændig forbrænding af hexadecan

12 Fra Aurum:

13

14

15 Formål: At finde ud af hvilke alkaner lightergas består af Analyse af lightergas Teori: Tegn strukturformler for methan, ethan, propan, butan og pentan Kemikalier og udstyr Lighter Sprit Måleglas 100 ml Bægerglas 50 ml Stort kar med vand Vægt Køkkenrulle Fremgangsmåde Bestem lighterens masse med 0,01 grams nøjagtighed. Fyld måleglasset helt op med vand. Fyld karret med nok vand til at din hånd med lighter kan være under vandoverfladen. Vend måleglasset på hovedet og anbring mundingen under vandoverfladen i karret. Det er vigtigt, at der ikke er luft i måleglasset!

16 Anbring lighterens hoved lige under måleglassets munding (se tegning til højre). Luk gas ud af lighteren og op i måleglasset, indtil vandoverfladen i måleglasset næsten er nede ved 100 ml-mærket. æv eller sænk måleglasset så vandstanden i karret og i måleglasset er i samme højde. Aflæs gassens volumen i måleglasset. Tøm måleglasset for gas i stinkskabet. Tør lighteren omhyggeligt med køkkenrulle uden at lukke gas ud! Dyp lighteren i et bægerglas med sprit. Tør med køkkenrulle. Når lighteren er helt tør, vejes den igen. Vent derefter 5 minutter og vej igen dette er for at sikre at lighteren er tør. vis massen er blevet mindre mellem de to vejninger, vejes der igen efter 5 minutter. Efterbehandling Masse af lighter før Masse af lighter efter Gassens masse Gassens volumen forsøget tørring Gassens molarmasse kan beregnes ved brug af følgende formel:!"##$!!"!!"##$%!!!!"#$!!24!!/!"#!!!"#$%&$''( =!!"##$%#!!"#$%&'!!!!"#$%! 1. Beregn molarmasserne for methan, ethan, propan, butan, pentan og hexan og indsæt tallene i nedenstående tabel. vilken alkan eller alkanblanding, det er mest sandsynligt at gassen består af? Alkan methan ethan propan butan pentan hexan Molarmasse (g/mol)

17 2. Undersøg på internettet hvad lightergas består af. Passer det med dine resultater? 3. vilke fejlkilder er der i forsøget? 4. Opskriv reaktionen for den fuldstændige forbrænding af lighthergas

18 Afbrænding af lightergas Lightergas består hovedsageligt af butan og er en gas ved stuetemperatur. Når en lighter tændes sker der en fuldstændig forbrænding af lightergassen, hvor der forbruges O 2 og produceres O 2 og 2 O. Beregn hvor mange gram O 2 som skal bruges til at forbrænde 10 g lightergas jælp: 1) Afstem reaktionsskemaet nederst på siden, så der er lige mange atomer på venstre og højre side af reaktionspilen. 2) Beregn molarmasserne for lightergas (butan) og dioxygen vha. det periodiske system og skriv dem ind i skemaet. 3) Beregn stofmængden for lightergas vha. ligningen n = m/m og skriv den ind i skemaet. 4) Beregn den stofmængde af O 2, dioxygen, der skal til for at forbrænde de 10 g lightergas vha. forholdet mellem koefficienterne for lightergas og dioxygen. 5) Beregn vægten af dioxygen vha. formlen m = n*m vis du er færdig med opgaven ovenfor så beregn den dannede mængde kuldioxid og vand.

19 Afbrænding af raketbrændstof Lightergas består hovedsageligt af butan og er en gas ved stuetemperatur. Når en lighter tændes sker der en fuldstændig forbrænding af lightergassen, hvor der forbruges O 2 og produceres O 2 og 2 O. Beregn hvor mange gram O 2 som skal bruges til at forbrænde 10 g lightergas jælp: 1) Afstem reaktionsskemaet nederst på siden 2) Brug skemaet til at beregne vægten af dioxygen vha. formlen m = n*m (l) + O 2 (l) O 2 (g) + 2 O (g) Lightergas dioxyge n kuldioxid vand M m 10 g n vis du er færdig med opgaven ovenfor så beregn den dannede mængde kuldioxid og vand.

20 Afbrænding af raketbrændstof Lightergas består hovedsageligt af butan og er en gas ved stuetemperatur. Når en lighter tændes sker der en fuldstændig forbrænding af lightergassen, hvor der forbruges O 2 og produceres O 2 og 2 O. 1) Opskriv og afstem reaktionsskemaet 2) Beregn vægten af dioxygen som skal bruges til afbrænding af 10 g lightergas ved hjælp af skemametoden 3) vis du er færdig med opgaven ovenfor så beregn den dannede mængde kuldioxid og vand.

21 4.a: Spottest 1. Byg et valgfrit carbonhydrid. Molekylet kan laves sværere ved at lave dobbeltbindinger/tripelbindinger og tilføje sidekæder. 2. Navngiv molekylet og skriv navnet på et stykke papir. 3. Læg molekylet og navnet (med bagsiden opad) på et bord. Læreren skriver et nummer på den anden side af papiret. 4. Når alle er færdige med at bygge deres molekyler, skal I navngive alle de molekyler som ligger på bordet - husk at skrive navnet og nummeret på molekylet ned 5. Personen med flest rigtige har vundet spottesten.

22 (6.5) Olieraffinaderiet Råolie består, som tidligere nævnt, af et meget stort antal forskellige forbindelser hvoraf de fleste er carbonhydrider. Oliens sammensætning varierer i øvrigt meget forskellige steder i verden. Grupperer man de forskellige carbonhydrider efter kogepunkt, kan man få følgende billede af en typisk råolie: antal -atomer Kogepunktsområde Letbenzin 4-6 <80 6 Naphta Petroleum Diesel Rest over 25 over Indhold (i volumen-%) Råolien er ikke direkte anvendelig, men er råstoffet i produktionen af en lang række såkaldt petrokemiske produkter. Første trin i forarbejdningen af råolien finder sted på olieraffinaderierne. er produceres blandt andet gas, benzin og fyringsolie samt en række råstoffer til den kemiske industri. I Danmark findes to olieraffinaderier, Shell i Fredericia og Statoil i Kalundborg. Tilsammen forarbejder de to raffinaderier knap 10 millioner ton råolie om året. Den centrale proces på raffinaderiet er en destillation, hvor råolien adskilles i forskellige fraktioner nogenlunde svarende til dem der er nævnt i skemaet herover. Ved destillation adskiller man stoffer der har forskellige kogepunkter. Princippet er kort fortalt følgende: Når en væskeblanding opvarmes, vil de stoffer der har de laveste kogepunkter fordampe fra væsken før de højtkogende stoffer. Dampen over væsken vil derfor hovedsageligt bestå af stoffer med lave kogepunkter. Ved at afkøle dampen så den igen fortættes, får man en væske der indeholder flere lavtkogende og færre højtkogende stoffer end den oprindelige væskeblanding. Ved at gentage processen flere gange er det muligt at skille væsken i flere fraktioner med hvert sit kogepunktsområde. På raffinaderierne foregår processen i et destillationstårn, der typisk er omkring 30 meter højt. Tårnet er inddelt i en række bunde, der er forbundne gennem såkaldte faldrør, jf. figuren på næste side. Temperaturen falder op gennem tårnet, således at de øverste bunde er koldest og de nederste er varmest. Råolien sendes først 154 KAPITEL L&R Uddannelse

23 igennem en ovn, hvor den opvarmes til omkring 350, og sendes derpå videre ind i bunden af tårnet. er fordamper de stoffer i olien hvis kogepunkt er mindre end 350. Dampen stiger opad gennem destillations tårnet og afkøles gradvist. Efterhånden som dampen afkøles, fortættes den igen til væske. Nederst i tårnet, hvor der endnu er meget varmt, vil de dele af dampen der har de højeste kogepunkter fortættes efterhånden som temperaturen falder til under disse stoffers kogepunkter. I de øverste dele af tårnet fortættes de dele af dampen der har de laveste kogepunkter. erved bliver råolien adskilt i en række fraktioner med forskellige kogepunktsområder og dermed forskellige sammensætninger af carbonhydrider. Gas Letbenzin (kp ) Figuren viser princippet i opbygningen af et destillationstårn. Naphta (kp ) Petroleum (kp ) Ovn Diesel (kp ) Råolie Destillationsrest (kp. > 350 ) Boblehætte Udsnit af bund Gas Væske Som det fremgår af tabellen på forrige side, er der en ret stor mængde af olien tilbage i den højstkogende rest, undertiden omkring halvdelen af olien. Destillationsresten udnyttes som tung fyringsolie på kraftværker og som brændstof til skibsmotorer, men det er ønskeligt at kunne adskille den yderligere ved destillation, men det kræver meget høje L&R Uddannelse ARBONYDRIDER FR A R ÅOLIE TIL PLASTIPOSER

24 Statoils raffinaderi i Kalundborg. temperaturer. Imidlertid nytter det ikke at varme olien op til temperaturer over ca. 375, da der så kan ske ukontrollerede kemiske reaktioner hvor olien ødelægges. Derfor vælger man ofte at foretage en destillation under lavt tryk. Ved en såkaldt vacuumdestillation udnytter man at væskers kogepunkter falder når trykket gøres mindre, og processen kan derfor gennemføres ved moderate temperaturer, hvor olieresten ikke omdannes kemisk. racking Efter vacuumdestillationen ender man med en rest af højtkogende carbonhydrider. Denne rest har i sig selv ikke mange anvendelser, og det er derfor ønskeligt at omdanne de langkædede carbonhydrider i vacuumdestillationsresten til forbindelser med færre carbonatomer pr. molekyle. Det foregår ved en proces der kaldes cracking. Ved crackingprocessen klippes de lange carbonhydridkæder over i mindre dele. Et eksempel på hvad cracking af decan, 10 22, kan give af produkter er vist i reaktionsskemaet herunder. Blandt produkterne er alkenen ethen KAPITEL L&R Uddannelse

25 Det ethen der dannes ved crackprocessen anvender raffinaderierne normalt selv som brændsel, fx til opvarmning i destillationsanlæggene. Men ethen har mange andre anvendelser i den kemiske industri, og langt størstedelen af ethenproduktionen anvendes til fremstilling af plast. Når ethen opvarmes under tryk, starter en reaktion hvor ethenmolekylerne bindes sammen i lange kæder, som kan bestå af flere tusinde carbonatomer. Stoffet, der herved dannes, kaldes polyethen, og det bruges blandt andet til fremstilling af bæreposer, ølkasser og andre former for emballage. Sammenkoblingen af mange små molekyler til få store kaldes i kemien for en polymerisation. Polymerisation er grundlaget for fremstillingen af de mange forskellige typer af plast som vi møder i hverdagen Emballage fremstillet af polyethen L&R Uddannelse ARBONYDRIDER FR A R ÅOLIE TIL PLASTIPOSER

26 4.b: Råolie racking Man er ofte interesseret i at omdanne de langkædede carbonhydrider til forbindelser med færre carbonatomer pr. molekyle. Det foregår ved en proces der kaldes cracking. Ved crackingprocessen klippes de lange carbonhydridkæder over i mindre stykker 1. Byg en model af decan med hydrogenatomerne sat på. Molekylet crakkes og går i to stykker. vor mange forskellige muligheder er - der må dannes dobbeltbindinger, men alle -atomer skal have 4 bindinger. Tegn strukturformlerne for alle de mulige carbonhydrider. Benzin Tabel A nedenfor viser sammensætningen af alkanerne i en typisk benzin 2. Bestem den kemiske formel for hver af forbindelserne nævnt i tabellen. Oktantal Man kan beregne et omtrentligt oktantal for en blanding af flere forbindelser ud fra tabel A. Blandingens oktantal bliver et gennemsnit af de enkelte forbindelsers oktantal. Eksempelvis har heptan oktantal 0, mens 2,2,4-trimethylpentan har oktantal 100. En blanding med 8% heptan og 92 % 2,2,4-trimethylpentan har derfor et oktantal på Beregn oktantallet for en blanding som består af 16 L heptan og 184 L 2,2,4- trimethylpentan.

27 4. Oktantallet for 2-methylalkaner kan beregnes (omtrentligt) ud fra følgende formel: oktantal = 24 n + 216, hvor n angiver antallet af carbonatomer i stoffets molekylformel. 5. vad er oktantallet for 2-methylbutan? 6. vilken ligekædet alkan har oktantal som ligger tæt på oktantallet for 2- methylheptan? 7. Bland en benzin med oktantal 98. Der skal indgå mindst tre forskellige væsker, hvoraf den ene er benzen. Tabel A Forbindelse Molekylformel Oktantal exan 19 eptan 0 Octan -19 Nonan -17 Decan methylhexan 56 2,3-dimethylpentan 87 2,2,3-trimethylpentan methylheptan 13 2,3-dimethylhexan 71 2,2,4-trimethylpentan 100 Benzen 99 Methylbenzen 121 1,3-dimethylbenzen 145 1,3,5-dimethylbenzen 171

28 5.a: Jagt på olie og gas Fra: Grønlandsk version: Prisen på olie og gas stiger verden over, og det gør interessen for at udvinde disse produkter også. Jagten på fremtidens olie og gas kommer måske til at foregå i Arktis. Ifølge SVIPA-rapporten vurderede USA s geologiske undersøgelser i 2008, at Arktis gemmer på store lagre af fossile brændstoffer. Det gælder omkring milliarder liter olie og omkring milliarder liter flydende naturgas. Det svarer til 30% af den uopdagede naturgas og 13% af de uopdagede olieforekomster i verden. Og det er vel at mærke forekomster, som man kan hente op med den teknologi, vi allerede har til rådighed. idtil har disse ressourcer været meget svært tilgængelige på grund af is. Men når isen smelter på land og til havs, kommer man også tættere på olien og naturgassen i undergrunden. De fleste forekomster findes offshore - altså i havets undergrund. Olie- og gaslagene ligger spredt over det meste af Arktis. De største områder er dog i Rusland, Alaska og det nordlige anada. Olien i Grønland Der er stor interesse for at søge efter olie i Grønland specielt i havets undergrund. Undergrunden undersøges bl.a. ved hjælp af seismologiske metoder. er sender man kraftig lyd ned i undergrunden, og bagefter opfanger man den lyd, der er blevet reflekteret altså sendt tilbage fra undergrunden. De forskellige lag i undergrunden reflekterer også lyden forskelligt, og på den måde kan man ud fra lydbilledet danne et billede af, hvordan undergrunden er opbygget. er kan man se, hvor det er sandsynligt at finde olie, og hvor man ikke skal søge. Men når det kommer til selve boringerne, er opgaven vanskelig. For der er mange isbjerge, og de kan være lige så store som Amager. Derfor må boreskibene have hjælp fra andre skibe, som skal forhindre at isbjerge støder ind i boreskibe. Dertil kommer, at der er mange miljømæssige udfordringer ved at bore efter olie i et område, hvor det vil være meget vanskeligt at rydde op, hvis der sker en ulykke, der medfører et olieudslip. Læs mere om dette ved at følge links forneden. Endnu har man ikke begyndt produktionsboringer efter olie i Grønland.

29 5.a: Konsekvenser af olieudvinding Læs teksten Jagt på olie og gas højt for hinanden i grupper Arbejdsspørgsmål: vorfor er man særlig bange for olieudslip på dybt vand i Grønland? vilke konsekvenser kunne et olieudslip i Grønland have på dyrelivet?

30 A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b Olie i Arktis eventyr eller mareridt? Foto: Torkel Gissel Nielsen. Risikoen for olieforurening af de følsomme arktiske områder stiger i fremtiden på grund af øget udvinding og mere skibstrafi k. Vi ved, at olieforurening kan få fatale konsekvenser for fugle og havpattedyr. Men også havets mindre skabninger, vandlopperne, som alle de andre lever af, kan få det svært. Af Julie ornelius Grenvald, Morten jorth, Line Reeh og Torkel Gissel Nielsen Vi kender alle de skræmmende billeder af fugle og pattedyr smurt ind i olie efter et udslip. Den største biomasse i havet udgøres imidlertid af de nederste dele af fødekæden. Og hvordan de reagerer på olie, ved man generelt meget lidt om. Vi har gennem de seneste år taget de første skridt til at undersøge, hvad olieforurening vil betyde for dyreplankton som vandlopper, og hvordan olie kan påvirke den indbyrdes konkurrence mellem de arter af krebsdyr, som udgør fødegrundlaget for resten af livet i havet. Resultaterne viser, at heller ikke havets mindste skabninger vil gå fri. Olieventyret kommer Det er både dyrt og risikabelt at udbygge nye oliefelter i Arktis på grund af det hårde vejr og den ekstreme kulde, men med klimaforandringer og mindre havis, vil der for alvor blive adgang til de potentielle olierigdomme. Et skøn lyder, at der bare i Grønlands undergrund kan ligge henholdsvis 31 milliarder tønder olie og gas ved den nordøstgrønlandske kyst og 17 milliarder tønder olie og gas i områderne vest for Grønland og øst for anada. Tallene kommer fra Kongeriget Danmarks Arktiske Strategi , som er vedtaget i fællesskab af Danmark, Færøerne og Grønland. Samtidig kan klimaændringerne åbne op for øget skibstrafik. Efterhånden som havisen forsvinder, vil det blive muligt at sejle ad ruter og i områder, som i dag er utilgængelige, og hvor man kan skyde genvej til Asien. Der er allerede skibe, som har passeret både nordvest og nordøst om Grønland, og alt tyder på, at både krydstogtssejlads og transport med gods og olie vil tage til i fremtiden. Både olieudvinding og øget skibstrafik rummer en potentiel trussel i form af utilsigtede olieudslip i de sårbare arktiske marine økosystemer. Ikke kun et problem for fugle og sæler idtidige undersøgelser af effekter af olieforurening i Arktis har haft fokus på dyr øverst i fødekæden. Det skyldes for det Foto: Diskobugten i slutningen af april 2008 lige efter isopbrud. Grønlandshvalen er en af Diskobugtens toprovdyr, som vil blive påvirket hvis sammensætningen og biomassen af vandloppesamfundet ændres. Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på aktuelnaturvidenskab.dk

31 10 A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b Ø K O L O G I Vigtige vandlopper Dyreplankton spiller en afgørende rolle i det arktiske økosystem, fordi de udgør det vigtigste led for overførsel af energi fra planteplankton (primærproducenterne) til højere trofiske niveauer, der repræsenteres af fisk, havfugle og pattedyr i det marine miljø, og hvor isbjørne og mennesker udgør det sidste led i fødekæden. De store vandlopper tilhørende slægten alanus er en nøglegruppe i arktiske økosystemer og de dominerer dyreplanktonet. alanus-vandlopper lever af planteplankton og andre mikroorganismer i havet. Når vandlopperne spiser planteplankton ophober de overskudsenergi i form af fedt. Man mener, at denne fedtbaserede energistrøm er den primære årsag til de store populationer af fi sk, fugle og pattedyr i arktiske områder. første, at oliestofferne bioakkumuleres, dvs. ophobes i dyrene øverst i fødekæden, og for det andet, at fugle, sæler og hvaler har stor betydning for lokalsamfundene i Arktis. Så mens vi har en god grundlæggende viden om, hvordan olie påvirker fugle og havpattedyr, så ved vi stort set ingenting om, hvad konsekvenserne af en forurening kan blive for de dyr nederst i fødekæden, som alle de øvrige dyr er afhængige af som føde. Det gælder f.eks. for dyreplankton som vandlopper, der set i forhold til biomasse, dvs. samlet vægt af alle dyr, er den største dyregruppe i havet i Arktis. Diskobugten under luppen I Diskobugten i Vestgrønland er vandlopperne en af de nødvendige forudsætninger for det rige dyreliv i bugten, som huser omkring en tredjedel af Grønlands befolkning. Blandt andet ligger byen Ilulissat her samt den verdensberømte Jakobshavn gletscher, som fodrer bugten med store isfjelde. I bugten er der et økonomisk meget vigtigt fiskeri på blandt andet helle fisk og rejer. Gennem de sidste 20 år har vi arbejdet med at undersøge og beskrive planktonfødekæden i bugten med base fra Arktisk station (Københavns Universitets feltstation) i Qeqertarsuaq på Diskoøen. De seneste år har vi, i samarbejde med Grønlands klimaforskningscenter i Nuuk og Eva Friis Møller, Aarhus Universitet, undersøgt samspillet mellem plankton og klima, bl.a. med fokus på forårsopblomstringen i Diskobugten. Gennem de forskellige projekter har vi opbygget en stor grundviden og erfaring i at håndtere de dominerende vandloppearter under laboratorieforhold. Det har betydet, at vi, parallelt med de mere grundvidenskabelige projekter, siden 2006 også har kunnet lave de første spæde undersøgelser af, hvordan olie (med pyren som teststof se boks) påvirker de forskellige alanusvandloppers grundlæggende fysiologi og udvikling. Vores undersøgelser viser, at oliestofferne har en tydelig negativ effekt på den basale del af fødekæden, og at effekten Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på aktuelnaturvidenskab.dk

32 A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b Ø K O L O G I 11 Fotos: Russ opcroft De tre alanus arter som findes i Diskobugten er umiddelbart ens, men adskiller sig i størrelse og fedtindhold, hvor de to arktiske arter, alanus glacialis og. hyperboreus, indeholder væsentlig mere fedt end den sydfra kommende art. finmarchicus. varierer mellem arter. idtil har man hovedsageligt arbejdet med effekter af oliestoffer på voksne vandloppehunner. Men i sit speciale undersøgte Julie. Grenvald effekterne af olie og temperatur på klækning af æg og den tidlige udvikling af vandloppernes larvestadier kaldet nauplier. Vandloppernes livscyklus indeholder en række stadier (se figur) og særligt tyder det på, at det især er de yngste stadier, som oplever nedsat vækst og overlevelse ved olieeksponering. Og det er netop de tidlige vandloppestadier, som mange fiskelarver har øverst på menuen. Olieudslip i Vestgrønland Utilsigtede olieudslip opstår typisk ved boring i form af ukontrollerede blowouts, dvs. en udblæsning af olie fra et borehul i undergrunden, eller i forbindelse med håndteringen af olien og den efterfølgende bugsering og transport. Olieudslip i kystnære områder som Diskobugten betragtes generelt som mere skadelige for økosystemerne end olieudslip i det åbne hav, fordi kystområderne huser både ynglende havfugle og rummer følsomme gydeområder for mange fiskearter. Oliespild i isfyldte farvande giver også særlige problemer, da den lave temperatur virker konserverende på olien, fordi både fordampning og de biologiske nedbrydningsprocesser går langsommere, samtidigt med, at isen vanskeliggør opsamling af olien. Det betyder, at livet i havet, herunder vandlopperne, risikerer længere eksponering til de giftige stoffer. Tre vandloppearter konkurrerer I Vestgrønland og Diskobugten er dyreplanktonet domineret af tre arter af alanus-vandlopper. To af arterne; alanus hyperboreus og alanus glacialis er arktiske arter, som er tilpasset kolde vandtemperaturer. Den tredje art, alanus finmarchicus, er en nordatlantisk art, som er tilpasset varmere temperaturer. De tre vandloppearter sameksisterer og optræder tilsammen i så enorme mængder, at Grønlandshvalen i århundreder er kommet dertil for at æde vandlopper. Balancen mellem de tre arter varierer med temperatur og andre forhold i bugten. Og for de fisk, som lever af vandlopperne, har det stor betydning, om det er de arktiske eller den atlantiske art, som klarer sig bedst. Det skyldes, at indholdet af det energirige fedt, som er livsvigtigt for at overleve i Arktis, er langt mindre i den atlantiske art end i de to arktiske arter. Netop det at kunne oplagre meget fedt er en særlig tilpasning typisk for en arktisk art som alanus glacialis. Denne vandloppe, der bliver ca. en halv cm, har evnen til at spise opepoditstadier (1-6) 1 6 Livscyklus af alanus-vandlopper fra udviklingen af æg til det voksne individ. Når æggene klækkes gennemgår de 6 nauplie-stadier, hvorefter de skifter til 5 såkaldte copepodit-stadier. Efter 5 af disse stadier er vandlopperne fuldvoksne. alanus finmarchicus kan gennemgå cyklus på et år, mens de to arktiske arter er fl ere år om at blive voksne. rigeligt, når der er mad tilgængeligt og lagre fedtet i kroppen, så den kan tære på det under den lange, mørke og uproduktive vinter, hvor vandloppen går i dvale nær bunden. Om foråret stiger. glacialis op til overfladen igen og begynder at lægge æg. Det kan den gøre på tom mave med udgangspunkt i dens oplagrede fedtreserver. På den måde kan den reproducere sig allerede før N6 N5 Æg N1 N2 N3 N4 Nauplie-stadier (N1-N6) forårsopblomstringen af alger, som vandloppe-larverne (nauplier) lever af, går i gang om foråret. Det betyder, at afkom af alanus glacialis kan få et vigtigt forspring i forhold til f.eks. nauplier af den atlantiske art, alanus fi nmarcichus, som har meget mindre fedtreserver og derfor er nødt til at vente på forårsopblomstringen for selv at spise, før den kan reproducere sig. Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på aktuelnaturvidenskab.dk

33 12 A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b Ø K O L O G I Pyren som teststof At studere effekter af olie i havmiljøet kan være problematisk, idet man selvsagt nødigt vil hælde olie ud i miljøet alene for at studere det. Derfor er man nødsaget til at studere effekter efter ulykker med spild eller lave kontrollerede laboratorieforsøg med olie og oliestoffer. De beskrevne studier har anvendt pyren som modelstof. Pyren tilhører den kemiske gruppe af polycykliske aromatiske kulhydrater (PA'ere), og består af 4 benzenringe. PA'ere er svært opløselige i vand og binder sig omvendt hurtigt til fedtstoffer. Denne gruppe repræsenterer nogle af de mest giftige stoffer i det marine miljø, som kan være kræftfremkaldende og forårsage DNA-skader. PA'ere i miljøet stammer fra oliespild, men kommer også fra forbrænding af blandt andet fossile brændstoffer. Råolie indeholder mange forskellige stoffer inklusiv PA'ere, og fordelingen er afhængig af lokaliteten, men pyren er som regel altid en komponent, der kan fi ndes efter et oliespild. Det gør stoffet velegnet til modelstudier af effekter af oliestoffer og i tilgift er det praktisk at håndtere og dosere i laboratorie- og feltforsøg. Pyrenmolekylet består af fi re sammenkædede benzenringe og er en lavmolekylær PA, der er lysfølsomt. Stoffet er giftigt for akvatiske organismer, men dets nedbrydningsprodukter kan være mange gange mere giftige. Klimaændringer tipper balance Effekter af klimaforandringerne er nu allerede synlige i Diskobugten i form af mindre havis og kortere perioder med isdække. Vores forsøg har vist, at fremtidens varmere vand kan betyde, at alanus glacialis mister den fordel, den har i dag med at kunne producere æg før de andre på tom mave, og at den sydlige art, alanus fi n- marchicus, til gengæld vil blive hyppigere forekommende. For fiskeynglen i området kan det blive som, hvis madpakken skiftede fra at indeholde fuldfedt flæsk til riskiks. Der vil fortsat være mad til den øvre del af fødekæden, men det kan blive sværere at få fedt nok til at klare sig gennem den mørke og kolde periode. Opsætning af forsøg. De mange flasker indeholder kombinationer af æg af de to vandloppearter,. finmarchicus og. glacialis, og oliestoffet pyren. Udviklingen af æg til vandloppe-larver blev fulgt ved tre temperaturer (0, 5 og 10 grader) over en periode på maksimalt 30 dage. Nauplie-larvernes vækst og overlevelse blev efterfølgende noteret ved de forskellige behandlinger for at kunne udlede potentielle effekter af oliestoffet og stigende temperatur. Daglige dødelighed per individ 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Kontrol 0 nm 0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm. finmarchicus Temperatur ( ) Figurerne viser dødeligheden (per dag) af nauplie-larver ved 0,5 og 10 grader og ved de forskellige koncentrationer af oliestoffet pyren. Det ses tydeligt, at dødeligheden stiger ved øget temperatur hos begge arter. Når pyrenkoncentrationen er høj ses det, at dødeligheden stiger markant ved høj temperatur (10 grader) hos. finmarchicus. Dette er ikke tilfældet for. glacialis, da artens større fedtindhold formodentlig virker som en buffer over for de giftige stoffer i olien. Daglige dødelighed per individ 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Kontrol 0 nm 0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm. glacialis Temperatur ( ) Foto: Torkel Gissel Nielsen. Følsomhed afhænger af fedt I de tidligste stadier af vandloppelarver (nauplier) hos både den arktiske og fede. glacialis og den nordatlantiske, tynde. finmarchicus, viste vores forsøg, at dødeligheden efter eksponering til pyren var stor ved lav temperatur. Men ved høj temperatur, som. finmarchicus burde kunne tolerere, var dødeligheden markant højere end hos. glacialis. Så til trods for at. glacialis er tilpasset kolde temperaturer, vil arten tolerere et varmere klima med samtidig olieforurening bedre end. finmarchicus. Forskellen i de to arters tolerance overfor oliestoffet pyren forklarer vi med de to arters forskellige fedtindhold. Fedt virker som en buffer, der akkumulerer giftstofferne fra olien, og på den måde udsætter en skadelig effekt. Det betyder, at arter med et mindre fedtindhold, som. finmarchicus, hurtigere vil blive udsat for oliens giftstoffer, der enten vil skade deres organisme (med fatale konsekvenser) eller tvinge den til at bruge vigtige energiressourcer på at nedbryde de skadelige stoffer. vordan. glacialis påvirkes på længere sigt, når det olieholdige fedt mobiliseres under overvintringen, og i forbindelse med dannelse af æg Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på aktuelnaturvidenskab.dk

34 A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b Ø K O L O G I 13 Om forfatterne Julie ornelius Grenvald er videnskabelig assistent DTU Aqua i Sektion for marin økologi og klima [email protected] Morten jorth er ph.d. i marin økotoksikologi, OWI [email protected] Bundvands-container Fra 1. marts har cand. scient. Malene Møhl, sammen med Rasmus Dyrmose Nørregaard og Laila Espersen, som skriver speciale i Akvatisk Videnskab og Teknologi ved DTU Aqua, undersøgt effekterne af oliestoffer på den fedeste vandloppeart, alanus hyperboreus, såvel som på de to mindre arter, hvis de bliver udsat for olien, mens de står i deres overvintringsdybder før og efter forårsopblomstringen af alger. De tre har arbejdet i ned til minus 28 graders kulde på isen ud for Arktisk Station for at hente prøver, som de senere har oparbejdet i en laboratoriecontainer på Arktisk station. Temperatur og lysforhold i containeren kan reguleres, så de følger forholdene ved bunden af Diskobugten, hvor vandlopperne overvintrer. På billedet ses Malene Møhl, Rasmus Dyrmose Nørregaard og Laila Espersen i laboratorie-containeren ved Arktisk Station. (Foto Line Reeh). til en kommende sæson, vides ikke og bør undersøges i fremtidige studier. Effekter med tidsforsinkelse I vinteren/ foråret 2012 havde vi for første gang mulighed for at undersøge, hvordan pyren påvirker den største og fedeste af vandlopperne, alanus hyperboreus, som gyder på dybt vand midt om vinteren. Det er lykkedes i år, fordi bugten i vinter, efter to sæsoner næsten uden is, har været totalt dækket af havis, som har gjort det muligt at indsamle vandprøver med denne fede vandloppe gennem borehuller i isen og tage dem med tilbage i laboratoriet, hvor vi har lavet forsøg i en klimareguleret container (se boks). De foreløbige resultater tyder på, at når vandlopperne udsættes for oliens giftstoffer i deres overvintringsdybder har det stor betydning for deres reproduktion og fødeoptagelse den føl- gende sæson. Dermed bør også denne form for påvirkning tages i betragtning, når effekterne af en potentiel olieforurening på de arktiske fødekæder, skal vurderes. Næste skridt Fiskeprodukter er Grønlands vigtigste eksportvare. Og blandt andet i Diskobugten foregår efterforskningen af olie i områder, som også er vigtige gydeområder for flere kommercielt centrale bestande af blandt andet rejer og hellefisk. Bugten er også et vigtigt spisekammer for en stor del af verdensbestanden af Grønlandshvaler. I takt med at olieefterforskningerne bliver udbygget, vil der også være et stigende behov for pålidelige moniteringsredskaber til at vurdere potentielle risici af olieforurening i det marine økosystem. erunder et forbedret kendskab til centrale nøgleorganismers følsomhed over for oliestoffer. Vi har nu etableret den grundlæggende viden om olieeffekter på det dominerende dyreplankton i Diskobugten. Næste skridt bliver yderligere at undersøge, hvordan olieeksponering af overvintrende vandlopper påvirker deres fødeoptag og reproduktion, når de efter isens opbrud svømmer op i de produktive overfladelag, samt at undersøge mere komplekse olieblandingers effekter. En omfattende kortlægning og modellering af hele den basale del af havets fødekæde i en varmere og oliepåvirket fremtid vil give den fornødne viden til at forvalte den delikate balance mellem en beskyttelse af havets vigtige fødekæder og en hensigtsmæssig udnyttelse af oliereserverne i det sårbare Arktis. Projektet har gennem tiderne været støttet af FNU, EUROBA- SIN, Grønlands klimaforskningscenter, arlsbergfonden, Nordisk Ministerråd, WWF og Oticon. Line Reeh er cand.mag. og journalist ved DTU Aqua [email protected] Torkel Gissel Nielsen er professor, dr.scient DTU Aqua, Sektion for marin økologi og klima [email protected] Yderligere læsning Jensen M, Nielsen TG, Dalhöff (2008). Effects of pyrene on grazing and reproduction of alanus finmarchicus and alanus glacialis from Disko Bay, West Greenland. Aquatic Toxicology 87: jorth M & TG Nielsen (2011) Arctic oil exploration in a warmer future: Potential impacts on key zooplankton species. Mar. Biol. 158: ) Nielsen TG (2006). Plankton fødekæden grundlaget for livet i Diskobugten; i Arktisk Station Arktisk Station & Forlaget Rhodos. p Riisgaard K, Agersted MD, Jung-Madsen S, Swalethorp R & Nielsen TG (2011). Et hav i forandring. Aktuel Naturvidenskab 2: Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på aktuelnaturvidenskab.dk

35 Begrebsforklaring til Olie i Arktis- Eventyr eller mareridt? Fatale konsekvenser: med uundgåelige, som regel katastrofale følger Biomasse af de nederste dele af fødekæden: Vægten af levende organismer som er først i fødekæden dvs. planter og planteædere Tønde olie: 158 L olie Potentiel trussel: Mulig trussel Utilsigtet: Uden at det var meningen Forårsopblomstringen: Den kraftige væksten af planteplankton der sker i foråret Pyren: Oliemolekyle som bruges som teststof Bugsering: Fjernelse Økosystem: Område af naturen Ynglende fugle: Fugle som formerer sig Gydeområder: Områder hvor fisk lægger deres æg Dvale: viletilstand Reproducere: Formere Akkumulerer: Ophobe Mobiliseres: Transporteres Moniteringsredskaber: Måleudstyr

36 5.a: Konsekvenser af olieudvinding Læs teksten Olie i Arktis - Eventyr eller mareridt? højt for hinanden i grupper Arbejdsspørgsmål: vilken dyregruppe er den største i Arktis i forhold til biomasse? vilke stadier for vandlopperne oplever især nedsat vækst og overlevelse ved olieeksponering? vordan opstår olieudspil i Grønland? vorfor er det særlig problematisk at have olieudslip i isfyldte farvande? vordan får vandloppen alanus glacialis et forspring i forhold til de andre vandlopper? vordan har fedtindholdet i vandlopperne indflydelse på hvor meget et olieudslip vil skade dem? vordan kan et olieudslip påvirke det arktiske økosystem?

37 Fremtidens biodiesel: Kom fedtaffald i tanken! Anders Theilgaard Madsen, Esben Taarning og laus viid hristensen, enter for Bæredygtig og Grøn Kemi, Kemisk Institut, DTU Mange tror måske, at det er svært for menigmand at lave biobrændstof. Det er faktisk forkert, fordi biodiesel nemt kan laves af kemikalier, der er ret almindelige i laboratorier og hos købmanden og materialisten. Det kræver blot en såkaldt om-estring af planteolie eller fedt med methanol, samt kaliumhydroxid som katalysator. erved opnås de såkaldte fedtsyre-methylestere, der er bedre kendt som biodiesel. I denne artikel gennemgås fremstillingsprocessen og sætter biodieselfremstillingen i perspektiv. vad er diesel? Størstedelen af den diesel, der anvendes på verdensplan fås som middeldestillat fra råolien på et raffinaderi. Det behandles med brint under tryk (såkaldt hydrotreating ), hvorfra det er anvendeligt som dieselolie. Resten af dieselolien fremstilles ved katalytisk krakning med brint ( hydrocracking ) af nogle af de tunge restprodukter fra råoliedestillationen, den såkaldte vakuumgasolie, og er herpå også anvendelig som dieselbrændstof. Diesel er altså en blanding af et utal af kulbrinter, og molekylerne indeholder normalt fra 10 til 16 -atomer. Diesel har et højere kogepunkt end benzin; mens kogepunktsintervallet for benzindestillatet er ved 1 atm, er dieseldestillatets kogepunktsinterval De vigtigste egenskaber for diesel er cetantal, viskositet, brændværdi og filterblokeringspunktet, som er sammenlignet i Tabel 1. Oktantallet for benzinbrændstof er måske kendt af mange bilister med benzinbiler, da det angiver brændstoffets stabilitet mod at selvantænde (og dermed modstå bankning). etantallet er analogien for diesel, men er rent teknisk nærmest det omvendte: Det angiver, hvor nemt brændstoffet selvantænder i motoren. Diesel indsprøjtes i motoren lidt før stemplets toppunkt, og her skal det Matematik Kemi Figur 1: Biomasse måske en af fremtidens brændstofkilder? 26 LMFK-bladet, nr. 1, januar 2009

38 Sommerdiesel (EU) Biodiesel etantal >51 48 til 65 Brændværdi (nedre) Densitet 43 MJ kg 0,835 kg L MJ 32 kg kg 0,88 L Filterblokeringspunkt til 16 Tabel 1: Diesels og biodiesels vigtigste egenskaber. helst selvantænde øjeblikkeligt. Derfor har dieselmotoren ingen tændrør. Det betyder også, at hvor kulbrinterne i benzin helst skal være korte og forgrenede for at opnå stabilitet mod selvantænding, så skal kulbrinterne i diesel helst være lange, lige kulstofkæder, så molekylerne lettest kan selvantænde i indsprøjtningen. Brændværdi og densitet siger noget om, hvor langt der kan køres på et kg eller en liter brændstof, og dette er også normsat for dieselbrændstof. Omkring 43 MJ kg e l l e r 3 6 MJ L er normalt med en gennemsnitlig densitet på 0,835 kg L. Filterblokeringspunktet angiver, ved hvilken temperatur et filter stopper til med små krystaller af kulbrinter, der fryser og derfor udkrystalliserer i dieselolien. Dette er særlig relevant i Nordamerika, Skandinavien og Rusland, hvor der af hensyn til kuldeegenskaber må sendes både sommer- og vinterdiesel på markedet. I tabel 1 er de vigtigste egenskaber for normal sommerdiesel samt for biodiesel vist. skiftes ud med en anden alkohol og det er præcis, hvad der sker: Glycerolmolekylet, der er en triol og holder fast i de tre fedtsyrer gennem esterbindingerne, byttes ud med 3 methanolmolekyler. Dette betyder, at et tungt triglycerid kløves til 3 mindre biodieselmolekyler, som har lavere viskositet og bedre brændstofegenskaber. Fremstilling af biodiesel ved omestring kræver en basisk katalysator. Normalt anvendes kaliumhydroxid (KO), da det er billigt og fuldt opløseligt i methanol. Generelt kan denne reaktion opskrives som vist i figur 3. På denne måde fås biodiesel i form af FAME, som kan anvendes rent eller iblandet petrodiesel i alle moderne dieselbiler. Biodiesel er fuldt blandbar med petrodiesel, så biodiesel kan rimelig uproblematisk anvendes i den allerede eksisterende brændstofinfrastruktur. Selvom ovenstående fremgangsmåde virker simpel, er det faktisk præcis den måde, som biodiesel produceres på i industriel skala i dag. Fedt og fedtsyre-methylestere Olie og fedt kommer fra planter eller animalske kilder og består næsten udelukkende af tri-estere af glycerol (glycerin) og 3 fedtsyrer. Som bekendt er en ester en forbindelse mellem en alkohol og en carboxylsyre, og her binder alkoholen glycerol til hver af de tre fedtsyrer. Triesteren kaldes derfor et triglycerid, som ses i figur 2 a). Biodiesel er derimod en mono-ester mellem methanol og en fedtsyre en såkaldt fedtsyre-methylester, forkortet FAME, fatty acid methyl ester. Biodiesel kan fremstilles ved om-estring. også kaldet transesterificering, af triglyceriderne med methanol. Navnet antyder, at alkoholen i esteren O O O O O O R R R Triglycerid (fedt) 3 O LMFK-bladet, nr. 1, januar O R Biodiesel (FAME) a) b) Figur 2: a) Triglycerid, dvs. olie eller fedt og b) fedtsyre-methylester (biodiesel). R betegner den lange kulbrintekæde, som ndes i fedtsyrer. Matematik Kemi

39 O O O R O 3 O R O O R O KO O + 3 O O R O O O R O 3 O R Figur 3: Omestring af triglycerid med methanol til glycerol og biodiesel. Man navngiver brændstoffet efter hvor mange masseprocent biodiesel, der findes i dieselblandingen. I Danmark må det for eksempel forventes, at vi indenfor nogle år kan køre med B5 eller B10 altså med henholdsvis 5% eller 10% Biodiesel. Den biodiesel, der sendes på markedet, skal certificeres ud fra en række brændstofspecifikationer. Analyse af biodiesel er en omstændelig affære, som bør overlades til producenterne, der har udstyret til det. Bl.a. kræves indtil flere analyser med forskellige typer gaskromatografi. Man vil måske mene, at det er bedre at kunne bruge ethanol eller højere alkoholer frem for methanol, idet de normalt ikke er nær så giftige, og allerede fremstilles i stor skala, ofte ud fra fornybare ressourcer. Det kan rent teknisk godt lade sig gøre; men højere alkoholer end methanol b) Matematik Kemi a) Figur 4: a) Kemikalierne til biodieselfremstilling: Methanol, kaliumhydroxid og rapsolie, b) biodieselfase og alkoholfase ved separation i skilletragt. 28 LMFK-bladet, nr. 1, januar 2009

40 medfører blandt andet, at reaktionen tager længere tid og skal foregå ved højere temperaturer, samt at også separation tager længere tid og kan være svær at tilendebringe. Man skal desuden være opmærksom på, at alkoholen skal være helt vandfri. Methanol er nemmest og hurtigst at reagere og separere med, og som reagens i teknisk skala til biodieselproduktion er det også det billigste. Det bør bemærkes, at FAME også fungerer som opløsningsmidler for organiske forbindelser. Dette betyder, at ældre brændstofsystemer slanger, rørføring, samlinger mv. ikke nødvendigvis kan holde til at køre med særlig stor iblanding af biodiesel. Alle nyere dieselbiler er dog certificeret til at kunne anvende en vis procentdel af FAME i petrodiesel, og vil normalt kunne køre på mindst B5. Samtidig har FAME exceptionelt gode smøreegenskaber, og der behøves ikke additiver i brændstoffet for at smøre motoren. Forsøg: Fremstilling af biodiesel fra rapsolie og methanol 4 gram KO opløses i 100 ml methanol i en rundbundet 1 L kolbe. 500 ml rapsolie hældes over i blandingen af kaliumhydroxid og methanol (et molært overskud af methanol på ca. 1,8). Der omrøres med magnetomrører i mindst 30 minutter. Det kan observeres undervejs, at blandingen bliver uklar. erefter hældes blandingen på en skilletragt, og glycerol og overskydende methanol vil langsomt skilles fra biodieselfasen. Det tager et par timer for en god adskillelse. Nederst vil der lægge sig en alkoholfase af glycerol og overskydende methanol med den opløste kaliumhydroxid, mens den øverste fase på 0,5 L er så godt som ren biodiesel. usk sikkerhedsbriller, kittel og at arbejdet skal foregå i stinkskabet kaliumhydroxid er stærkt ætsende, og methanol er giftigt. Det er desuden på eget ansvar, hvis man fylder det på sin dieselbil men hvis man har været omhyggelig, så virker det fint. Biodieselfasen kan indeholde rester af methanol og kaliumhydroxid i spormængder, og er i øvrigt letantændelig. 1. Generations biodiesel Der tales meget om biobrændstof af henholdsvis 1. og 2. generation. Når der normalt tales om 1. generations biobrændstoffer, er det biobrændstoffer fremstillet af planteolier det vil sige, at der dyrkes planter med det formål at fremstille brændstof af det primære planteprodukt. I Europa fremstilles 1. generations biodiesel typisk af rapsolie i troperne kunne det være af palmeolie og sojaolie, i USA typisk af sojaolie, mens Indien ser et stort perspektiv for biodieselfremstilling af frugterne fra vejbredsplanten Jathropa urcas. En utraditionel kilde til 1. generations biodiesel er fedtproducerende algekulturer, der har en mange gange større potentiel arealudnyttelse end landbrug. Der er imidlertid det problem, at opdyrkning af landbrugsarealer med brændstofformål for øje forhindrer, at der kan dyrkes fødevarer på arealerne og det drejer sig om ganske store arealer for blot at dække brøkdele af dieselbehovet i for eksempel Danmark med raps-biodiesel. I Danmark produceres der årligt 100 kton biodiesel fra rapsolie på virksomheden Emmelev Frø A/S på Fyn, som dog i øjeblikket eksporteres til det tyske marked, grundet en mere gunstig lovgivning (subsidier) for biobrændstoffer syd for grænsen. De fleste vil nok finde det betænkeligt at anvende frugtbart landbrugsareal til at dyrke planter til biobrændstof, hvis en del af verdens befolkning er underernæret eller sulter, og fødevarepriserne på verdensmarkedet stiger. Ligeledes er det ikke miljøvenligt at fælde regnskov for at dyrke soja eller palmeolie, da afbrænding af regnskov og tørvemoser frigør så meget O 2, at det vil tage mange årtier, inden biobrændstoffet er blevet O 2 -neutralt i forhold til den oprindelige regnskov. Endvidere ødelægges habitater og økosystemer herved. 1. Generations biodiesel kan altså godt være højst miljøskadeligt. Af samme grund er der stor interesse i at bruge affaldsprodukter til at fremstille biodiesel altså såkaldt 2. generations biodiesel. LMFK-bladet, nr. 1, januar Matematik Kemi

41 2. Generations biodiesel 2. generations biobrændstoffer fremstilles af affaldsprodukter, og til biodiesel er det derfor forskellige typer restfedt og affaldsfedt, for eksempel brugte stegeolier fra restaurationsbranchen eller affaldsfedtstoffer fra fødevarebranchen, for eksempel slagterier. Det sidstnævnte er faktisk præcis hvad den danske virksomhed Daka Biodiesel A.m.b.a. gør: De omtrent 25 mio. slagtesvin, der årligt produceres i Danmark medfører en affaldsmængde på omtrent 55 kiloton fedtaffald, og dette indgår nu i produktion af 2. generations biodiesel. Det er sikkert velkendt, at fedt kan hydrolyseres, altså reagere med vand og danne fedtsyrer og glycerol. Dette sker i høj grad i fedtaffaldsprodukter, der kan indeholde en del vand samt kan have et højt indhold af frie fedtsyrer, ofte over 10%. De frie fedtsyrer udgør et problem for omestringen af fedtstoffet til biodiesel med base, idet de reagerer med katalysatoren og danner sæbe. Det er derfor nødvendigt at forbehandle fedtstoffet med en syre i methanol for at for-estre de frie fedtsyrer til biodiesel. Dette er vist i figur 6. Figur 5: Direktør i Daka Biodiesel, Kjær Andreasen, med sin itröen 5, der kører problemfrit på indtil 50% iblanding af biodiesel fra slagteriaffald i petrodiesel. Glycerol Af figur 2 kan det ses, at omestringen resulterer i glycerol som biproduktet. For hvert ton biodiesel der fremstilles, fås omtrent 100 kg glycerol som biprodukt. Biodiesel-fremstillingen på verdensplan stiger, og derfor overstiger produktionen af glycerol efterhånden behovet for kemikaliet (750 kton i 1998). Med et estimat for biodieselfremstillingen i Europa på 10 Mton i 2010, vil produktionen af glycerol alene herfra være 1 Mton. At omdanne glycerol til nyttige kemikalier er derfor et stort, internationalt forskningsområde. Fremtiden Brændstoffer vil nok fortsat være de kemiske produkter, som er mindst værd pr. kilogram og skal bruges i størst mængde, og derfor er det særlig vigtigt, at fremstillingen af brændstof bliver billigere og stadigt mere bæredygtig. Olie er en fossil ressource, der ikke kan fornys, og der hersker overvejende enighed om, at O 2 fra afbrænding af olien resulterer i drivhuseffekt. Derfor er der også fortsat en stor interesse i at kunne omdanne fornybare affaldsprodukter til brændstoffer, så de er et fundament for fortsat mobilitet. Matematik Kemi O O R O 2 SO 4 2 O 3 O fri fedtsyre methanol vand biodiesel (FAME) Figur 6: Forestring af frie fedtsyrer og methanol til vand og biodiesel O R 30 LMFK-bladet, nr. 1, januar 2009

42 Begrebsforklaring til Fremtidens biodiesel: Kom fedtaffald i tanken Omestering: Processen, hvor en gruppe i esterne udskiftes med en alkohol. I reaktionen med biodiesel udskiftes fedtsyrerne med methanol Methanol: 3 O Kaliumhydroxid: KO Katalysator: Stof som får reaktionen til at ske hurtigere Fedtsyre-methylestere: Det kemiske navn for biodiesel Katalytisk krakning: Lange -kæder som nedbrydes til mindre -kæder Kulbrinter: Molekyler med carbon og hydrogen. Kaldes også carbonhydrider etantal: Angiver, hvor nemt et brændstof selvantænder i motoren Viskositet: Angiver, hvor tungtflydende (sejt) en væske eller gas er. F.eks. har havregrød en højere viskositet end vand. Brændværdi: Angiver, hvor meget energi der er i brændstoffet. Filterblokeringspunktet: Angiver, ved hvilken temperatur et filter stopper til med små krystaller af kulbrinter Bankning: Opstår i en benzinmotor, hvis der skabes for højt tryk i cylinderen for tidligt. Densitet: Angiver forholdet mellem massen og volumen af et stof. F.eks. har vand en højere densitet end olie. Tri-estere/triglycerider: Opbygningen af de fleste fedtstoffer, hvor glycerol er bundet med 3 fedtsyrer Glycerol: 3 8 O 3 Transesterificering: Se omestering Gaskromatografi: Analyse metode abitater: Levested for planter og dyr Mton = megatons ( tons)

43 6: Arbejdsspørgsmål til artiklen Fremtidens biodiesel- kom fedtaffald i tanken 1. vad skal vi bruge for selv at fremstille et biobrændstof? 2. vad kalder vi processen? 3. vad har højest brændværdi almindelig diesel eller biodiesel? 4. vad betyder FAME? 5. Kan biodiesel anvendes uproblematisk? 6. vor mange % biodiesel indeholder en typisk dieselblanding? 7. vorfor anvendes methanol til omestring i stedet for ethanol? 8. vad er 1. generations biobrændstof? 9. Er det fuldstændig problemfrit at fremstille 1. generations biobrændstof? 10. vad er 2. generations biobrændstof? 11. vad er råvarerne til 2. generationsbiodiesel?

44 Fra spæk til biodiesel Vejledningen bygger på øvelsen Biodiesel fra Aurum 2 Formål: At fremstille biodiesel ud fra spæk Teori: Ved at lade triglycerider (fedt) reagere med methanol kan der ske en omesterificering, hvorved der dannes methylestre af de fede syrer, der indgår i triglyceriderne. Reaktionen katalyseres af stærk base. Methylestrene, der betegnes biodiesel, er brandbare og temmelig letantændelige. Triglycerid + 3 Methanol Glycerol + 3 Biodiesel Materialer: Måleglas 50 ml Måleglas, 10 ml Rundkolbe 100 ml Bægerglas, 400 ml (lav form) Bægerglas, 250 ml Magnetomrører Varmeplade Magnet Termometer Skilletragt, 200 ml Spæk fra sæl eller hval Methanol Kaliumhydroxid Fremgangsmåde: Spækken opvarmnes og 50 ml fedt afmåles i et måleglas. Glasset med fedt vejes (og massen noteres). I en 100 ml rundkolbe anbringes 0,4 g kaliumhydroxid og 10 ml methanol. Kolben forsynes med en magnet og anbringes i et 400 ml bægerglas, der igen er anbragt på en magnetomrører (med varmeplade). Omrøringen startes. Når det faste stof er opløst, tilsættes fedtet fra måleglasset.

45 Det (næsten) tomme glas vejes igen, således at det er muligt at bestemme massen af fedtet. Derpå hældes 60 varmt vand i bægerglasset, således at vandet står lidt højere end væsken i kolben. Lad kolben stå under omrøring i 1 2 time. Temperaturen skal holdes tæt på 60. Brug varmepladen på lav indstilling, og sluk straks, hvis temperaturen bliver for høj. Når den halve time er gået, afbrydes opvarmning og omrøring. Indholdet i kolben afkøles ved at udskifte det varme vand i bægerglasset med koldt vand. Den afkølede reaktionsblanding overføres til en skilletragt. Når faseadskillelsen er tydelig, tappes den nederste fase ud og kasseres (den består primært af glycerol samt overskud af methanol og kaliumhydroxid). Den øverste fase forbliver i skilletragten. Den organiske fase - som består af næsten ren biodiesel - tappes ud i et 250 ml bægerglas, som anbringes på en varmeplade og opvarmes til 110 i ca. 5 minutter og afkøles atter. Pas på: Brandfare!- der må ikke være åben ild i nærheden. Et tomt præparatglas vejes, hvorpå biodieslen overføres hertil, og glasset vejes igen. Resultater: Masse af måleglas + 50 ml fedt Masse af (næsten) tomt måleglas Masse af fedt Masse af tomt 250 ml bægerglas Masse af 250 ml bægerglas med biodiesel Masse af biodiesel Efterbehandling 1. vorfor dannes der to faser i forsøget - kom ind på polære og upolære stoffer 2. vad er udbytte af biodieselen?

46 3. Opskriv den fuldstændige forbrænding af biodiesel (FAME, O 2 ) 4. Er det realistisk at omlægge hele Grønlands dieselforbrug til biodiesel, hvorfor/hvorfor ikke? 5. vad er fordelen ved at anvende biobrændsler frem for fossile brændsler, hvor siger man at de er O 2 neutrale?