Essay: Bio-ethanol uit fruit

Inleiding

In dit verslag zult u het onderzoek vinden dat wij hebben gedaan voor ons profielwerkstuk. Wij hebben onderzoek gedaan naar bio-ethanol, met name de hoeveelheid bio-ethanol die kan worden verkregen uit verschillende soorten fruit. Dit onderwerp hebben wij gekozen gezien bio-ethanol vrij actueel is en hier misschien nog grote uitvindingen in zitten voor de toekomst. Wij hebben ons ingelezen op het onderwerp na het lezen van een artikel over bio-ethanol en wij vonden het best interessant en kwamen op het idee het voor ons profielwerkstuk te kiezen. Gezien we eerst alleen het artikel hadden, hebben we veel zelf moeten onderzoeken en proefjes moeten doen. De resultaten zullen we uitleggen en hopelijk u er iets over leren. Het project was lang en soms wel wat lastig, maar we hebben zeer veel geleerd ervan. Het onderzoek hebben we met veel plezier gedaan, en wij hopen dat u dit verslag met veel plezier zult lezen.

Inleiding met betrekking op de theorie

Ethanol

Ethanol (ethylalcohol) is de meest voorkomende alcohol en hiermee ook de bekendste. De molecuulformule voor ethanol is C2H5OH, ook wel CH3CH2OH. Ethanol heeft een molmassa van 46,07 gram/mol en een dichtheid van 0,7894 gram/cm3. Het kookpunt ligt bij 78.4′(L).
Ethanol wordt tegenwoordig ook al als brandstof gebruikt of gemengd met andere brandstoffen. Op dit moment staat de grootste nationale industrie voor de productie van ethanol als brandstof in Brazili??. In Nederland wordt ethanol ook gemaakt om te gebruiken als brandstof. In de top 15 van producten van ethanol als brandstof staat Nederland op de negende plaats. Wanneer er ethanol wordt gebruikt als brandstof noemt men het bio-ethanol. Bio-ethanol is dus in feite hetzelfde als ethanol, die we als alcohol in ons drinken hebben zitten. De manier waarop het wordt gebruikt bepaald dus de naam.

Glucose

Glucose is een monosaccharide, dit wel zeggen een enkelvoudig suiker. Deze suiker is beter bekend als druivensuiker of dextrose. De structuurformule van glucose is C6H12O6.Glucose heeft een molmassa (mmol) van 180,16 gram/mol. Er zijn 2 stereo-isomeren van de aldohexo (dit is een suiker met 6 C (koolstof) atomen en een aldehyde groep) suikers die wij kennen als glucose. Een van de twee is de D-glucose, dit is een biologisch actief glucose, de ander is L-glucose. Waar D-glucose in de natuur voor komt word L-glucose gemaakt in een laboratorium. D-glucose is het meest voorkomend en deze is ook te gebruiken om energie van te krijgen in bijv. het menselijk lichaam. daarentegen levert de L-glucose ons geen energie. L-glucose word gebruikt als middel om je lichaam te stimuleren meer insuline aan te maken, dit zou een goede oplossing kunnen zijn voor mensen met diabetes type 2. Ook werkt dit suiker laxerend en wordt het door ziekenhuizen gebruikt bij pati??nten die een colonoscopie ondergaan.
Gist

De meeste mensen weten dat gist een erg handig organisme is voor bijvoorbeeld he bakken van brood, het maken van alcoholische dranken en het maken van schimmelkaas. Dit zijn maar een paar voorbeelden van het nut van gist. Maar wat is gist nu eigenlijk?

Figuur 1 Gist wordt gebruikt in de bereiding van brood en bier.

Gist is een eencellig organisme dat wordt ingedeeld in het rijk van de schimmels, waar bijvoorbeeld ook paddenstoelen bij horen. In tegenstelling tot bacteri??n is gist eukaryotisch. Bacteri??n zijn prokaryotisch. Dit betekent dat de gistcel is voorzien van een celkern waarin zich ook het DNA bevindt.

Gisten zijn op te delen in twee stammen, of phyla: Ascomycota en Basidiomycota. Andere benamingen voor deze twee stammen zijn respectievelijk zakjeszwammen en steeltjeszwammen. Gist behoort tot de Ascomycota en behoort vervolgens tot de orde Saccharomycetales.

Gist plant zich aseksueel voort. Op een moedercel groeit een knopje. Wanneer het knopje groot genoeg is deelt de celkern van de moedercel zich. Een van beide celkernen wordt de celkern van de knop, waarna de knop zich afsnoert van de moedercel. Een gistcel kan de knopvorming gemiddeld 12 tot 15 keer ondergaan voordat de cel niet langer meer in staat is zich te reproduceren. Naast deze knopvorming kunnen gistcellen zich ook seksueel reproduceren. Bij gistcellen zijn er twee ‘geslachten’: a cellen en alpha/?? cellen. Wanneer twee gistcellen van verschillende geslachten met elkaar in aanraking komen kunnen de gistcellen samensmelten. Eerst smelten de gistcellen zelf samen en vervolgens ook de kernen. Hierdoor ontstaat een celkern waarin de chromosomen tweemaal voorkomen, oftewel diplo??d. Vervolgens ontstaan er door meiose twee nieuwe a cellen en twee nieuwe ?? cellen. Een overzicht van de voortplanting van een gistcel is afgebeeld in figuur 2:

Figuur 2 Overzicht van de voortplantingscyclus van gistcellen. Een ruwe vertaling van de Engelse termen in de afbeelding zijn: budding=knopvorming, conjugation=samensmelting.

In dit profielwerkstuk wordt gewerkt met bakkersgist. De Latijnse naam voor bakkersgist is Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces komt uit het verlatijnst Grieks. Sacchara betekent suiker en myces betekent schimmel. Cerevisae komt uit het latijn en betekent ‘van (het) bier’. Ook is het een verwijzing naar de Romeinse godin van de landbouw, Ceres.

Bakkersgist wordt, zoals de naam al doet vermoeden, gebruikt bij het bakken van brood. Bakkersgist zorgt er namelijk voor dat het brooddeeg gaat rijzen. Bakkersgist fermenteert de suikers, glucose, die aanwezig zijn in het deeg. Bij deze fermentatie ontstaan koolstofdioxide, CO2, en ethanol, CH3’CH2’OH / C2H5OH. De geproduceerde CO2 vormt belletjes in het deeg, waardoor het deeg gaat rijzen. Het ethanol dat het gist produceert is de alcohol in alcoholische dranken. De door gist bewerkstelligde fermentatie van glucose gaat volgens de volgende reactievergelijking:

C6H12O6 (s) ‘ 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g) (+ 2 ATP)

Waterslot
Een waterslot, ook wel een sifon of zwanenhals genoemd, wordt gebruikt om twee gassen gescheiden te houden van elkaar. Dit word gedaan door middel van een vloeistof van willekeur die je erin doet, bij ons was dit leidingwater. De gassen zullen gescheiden blijven zolang er geen te groot drukverschil ontstaat. Wanneer er een drukverschil optreedt wat te groot wordt zal het gas met de hoogste druk zich door de vloeistof heen verplaatsen. Dit gebeurd door middel van gasbellen en het zal dus mengen met het gas met de lagere druk.
Wij zullen dit gebruiken bij de vergisting van het fruit. Er wordt meestal gebruikt gemaakt van een symmetrisch waterslot, zo ook bij ons. De enige gasstroom die in onze opstelling eruit kan is de CO2 (koolstofdioxide) die is ontstaan uit het fruit, naar de kant met lucht. De bedoeling is om de vergisting van het fruit plaats te laten vinden zonder dat er zuurstof vanuit de buitenlucht bijkomt, dit be??nvloedt de resultaten namelijk.

Destilleren
Destillatie is het scheiden van twee verschillende stoffen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het verschil in het kookpunt van de twee stoffen. Omdat het hier gaat om alcohol, spreken wij over destilleren.
Wanneer je een mengsel hebt van twee of meer stoffen dan kan je, door langzaam aan te koken, de stoffen apart opvangen van elkaar. De ene stof heeft namelijk een lager of hoger kookpunt dan de ander. In de dampfase krijg je een hogere concentratie van de stof met het laagste kookpunt. In de vloeibare fase zul je een hogere concentratie van de stof met het hoogste kookpunt krijgen. Doordat je de verdampte vloeistof weer afkoelt, door middel van een condensator, krijg je een scheiding van de stoffen. Dit proces wordt beschouwd als een continue destillatie.
Azeotroop
Een azeotroop bestaat uit een mengsel die bestaat uit 2 of meer componenten die in de dampfase de zelfde samenstelling heeft als in de vloeibare fase. Een mengsel is hierdoor in een een simpele destillatie niet zuiverder te krijgen dan een azeotroop. Ethanol en water zijn een azeotroop.
Er bestaan meerdere soorten azeotropen. Bij negatieve azeotropen ligt het kookpunt van het azeotrope mengsel lager dan het kookpunten van de afzonderlijke componenten. Bij positieve azeotropen ligt het kookpunt van het azeotrope mengsel hoger dan de afzonderlijke componenten. ethanol en water vormen samen een positieve azeotroop

Figuur 3 Damplijn en vloeistoflijn van een ideaal mengsel, een minimum azeotroop en een maximum azeotroop, hieraan is te zien dat ze erg van elkaar verschillen.
De twee stoffen zijn niet volledig te scheiden maar, ze komen wel steeds dichter bij hun azeotroop verhouding. Bij ethanol en water is de verhouding normaliter 50/50. De verhouding van de ethanol en water zal na een eerste destillatie proces bijvoorbeeld rond de 87/13 liggen. De azeotroop verhouding van ethanol en water is 95,5/4,5. Na de destillatie van ethanol en water is er dus voor een groot deel ethanol aanwezig in de destillatiefles.
Een azeotroop is vaak gevoelig voor druk, dat houdt in dat de positie niet constant is bij een veranderende druk. Het is dan mogelijk om met 2 verschillende kolommen die beide een verschillende druk hebben het mengsel toch te kunnen scheiden. Je kan het mengsel ook scheiden door een extra component toe te voegen die de azeotroop zo opheft. Dit component heet een entrainer.
Azeotrope mengsels zijn belangrijk voor meerdere doeleinden bijvoorbeeld koudemiddelen. Chloorfluorkoolwaterstoffen mogen niet meer worden toegepast omdat ze de ozonlaag aantasten. Men moet ter vervanging naar stoffen zoeken die dezelfde eigenschappen hebben als fluorkoolwaterstoffen. Azeotrope mengsels lijken dan heel interessant, zij condenseren en verdampen alsof ze een zuivere stof zijn en geen mengsel.
Bio-ethanol
Het is mogelijk om van organisch afval, zoals GFT-afval, oud papier en afvalhout bio-ethanol te maken. In het algemeen zijn er 2 manieren om van dit organisch afval bio-ethanol te maken.
Bij de eerste manier wordt de cellulose in het organisch materiaal omgezet in suikers en daarna worden deze suikers gefermenteerd naar ethanol.
Bij de tweede manier wordt de cellulose omgezet in koolstofmonoxide, koolstofdioxide en waterstofgas. Deze gassen worden op een speciale manier gefermenteerd waarna ethanol ontstaat.
Bij beide methodes is de laatste stap destillatie om de ethanol zo puur mogelijk te krijgen. De maximaal haalbare zuiverheid is ongeveer 99,5 %.
Manier 1
Het grootste deel van de biomassa van planten bestaat uit cellulose. Dit zijn lange ketens aan elkaar geregen suikers. Gist is niet in staat om deze lange celluloseketens te fermenteren. Om de cellulose geschikt te maken voor fermentatie wordt het volgende proces doorlopen:
Cellulose wordt gesplitst in kleinere suikers, waaronder glucose, waar gist wel vat op heeft. Dit proces van splitsen heet kraken. Het kraken van cellulose wordt gedaan met hydrolyse. Cellulosevezels, echter, hebben een beschermlaag van lignine. Voordat de cellulose kan worden gehydrolyseerd moeten de vezels worden voorbehandeld.
Hiervoor moet de cellulose klein worden gemaakt. Dit gebeurt door de cellulose te snijden of te versnipperen waardoor er stukjes ontstaan van 0.2mm tot 2 mm. Doordat het in kleine stukjes gesneden is word het oppervlak waar de enzymen hun werk kunnen doen aanzienlijk groter. Hierdoor kunnen de enzymen cellulose veel sneller afbreken tot kleinere polysachariden genaamd cellodextrins.

Na de voorbehandeling zijn er weer 2 manieren voor de hydrolyse van cellulose. Chemische hydrolyse werkt door middel van een toegevoegd zuur waardoor het water kan reageren met de cellulose. Een bijwerking van deze methode is het ontstaan van giftige stoffen, waardoor er een extra stap bij moet komen, namelijk het detoxificeren van het residu.
De andere manier van hydrolyse is met gebruik van enzymen. Dit is vergelijkbaar met de afbraak van plantenvezels in het verteringsstelsel van bijvoorbeeld koeien. Een groot voordeel van deze methode is dat de reacties kunnen plaatsvinden in relatief milde omstandigheden, ongeveer bij een pH van 5 en een temperatuur van 50?? C. Ook ontstaan er geen giftige stoffen. Er is de laatste tijd erg veel onderzoek gedaan naar het vinden van betere enzymen en met genetisch engineering van dit soort enzymen.
In dit stadium zijn de lange celluloseketens afgebroken naar suikers. Nu worden deze suikers gefermenteerd, maar dit is iets ingewikkelder dan bij traditionele fermentatie, omdat er naast suikers bestaande uit 6 koolstofatomen ook suikers zijn ontstaan met 5 koolstofatomen. Daarom wordt bij het normale gist ook micro-organismes toegevoegd speciaal geschikt voor dit soort suikers. Ook in dit gebied is er de laatste tijd veel voortuitgang geboekt qua genetisch manipuleren van micro-organismes. Bovendien zijn er bacteriesoorten gevonden die in staat zouden zijn om ??n de celluloseketens te kraken ??n om de ontstane suikers te fermenteren. Een nadeel is dat de effici??ntie ietwat minder is en dat er bij enkele bacteriesoorten ook schadelijke bijproducten ontstaan.
Een overzicht van manier 1 in de vorm van een blokdiagram is te zien in figuur 4:

Figuur 4 Blokdiagram voor het verkrijgen van bio-ethanol uit organisch materiaal volgens de manier 1.
Manier 2
Ten eerste wordt de cellulose omgezet in koolstofmonoxide, koolstofdioxide en waterstofgas. Deze gassen ontstaan door de onvolledige verbranding van de biomassa. Deze gassen worden in een speciaal soort fermenteerder gevoed. Hierin zit een bacterie die de koolstofmonoxide, koolstofdioxide en waterstofgas opneemt uit de lucht en die ethanol en water uitscheiden. De laatste stap die dan nog moet worden gezet is destillatie, dit geldt ook voor methode 1.
Een overzicht van manier 1 in de vorm van een blokdiagram is te zien in figuur 5:

Figuur 5 Blokdiagram voor het verkrijgen van bio-ethanol uit organisch materiaal volgens manier 2.
voordelen:
In tegenstelling tot fossiele brandstoffen zal bio-ethanol nooit op raken. Dit komt omdat het gemaakt wordt uit biologische gewassen, die makkelijk te verbouwen zijn. Bij fossiele brandstoffen raken de voorraden op en kan je die er niet bijmaken gezien dit proces miljoenen jaren duurt.
Elk land kan bio-ethanol produceren omdat er geen oliebron aanwezig hoeft te zijn. Het kan simpelweg gewoon worden gehaald uit planten die op akkers staan.
Bij bio-ethanol komt er niet meer CO2 de lucht in vergelijking met fossiele brandstoffen. dit komt omdat fossiele brandstoffen diep uit de grond worden gehaald en als ze verbrand worden komt er nieuwe CO2 vrij die anders niet in de lucht zou komen.bio-ethanol word gemaakt van planten. planten halen de aanwezige CO2 uit de lucht en laten het weer vrij als ze verbranden. dus er komt eigenlijk geen nieuwe CO2 bij.
bio-ethanol kan worden gemengd met fossiele brandstoffen zoals benzine in normale automotoren. De mix bestaat uit 85% gedenatureerde ethanol en slechts 15% benzine. hierdoor kunnen we er nu al op rijden, jammer genoeg lukt dat nog niet voor 100% bio-ethanol. (E85)
In Europa hebben we vaak een overvloed aan gewassen, een groot deel word weggegooid. Maar in plaats daarvan zouden we er ook bio-ethanol uit kunnen halen waardoor de productie voor het consumeren van het eten niet afneemt.
Afvalstoffen zoals groente of tuinafval kan ook worden gebruikt om bio-ethanol te maken.
Biobrandstoffen kunnen worden gemaakt van verschillende gewassen. Dit zorgt ervoor dat er wisselteelt kan plaatsvinden. wisselteelt is het afwisselen van verschillende soorten planten (zoals granen en koolzaad) op een akker zodat de bodem vruchtbaar blijft.hierdoor is er minder stikstof nodig voor de bemesting. Er zijn ook biobrandstoffen die de grond kwaliteit kunnen verhogen zoals de hier bovengenoemde koolzaad. Deze plant kan wortels hebben van een meter lang, wat de structuur van de bodem verbeterd.
nadelen:
Als er steeds meer vraag komt naar biobrandstoffen kan dit betekenen dat de voedselprijs gaat stijgen. Bij gewassen die zowel als voedsel worden gebruikt en voor biobrandstof kan deze concurrentie ertoe leiden dat de arme bevolking zijn voedsel niet meer kan betalen. Bijvoorbeeld in januari 2007 waren er in Mexico protesten omdat de prijs van tortilla’s met 400% was toegenomen omdat de verenigde staten de mais wilde gebruiken als biobrandstof. in 2008 stegen de voedselprijzen en de Wereldbank concludeerde hieruit dat dat kwam door de toename van de vraag naar bio-ethanol. later bleek dit niet de hoofdoorzaak te zijn. de hoofdzaak was de speculatie op de wereldmarkt.de hulporganisatie Oxfam concludeerde in 2008 dat biobrandstoffen voor een toename in wereldwijde armoede kan leiden
De teelt van landbouwproducten voor biobrandstoffen is belastend voor het milieu, gezien de pesticiden die worden gebruikt. Pesticiden, ook wel biociden , zijn stoffen die gebruikt worden tegen de bestrijding van ziekten, plagen of onkruiden. Ook worden organismen zoals mieren en algen zo bestrijd. Naast pesticiden moet er ook bemesting worden gedaan.
Alhoewel de energie kosten voor het produceren van bio-ethanol erg laag liggen zijn de kosten voor productie erg hoog omdat bio-ethanol nog niet op grote schaal word geproduceerd.
De motoren van tegenwoordig kunnen nog niet op pure bio-ethanol rijden omdat een te hoge hoeveelheid bio-ethanol de motor van binnen stuk maakt en het ombouwen van de motors kost ook weer geld.
Net als bij normale fossiele brandstoffen ontstaat er bij bio-ethanol NOx. als dit gas in de lucht komt kan het zure regen gaan vormen. Door het zure regen kan een ecosysteem te zuur worden Waardoor de balans verdwijnt en bomen kunnen doodgaan. Gebouwen kunnen ook last hebben van de zure regen doordat het zuur de staat van het materiaal van het gebouw verslechterd ,bijvoorbeeld bij kalksteen.

inhoudsopgave

onderzoeksvraag
Hoofdvraag
Uit welke fruitsoort is de meeste bio-ethanol te verkrijgen?

Deelvragen
Is er ook verschil tussen de te verkrijgen hoeveelheid bio-ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit?
Kun je zelf bio-ethanol maken?
Hoe kan bio-ethanol productie grootschalig worden uitgevoerd?
Is het rendabel om bio-ethanol als brandstof te gebruiken?

Hypothese
Uit welke fruitsoort is de meeste bio-ethanol te verkrijgen?
Hypothese: Uit de fruitsoort banaan is de meeste bio-ethanol te verkrijgen.
Kun je zelf bio-ethanol maken?
Hypothese: ja maar alleen in kleine hoeveelheden.
Is het rendabel om bio-ethanol als brandstof te gebruiken?
Hypothese: waarschijnlijk geeft het evenveel energie als fossiele brandstoffen.
Is er ook verschil tussen de te verkrijgen hoeveelheid bio-ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit?
Hypothese: ja, omdat er in het ene ras fruit meer suiker kan zitten dan bij een ander ras fruit

TODO – Uitleg bij de hypothese
Nulhypothese Als uit banaan niet de meeste bio-ethanol te verkrijgen is, zal er veel minder dan 11,8 ml per 100 gram banaan ontstaan.
Alternatieve hypothese Als uit banaan wel de meeste bio-ethanol te verkrijgen is, zal er ongeveer 11,8 ml per 100 gram banaan ontstaan.

Is er ook verschil tussen de te verkrijgen hoeveelheid (bio-)ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit?
Hypothese Ja, er is verschil in de te verkrijgen hoeveelheid bio-ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit.
Nulhypothese Als er geen verschil is tussen de verschillende rassen van ‘?n soort fruit, zullen wij uit de drie appelrassen evenveel ethanol verkrijgen.
Alternatieve hypothese Als er wel verschil is tussen de verschillende rassen van ‘?n soort fruit, zullen we uit de drie appelrassen sterk verschillende hoeveelheden ethanol verkrijgen.

Analyse (Dit is nu nog de inleiding met betrekking op de theorie)
Methode
TODO
Benodigdheden (in progress)

De bepaling van de ethanol dat kan worden verkregen uit verschillende soorten fruit is op twee verschillende manieren bepaald. Er zijn dus twee verschillende experimenten uitgevoerd en die worden nu beschreven:

Uitvoering experiment 1

In de supermarkt is fruit gehaald. De volgende fruitsoorten worden gebruikt voor dit experiment: bananen, conference peren, Elstar appels, Jonagold appels, limoen, lychee, mandarijnen, passievrucht, Royal Gala appels en witte druiven.

Na de aankoop van het fruit moet de proef zo snel mogelijk gedaan worden in verband met de versheid van het fruit. Voor het experiment zijn tien erlenmeyers nodig, voor elke fruitsoort ‘?n. De verschillende fruitsoorten zijn op de volgende manieren voorbewerkt:
De bananen zijn gepeld en fijn geprakt.
De conference peren zijn gesneden in kleine stukken.
De Elstar appels zijn met schil in kleine stukken gesneden.
De Jonagold appels zijn met schil in kleine stukken gesneden.
De limoen is gepeld en fijn geprakt.
De lychee is gepeld en ontpit en het vruchtvlees is fijn geprakt.
De mandarijnen zijn gepeld en fijn geprakt.
De passievrucht is doorgesneden en het vruchtvlees is eruit gelepeld en gebruikt voor het experiment.
De Royal Gala appels zijn ongeschild in brokken gesneden.
De witte druiven zijn fijn geprakt.
NB: wanneer een fruitsoort geschild is, is de schil niet gebruikt in het experiment.
Het experiment wordt ‘?n voor ‘?n uitgevoerd met de verschillende fruitsoorten. Het is belangrijk dat het fruit zo snel mogelijk in de erlenmeyer word gedaan met 20ml demiwater en 5 gram gist. dan word de erlenmeyer afgesloten met een waterslot (zie analyse). Dit word gedaan omdat er anders dissimilatie plaatsvindt door contact met de zuurstof in de lucht. De erlenmeyers worden 5 dagen bij kamertemperatuur weggezet.
Na 5 dagen wordt de suspensie gedestilleerd in een destilleeropstelling. Het destillaat, de ethanol, wordt opgevangen in een maatbeker waarna deze kan worden afgelezen en hiermee wordt dus bepaalt hoeveel ethanol verkregen is uit het fruit.
Met het gebruikte gewicht van het fruit en de verkregen ethanol in mL wordt de verkregen ethanol per 100 gram fruit berekent met de volgende berekening:

Verkregen ethanol per 100 gram=Verkregen ethanolGebruikte gewicht*100

in deze formule is de verkregen ethanol in mL, het gebruikte gewicht in gram en de verkregen ethanol per 100 gram in mL/100g.

Met het gebruikte gewicht van het fruit, de prijs per kilo en de verkregen ethanol wordt de relatieve prijs berekent met de volgende berekening:

Relatieve prijs=Gebruikte gewicht1000*Prijs per kiloverkregen ethanol

In deze formule is het gebruikte gewicht in gram, de prijs per kilo in euro, de verkregen ethanol in mL en de relatieve prijs in euro per mL.

Uitvoering experiment 2

Er wordt een glucose-oplossing gebruikt van 20%. Er wordt 20 mL van deze oplossing in de eerste erlenmeyer gedaan. In de andere 5 erlenmeyers wordt 10 mL demiwater gedaan. Uit de eerste erlenmeyer wordt 10 mL gedaan in de volgende erlenmeyer met 10 mL demiwater, dit is erlenmeyer twee. Erlenmeyer twee wordt goed geschud en daarna wordt er 10 mL gedaan in de volgende erlenmeyer met 10 mL demiwater, dit is erlenmeyer drie. Dit gaat zo door tot er een buis is genaamd vijf. De erlenmeyer die dan nog bestaat uit 10 mL demiwater is erlenmeyer zes en hier komt geen glucose in, dit is de referentieoplossing. Omdat erlenmeyer 5 nu bestaat uit 20 mL wordt er 10 mL weggegooid. De erlenmeyers hebben op dit moment een glucose oplossing die anders is dan de erlenmeyer ernaast, namelijk:
Glucoseoplossing van 20%
Glucoseoplossing van 10%
Glucoseoplossing van 5%
Glucoseoplossing van 2,5%
Glucoseoplossing van 1,25%
Geen glucose aanwezig

In elke erlenmeyer wordt nu 2 gram gist gedaan en er wordt een kurk op gezet met een buisje erin, zo kan de CO2 ontsnappen. Vul een bak met een laagje water en zet een volle maatcilinder op de kop in het water zonder dat er water ontsnapt. Zorg ervoor dat de maatcilinder de bodem niet raakt. Het uiteinde van het buisje die in de kurk zit moet nu in de maatcilinder worden geplaats, De opstelling ziet er nu zo uit als in Figuur 6. Na ongeveer 15 minuten gebeurt er niks meer met de oplossing en de gist en is de reactie afgelopen. Op de maatcilinder is nu af te lezen hoeveel CO2 er is geproduceerd.

De opstelling voor het meten van de geproduceerde CO2 is afgebeeld in figuur 6:

Figuur 6 De geproduceerde CO2 kan worden bepaald met deze opstelling. In de erlenmeyer vindt de vergisting plaats. Koolstofdioxide die wordt geproduceerd bij deze vergisting wordt opgevangen in een maatbeker, gevuld met water, die op de kop in een bak met water staat.

Met de opstelling in figuur 6 is het mogelijk om de koolstofdioxide te meten die tijdens de vergisting ontstaat. Het geproduceerde CO2 wordt met de maatbeker in milliliters gemeten. Met de volgende formule kan dit volume worden omgerekend naar het aantal mol CO2. In deze formule wordt gebruikt gemaakt van het molaire volume van gassen. Deze molaire volume kan gevonden worden in Binas tabel 7A en heeft de waarde: 22,414 dm3/mol (L/mol)

mol=VVm

In deze formule staat mol voor het aantal mol CO2, V voor het volume CO2 in dm3 en Vm is het molair volume van een gas in dm3/mol.

De reactievergelijking voor de fermentatie van glucose, zoals al eerder gegeven in de analyse, is:

C6H12O6 (s) ‘ 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g) (+ 2 ATP)

Uit deze reactievergelijking blijkt dat de koolstofdioxide en ethanol bij de reactieproducten in een molverhouding van 1:1 ontstaan. Het berekende aantal mol CO2 komt dus overeen met het aantal mol ethanol. Het aantal mol ethanol is vervolgens om te rekenen naar de molariteit van de ethanol.

Om van aantal mol ethanol naar molariteit te gaan wordt de volgende berekening gebruikt:

M=molV

In deze formule staat de M voor molariteit in mol/L, de mol voor het aantal deeltjes in mol en de V staat voor het volume van de vloeistof waarin de ethanol is opgelost in liter.

Ook kan de geproduceerde alcohol in milliliter worden uitgedrukt. Eerst wordt het aantal mol omgerekend naar gram. Hiervoor is de molaire massa van een mol ethanol nodig in gram per mol. De molaire massa van ethanol is 46,069 g/mol. Deze waarde is opgezocht in Binas (zesde editie) tabel 98. De formule voor de omrekening van aantal mol naar gram gaat als volgt:

m=mol*M

In deze formule is m de massa in gram, mol het aantal mol stof en M de molaire massa in g/mol.

Vervolgens wordt met de dichtheid van ethanol het aantal gram ethanol omgerekend naar het aantal milliliter ethanol. De dichtheid van ethanol is: 0,80*103 kg m-3 bij een temperatuur van 293K, als te zien in tabel 11 van de Binas. Om het aantal gram ethanol om te rekenen naar milliliter wordt de volgende formule gebruikt:
ethanol: dichtheid bij T=293K=0,80*103kg m-3 Binas tabel 11
V=m

In deze formule is V het volume in L of dm3, m de massa in gram en ?? (rho) is de dichtheid in kg/m3

In figuur 7 is een overzicht van de berekeningen die kunnen worden gedaan met het aantal mol van een stof:

Figuur 7 Omrekenschema van mol naar gram, deeltjes, molariteit en gasvolume. Dit overzicht is afkomstig uit Chemie Overal – 4 VWO p.158.

Benodigdheden:
Waterslot
Fruit
Gist
Weegschaal
Leidingwater
Demiwater
Kooksteentjes
Maatcilinder
Bekerglas
Erlenmeyer
Mesje
Snijplank
Suiker
Viltstift
Vijzel
Stamper
Roerstaafje
Pen
Papier
Blender
Destillatiekolf
Thermometer
Verwarmingsmantel
Vigreuxkolom
Pipet

destillatie:
waterslot
fruit
gist
weegschaal
leidingwater
demiwater
maatcilinder
erlenmeyer
viltstift
roerstaafje
blender
stamper
kooksteentjes
verwarmingsmantel
vigreuxkolom
thermometer
mesje
snijplank
pen
papier
destillatiekolf

halveringsreeks:
demiwater
leidingwater
thermometer
maatcilinder
kurk met buisje
suiker
reageerbuis
gist

geteste fruitsoorten: witte druiven, jonagold appels, elstar appels, bananen, (royal) gala appels, limoenen, passievruchten, conference peren, lychees en mandarijnen.
Als maat voor de hoeveelheid ethanol gebruiken we aantal ml ethanol per 100g fruit.

Resultaten
Soort fruit
suiker (in g)
mol suiker verkregen (in mmol)
verkregen alcohol (mmol)
verkregen alcohol (ml) per 100 gram
appel(met schil)
10,4
58
115
6,7
limoen
1,9
11
21
1,2
bananen
18,2
101
202
11,8
lychee’s
16,8
93
187
10,9
druif wit
13,3
74
148
8,6
passievrucht
12,0
67
133
7,8
peren
10,5
58
117
6,8
mandarijnen
1,7
9
19
1,1

Experiment 1 is uitgevoerd zoals uitgelegd in de methode. De destilleerkolf is ingesteld op 78?? C ivm het kookpunt van ethanol (zie analyse). De resultaten van het experiment staan weergegeven in tabel (X)

Fruitsoort
Gewicht (g)
Prijs per kilo (‘)
Verkregen ethanol (mL)
Verkregen ethanol (mL/100g)
Relatieve prijs (‘/mL)
Bananen
43,23
1,29
3,52
8,142
0,016
Conference peren
138,00
1,68
1,28
0,928
0,181
Elstar appels met schil
77,49
0,79
2,71
3,497
0,023
Jonagold appels met schil
164,00
1,99
1,89
1,152
0,173
Limoen
141,50
1,50
0,54
0,382
0,393
Lychee
97,56
12,95
2,33
2,388
0,542
Mandarijnen
117,18
2,69
0,58
0,495
0,543
Passievrucht
107,68
1,99
1,70
1,579
0,126
Royal Gala appels zonder schil
97,36
1,69
1,02
1,048
0,161
Witte druiven
204,93
0,99
7,80
3,806
0,026
Tabel (X) Resultaten van experiment 1. In deze tabel is het gewicht van het fruit te vinden waar we ons experiment mee hebben uitgevoerd. Verder staat er hoeveel deze fruitsoort kost per kilo in euro’s, de verkregen ethanol, de verkregen ethanol per 100g fruit en de relatieve prijs, oftewel de prijs per ml verkregen ethanol. De fruitsoorten zijn gesorteerd op alfabetische volgorde
De resultaten zijn gesorteerd op relatieve prijs (prijs per ml verkregen ethanol). Hierdoor is te zoek welk fruitsoort financieel het meest geschikt is.
Fruitsoort
Gewicht (g)
Prijs per kilo (‘)
Verkregen alcohol (mL)
Verkregen ethanol (mL/100g)
Relatieve prijs (‘/mL)
Bananen
43,23
1,29
3,52
8,142
0,0158
Elstar appels met schil
77,49
0,79
2,71
3,497
0,0226
Witte druiven
204,93
0,99
7,80
3,806
0,0260
Passievrucht
107,68
1,99
1,70
1,579
0,1260
Royal gala appels zonder schil
97,36
1,69
1,02
1,048
0,1613
Jonagold appels met schil
164,00
1,99
1,89
1,152
0,1727
Conference peren
138,00
1,68
1,28
0,928
0,1811
Limoen
141,50
1,50
0,54
0,382
0,3931
Lychee
97,56
12,95
2,33
2,388
0,5422
Mandarijnen
117,18
2,69
0,58
0,495
0,5435
Tabel (X2) Zelfde tabel als tabel (X). Deze tabel is gesorteerd op relatieve prijs van laag naar hoog.

Experiment 2 is uitgevoerd zoals uitgelegd in de methode. De proef is uitgevoerd bij een kamertemperatuur. De resultaten staan in het diagram hieronder.

Tabel (x): Resultaten van experiment 1. Op de X-as staat het nummer van de erlenmeyer benoemd in de methode. Op de Y-as staat hoeveel CO2 er in gevormd in de gegeven tijd.

Conclusie

We hebben onderzocht uit welk fruit de meeste (bio-) ethanol te verkrijgen is.
Zoals in onze resultaten te zien is, hebben we uit de banaan de meeste bio-ethanol verkregen. De hypothese hoeft niet verworpen te worden, de resultaten ondersteunen de hypothese.

Is er ook verschil tussen de te verkrijgen hoeveelheid bio-ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit?
Ja, uit de elstar appels gaven ruim twee keer zoveel ethanol als de anders appels. De hypothese hoeft niet verworpen te worden, de resultaten ondersteunen de hypothese.
je zou niet verwachten dat uit de banaan de meeste bio-ethanol zou komen, omdat er namelijk erg weinig sap uit komt. maar zoals hierboven al genoemd werd is niet al het sap uit de verschillende soorten fruit gehaald.

Kun je zelf bio-ethanol maken?
ja, het is mogelijk om zelf bio ethanol te maken. in principe kun je het thuis gewoon maken als je de benodigde spullen maar hebt. het is alleen niet mogelijk om het thuis op grote schaal te produceren. dit komt omdat daar niet genoeg ruimte voor is en het is niet veilig.

Is het rendabel om bio-ethanol als brandstof te gebruiken?
ja, opzich wel. het geeft dezelfde energie hoeveelheid als fossiele brandstoffen en zorgt ervoor dat er 80 tot 30 procent minder CO2 in de lucht komt. er is wel een probleem met biobrandstof. de motors moeten worden omgebouwd of gewisseld omdat ze er normaliter niet op kunnen rijden.

Kan bio-ethanol productie grootschalig worden uitgevoerd?
het is erg simpel om bio-ethanol grootschalig de produceren. er moet een gebied worden gekozen waar planten die een hoge opbrengst hebben kunnen groeien. als de planten eenmaal volgroeid zijn is het slechts een kwestie van oogsten en er dan bio-ethanol van maken in fabrieken.

Is er ook verschil tussen de te verkrijgen hoeveelheid bio-ethanol van verschillende rassen van ‘?n soort fruit? de hypothese was juist. in de tabel is te zien dat uit verschillende rassen appels verschillende hoeveelheden bio-ethanol kan worden gehaald

Ethiek

Er zal in de toekomst steeds meer gebruik worden gemaakt van landbouwgrond voor de productie van bio-ethanol. In delen van de wereld als Europa is dit een uitkomst gezien er teveel geproduceerd wordt en het anders weg wordt gegooid. De normaal weggegooide producten worden dan gebruikt om de auto’s van de mensen te vullen. Maar in delen van de wereld waar landbouwproducten schaars zijn, denk aan Afrika, zal dit een groot probleem kunnen vormen. Boeren die daar land hebben kunnen al hun oogst gaan verkopen aan rijke landen zodat ze meer verdienen en de bevolking zal honger lijden. Er zullen dus regels en maatregelen komen die dit zullen voorkomen.
Moeten de overheden maatregelen nemen om bio-ethanol niet te laten concurreren met landbouwproducten voor consumptie?
Bio-ethanol word gemaakt van landbouwproducten. Om de brandstof te maken zal er dus misschien voedsel voor mens en dier ingeleverd moeten worden. Als de wereld over stapt om deze brandstofbron zal de prijs die betaalt wordt voor bio-ethanol omhoog gaan en meer waard zijn dan de producten verkopen voor consumptie. De prijs van de landbouwproducten zullen dus omhoog gaan en arme mensen zullen hier de gevolgen van merken. In het ergste geval zullen grote delen van de wereld verhongeren doordat rijke landen alle landbouwproducten opkopen.
De belanghebbenden in deze vraag zijn:
Boeren
Rijke landen
Arme landen
Arme mensen
Weggebruikers
Pomphouders

Waarden bij de verschillende belanghebbenden
Boeren: winstgevendheid, welvaart, rijkdom en financi??le groei.
Rijke landen: winstgevendheid en milieubewustzijn.
Arme landen: milieubewustzijn, macht, welvaart en verantwoordelijkheid
Arme mensen: leven en gezondheid
Weggebruikers: milieubewustzijn en winstgevendheid
Pomphouders: winstgevendheid en veiligheid

Ja de overheid moet maatregelen nemen om bio-ethanol niet te laten concurreren met landbouwproducten voor consumptie. Bio-ethanol heeft veel voordelen ten opzichte van fossiele brandstoffen. Het zorgt voor minder Co2 in de atmosfeer. Een reductie van Co2 in de atmosfeer zorgt ervoor dat er minder gaten in de ozonlaag komen en kan gaten die al ontstaan zijn kleiner maken, Dit komt doordat de temperatuur een beetje zal dalen en dat zorgt voor een lagere reactiesnelheid bij de afbraak van ozon. Ook kan bijna elk land het produceren. Maar er zitten ook wat problemen aan bio-ethanol waardoor de productie niet uit de hand mag lopen. Als er heel veel bio-ethanol gebruikt gaat worden kan dit ervoor zorgen dat de voedselproductie laag komt te liggen. Vooral arme landen zullen hier problemen mee krijgen omdat het voedsel dan een stuk duurder wordt. In rijke landen kan dit ook voor problemen zorgen bij huishoudens die minder verdienen dan gemiddeld. Met dit allemaal opgeteld vinden wij dat bio-ethanol als brandstof goed kan worden gebruikt zolang er maar niet te veel van word geproduceerd want dan kan het levens gaan kosten.

Discussie
er hadden meer verschillende soorten fruit gebruikt kunnen worden en nog meer verschillende rassen. dit zou voor uitgebreidere resultaten kunnen zorgen.
we hadden van elke fruitsoort ervan kunnen zorgen dat echt al het sap eruit was gehaald (en dus ook al het suiker) voor nauwkeurigere metingen. nu was niet al het sap eruit en dat betekent dat de hoeveelheid bio-ethanol die gevormd is niet helemaal overeenkomt met wat er eigenlijk uit het fruit had kunnen komen.
Nawoord
Het maken van een profielwerkstuk was een grote uitdaging voor ons. We hoopten door ons profielwerkstuk andere mensen te kunnen informeren over bio-ethanol, en we wouden onze kennis zelf ook verbreden over het onderwerp. Het is nieuw voor ons om zo’n grootschalig onderzoek te doen en daar een heel uitgebreid verslag over te schrijven. Normaal krijg je een opdracht en moet je die uitvoeren maar we mochten zelf kiezen en we werden daar wel vrij in gelaten.
We hebben veel geleerd van ons profielwerkstuk, bijvoorbeeld dat je niet te veel gist toe moet voegen of dat het moeilijk is om sommige vrucht goed fijn te malen. Maar het ging vooral heel goed, na een kleine tegenslag konden we de proeven goed uitvoeren en zo onze meetwaarden verkrijgen. De samenwerking verliep heel goed. We wisten wie wat zou doen en we hielden ons daar ook aan, gezien we duidelijke afspraken met elkaar hadden gemaakt. Als iemand iets niet begreep kon diegene het aan een ander vragen en het zo te weten komen.
We kijken met een goed gevoel terug op de tijd die we hier mee bezig zijn geweest. We zijn tevreden over de samenwerking. Maar het meest trots zijn we op het eindresultaat.

Bronnen
Verwijzing naar een boek:
Achternaam auteur, A. (jaar van uitgave). Titel van het boek. Plaats: Uitgeverij.
Voorbeeld: Meer, K. van, Neijenhof, J. van & Bouwens, M. (2001). Elementaire sociale vaardigheden.
(2e druk). Houten: Bohn Stafleu Van Loghum.
Verwijzing naar een internetbron:
Voorbeeld:
Achternaam auteur, A. (jaar van uitgave). Titel van het document. Geraadpleegd/gedownload op dag
maand, jaar, van http://url. Het adres van een website begint met http:// en is geheel onderstreept.
Meijden, B. van der (1998). Schiphol als thema voor een geschiedenis-, internet- en/of
profielwerkstuk. Geraadpleegd op 7 juli 2005, van http://www.histopia.nl/schiphol.htm
Internet
SDG Wiki. What are yeast. Geraadpleegd op 11 December 2014, van http://wiki.yeastgenome.org/index.php/What_are_yeast%3F
Wikipedia. Yeast. Geraadpleegd op 11 December 2014, van
http://en.wikipedia.org/wiki/Yeast
Wikipedia. Gist. Geraadpleegd op 11 December 2014, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Gist
Dakotayeast. What Is Yeast. Geraadpleegd op 11 December 2014, van
http://www.dakotayeast.com/yeast_what.html
Wikipedia. Saccharomyces cerevisiae. Geraadpleegd op 11 December 2014 van
http://en.wikipedia.org/wiki/Saccharomyces_cerevisiae
Racingteam De Ronde Venen. E85 bio-ethanol. Geraadpleegd op 12 December 2014
http://www.racingteam-drv.nl/nieuwsbrieven/e85-bio-ethanol

Biotanken. Tanken met bio ethanol. Geraadpleegd op 15 December 2014, van
http://www.biotanken.nl/brandstoffen/bioethanol.html
Autoblog. Zelf ethanol brouwen voor nog geen 20 cent per liter. Geraadpleegd op 15 December 2014, van

Zelf ethanol brouwen voor nog geen 20 cent per liter

Wikipedia. Distillation.Geraadpleegd op 15 December 2014, van
http://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
Wikipedia. Ozonlaag. Geraadpleegd op 20 Januari 2015, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Ozonlaag
Wikipedia. Koolstofdioxide. Geraadpleegd op 14 December 2014, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Koolstofdioxide
Co2.nl. Co2. Geraadpleegd op 14 December 2014, van
http://www.co2.nl/
Sync. Fruit. biobrandstof. Geraadpleegd op 15 December 2014, van
http://sync.nl/fruit-levert-betere-bio-brandstof-dan-ethanol/
Ingenia. Bio-ethanol. Geraadpleegd op 16 December 2014, van
http://www.ingenia.nl/flex/Site/Download.aspx?ID=5914
Kennislink. broeikaseffect. Geraadpleegd op 17 December 2014, van
http://www.kennislink.nl/publicaties/broeikaseffect-steunt-ozonafbraak
Wikipedia. Azeotrope. Geraadpleegd op 18 December 2014, van
http://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope
Oxbo. Scheiden van een azeotroop. Geraadpleegd op 18 December 2014, van
http://www.oxbo.nl/chemie/scheidingsmethoden/destillatie/destillatie-5.htm
Wikipedia. Azeotroop. Geraadpleegd op 18 December 2014, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Azeotroop
Literatuur
Chemie Overal – 4 HAVO UITGEVER, ISBN, ETC. MOET NOG
Chemie Overal – 5 HAVO UITGEVER, ISBN, ETC. MOET NOG
Chemie Overal – 4 VWO UITGEVER, ISBN, ETC. MOET NOG

Bijlage

Logboek
18-8-14: Onderwerp gekozen, Hoofd- en deelvragen gemaakt. (2 uur)
4-9-14: Onderzoek naar rioolwaterzuivering . (3 uur)
7-9-14: Onderzoek naar rioolwaterzuivering Deventer. (2 uur)
8-9-14: Bezoek rioolwaterzuivering Deventer. (4 uur)
10-9-14: Opschrijven alle vragen en antwoorden over rioolwaterzuivering aan medewerker van rwzi Deventer (1 uur)
1-10-14: Uitdenken en deels uitvoeren van experiment. (1 uur)
7-10-14: Verdere uitleg bij vragen die gesteld waren. (2 uur)
8-10-14: Begin maken van het PWS. (1 uur)
9-10-14: Verder maken van PWS. (1 uur)
11-10-14: Verder werken PWS. (2 uur)
12-10-14: primaire zuivering. (2 uur)
18-10-14: Primaire zuivering verder uit gewerkt. (3 uur)
21-10-14: Experiment vervangen wegens complicaties gezien we sommige data niet konden vinden en meten niet mogelijk is gezien we niet aan rioolwater kunnen komen. (2 uur)
29-10-14: Begonnen aan een nieuw onderwerp. (1 uur)
4-11-14: Onderzoek gedaan naar gisting. (2 uur)
11-11-14: Fruitoplossingen gemaakt en begonnen aan Experiment 1. (3 uur)
14-11-14: Experiment 1 opnieuw begonnen wegens onzuivere resultaten. (3 uur)
19-11-14: Experiment 1: de vergiste oplossing gedestilleerd en waardes genoteerd (4 uur)
20-11-14: Resultaten opschrijven van proef. (30 min)
23-11-14: Onderzoek gedaan door middel van vragen stellen aan mensen die dit gebruiken in het dagelijks leven. (3 uur)
24-11-14: Informatie gezocht over Halveringsproef om de CO2 met bepaalde suikerwaardes te meten. (1 uur)
31-11-14: Verder uittypen verslag. (1 uur)
10-12-14: Nog meer informatie over halveringsproef verschaft. (1 uur)
11-12-14: Halveringsproef niet mogelijk op school, op andere manieren zoeken en opstelling maken. informatie verschaffen over onderwerpen en opschrijven. (7 uur)
14-12-14: Informatie onderzoek uitwerken en verder typen verslag, met name analyse. (8 uur)
15-12-14: Verder uitwerken van de methode. (4 uur)
16-12-14: Informatie onderzoek uitwerken en verder typen verslag. (4 uur)
17-12-14: Verder uitwerken van Gist en Azeotroop. (4 uur)
18-12-14: informatie zoeken en verder uitwerken, Waterslot en Resultaten. (5 uur)
19-12-14: Bio-ethanol productie beschrijven