Een 'papieren' koffiebeker voor eenmalig gebruik bestaat meestal uit een papieren buitenkant en een dunne binnenlaag van polyetheen (PE). Figuur 1 toont een schematische weergave van zo'n koffiebeker.
PE vormt een waterafstotende laag, die verhindert dat de koffie in contact komt met het papier. Hierdoor behoudt de beker zijn vorm en sterkte.
Enkele afvalverwerkende bedrijven kunnen het papier van het PE scheiden. Dit proces verloopt als volgt:
stap 1: De ingezamelde koffiebekers worden eerst versnipperd.
stap 2: De snippers worden gemengd met warm water en geroerd. Daarbij zwelt het papier op, maar het PE niet. Het PE komt daardoor los van het papier. Het opgezwollen papier valt uiteen tot pulp. Het losgekomen PE drijft op het mengsel van pulp en water en wordt gescheiden door het eraf te scheppen (ruimte I). Het PE kan worden verwerkt tot korrels en gebruikt worden in nieuwe producten.
stap 3: Uit het overgebleven mengsel van pulp en water wordt zoveel mogelijk water afgescheiden met behulp van een tweede scheiding (ruimte II). In deze tweede scheidingsstap wordt het mengsel gefiltreerd.
stap 4: De pulp wordt daarna gedroogd tot droge papiervezels (ruimte III) en verwerkt tot toiletpapier.
Geef aan op welk verschil in stofeigenschap de scheidingsmethode in ruimte I berust.
Om in de verre toekomst op de planeet Mars te kunnen wonen, is het belangrijk dat daar zuurstof kan worden geproduceerd. De atmosfeer van Mars bevat namelijk nauwelijks zuurstof, maar wel koolstofdioxide.
Op 20 april 2021 is er door de Marsrobot Perseverance (figuur 1a) voor het eerst zuurstof geproduceerd uit koolstofdioxide dat aanwezig is in de atmosfeer van Mars.
De Perseverance bevat een 'solid oxide electrolyzer' (SOXE). In de SOXE wordt met behulp van elektrische energie koolstofdioxide omgezet tot onder andere zuurstof (figuur 1b).
Aan elektrode A wordt CO2 omgezet tot CO volgens:
CO2+2e−→CO+O2− (halfreactie 1)
Aan elektrode B ontstaat zuurstof volgens:
O2−→O2 (halfreactie 2)
Halfreactie 2 is onvolledig. In halfreactie 2 ontbreken elektronen en coëfficiënten. Op de uitwerkbijlage is halfreactie 1 weergegeven.
Het elektrolyt is YSZ: een afkorting van yttrium gestabiliseerd zirkoniumoxide. Yttrium en zirkonium zijn elementen met de symbolen Y en Zr . YSZ is op te vatten als een mengsel van de zouten Y2O3 en ZrO2. YSZ is een vaste stof die oxide-ionen (O2-) doorgeeft. De O2--ionen worden het best doorgegeven bij de massaverhouding Y2O3 : ZrO2 = 1,0 : 6,3.
Het elektrolyt YSZ is ook onderdeel van elektrode A. Elektrode A is poreus en is opgebouwd uit poederdeeltjes nikkel (Ni) die zijn versmolten met poederdeeltjes YSZ (figuur 2). Deze opbouw van elektrode A zorgt ervoor dat de snelheid waarmee zuurstof geproduceerd wordt, optimaal is.
Maud en Bryn bediscussiëren of de weergave van elektrode A in figuur 2 een weergave op microniveau is. Bryn stelt dat de donker gekleurde bolletjes nikkel-atomen kunnen voorstellen. Maud stelt dat de witte bolletjes nooit een weergave van YSZ op microniveau kunnen zijn.
Geef een argument dat de stelling van Maud ondersteunt.
Om in de verre toekomst op de planeet Mars te kunnen wonen, is het belangrijk dat daar zuurstof kan worden geproduceerd. De atmosfeer van Mars bevat namelijk nauwelijks zuurstof, maar wel koolstofdioxide.
Op 20 april 2021 is er door de Marsrobot Perseverance (figuur 1a) voor het eerst zuurstof geproduceerd uit koolstofdioxide dat aanwezig is in de atmosfeer van Mars.
De Perseverance bevat een 'solid oxide electrolyzer' (SOXE). In de SOXE wordt met behulp van elektrische energie koolstofdioxide omgezet tot onder andere zuurstof (figuur 1b).
Aan elektrode A wordt CO2 omgezet tot CO volgens:
CO2+2e−→CO+O2− (halfreactie 1)
Aan elektrode B ontstaat zuurstof volgens:
O2−→O2 (halfreactie 2)
Halfreactie 2 is onvolledig. In halfreactie 2 ontbreken elektronen en coëfficiënten. Op de uitwerkbijlage is halfreactie 1 weergegeven.
Eén SOXE produceert 4,7⋅10−5 mol zuurstof per seconde. Volgens ruimtevaartorganisatie NASA heeft een astronaut 0,84 kg zuurstof per dag nodig.
Bereken hoeveel SOXE's nodig zijn om één astronaut gedurende een dag van zuurstof te voorzien. Geef de uitkomst in een geheel aantal SOXE's.