Milieu, Veiligheid en Maatschappij (MVM) Toets 2 (70%)

Milieu, Veiligheid en Maatschappij (MVM) Toets 2 (70%)

Docenten: Urjan Jacobs en Henk Nugteren Datum: 23 oktober 2015 Tijd: 14:00 – 17:00 uur Zaal: TN 4.25 Toegestaan: gewone calculator, geen grafische rekenmachine

De toets bestaat uit: Start Deel 1. Maatschappij

Vraag 1 – Nieuw productieproces Vraag 2 – Drogreden Vraag 3 – Nanotechnologie

7 36

punten punten

27

punten

70

punten

12 punten 10 punten 14 punten

Deel 2. Veiligheid en Milieu

Vraag 4 – Source – Sink mapping 9 punten Vraag 5 – LCA 9 punten Vraag 6 – Explosie- en brandgevaar 9 punten Totaal

Lever de delen 1 en 2 op gescheiden vellen in. Dit bespoedigt het nakijken. Succes!

- Pagina 1 van 18 -

Vraag 1 – Nieuw productieproces Een fabriek heeft zijn levensduur bereikt en het management wil aan het publiek laten zien dat het bedrijf het probleem van de klimaatverandering serieus neemt. Het management geeft een ontwerpteam de opdracht om een milieuvriendelijk proces te ontwerpen als vervanging van het huidige productieproces. Het huidige proces is door de jaren heen meerdere malen geoptimaliseerd en het is dus niet eenvoudig om het met een paar aanpassingen aanzienlijk te verduurzamen. Het ontwerpteam gooit het over een andere boeg en besluit om een totaal andere chemische reactie in te zetten. De alternatieve syntheseroute gebruikt een reactie die net is ontwikkeld in de onderzoeksafdeling, dus nog niet alle mogelijke procescondities zijn getest. Verder gebruikt de nieuwe reactie andere grondstoffen en zal het duurzamere productieproces andere apparatuur moeten gebruiken. Om het management te overtuigen dat het nieuwe productieproces duurzamer is, maakt het ontwerpteam een Life Cycle Assessment (LCA). Er wordt een Cradle-to-Gate LCA uitgevoerd op basis van de Carbon Footprint (CO2) indicator uitgedrukt in CO2-emissie per hoeveelheid geproduceerd product (gram CO2/kg product). De uitkomst van de LCA laat zien dat de uitstoot in het nieuwe productieproces 5,0462% lager is dan in het huidige proces. 1A. Benoem de vier percepties op klimaatverandering waarmee het management rekening zou moeten houden in hun argumentatie naar publiek en overheid. 1B. Noem twee beoordelingsproblemen waartegen het ontwerpteam zou kunnen aanlopen als ze een afweging willen maken tussen de twee processen op basis van de uitkomsten van de LCA. Beargumenteer uw antwoord. 1C. Neem een standpunt in over de significantie van het 5,0462% verschil in uitstoot. U mag ieder gewenst standpunt innemen dat betrekking heeft op vergelijking van de LCA resultaten. Geef een argumentatie voor het door u gekozen standpunt door het maken van een argumentatiestructuur. Maak de structuur duidelijk door een geschikte nummering of diagram te geven. Gebruik in uw argumentatie tenminste één meervoudig argument, één nevenschikkend argument, één onderschikkend argument en één verborgen argument.

- Pagina 2 van 18 -

Uitwerking: Antwoord 1A. Fatalisme, Hiërarchie, Individualisme en Egalitarisme. Antwoord 1B. Bijvoorbeeld de beoordelingsproblemen: • vergelijkbaarheid (andere manieren van CO2 uitstoot in de processen), • probleeminperking (enkel CO2 uitstoot bekeken), • onvolledigheid (nieuw productieproces, dus nog niet alles is bekend) en • overtuigingen (ontwerpers hebben persoonlijke overtuigingen). Antwoord 1C. Ieder gewenst standpunt en argumentatiestructuur is goed, zolang het ten minste één meervoudig argument, één nevenschikkend argument, één onderschikkend argument en één verborgen argument bevat. Bijvoorbeeld onderstaand schema. 1. …

1.1. …

1.1.1a. …

1.2. … 1.2.1. … 1.1.1b. … 1.2.1.1. …

- Pagina 3 van 18 -

(1.2.1.1a) (…)

Vraag 2 - Drogreden Bevatten onderstaande vijf argumentaties drogredenen? Als het argument een drogreden bevat, geef dan het type aan. 2A. “Het is onverantwoordelijk om glaswerk uit het laboratorium naar huis te nemen, want het is onrechtmatig om spullen van de universiteit te ontvreemden.” 2B. “De meerderheid van de omwonenden wil geen tijdelijke opvang van asielzoekers in de sporthal, dus het COA moet een andere locatie zoeken.” 2C. “De veiligheid van de nieuwe buisreactor is goed genoeg, omdat het overlijdensrisico buiten de grenzen van ons fabrieksterrein even groot is als dat van het breken van de dijken in dit gebied.” 2D. “Studenten hebben steeds minder parate kennis van hun vakgebied, want ze hebben vaker een laptop of smartphone in de collegezaal.” 2E. “Je moet de temperatuur van de reactor aanpassen, want anders verandert er niets.” Uitwerking: Antwoord 2. A. Drogredenering van het type verwarring van ethiek en recht. B. Drogredenering van het type beroep op autoriteit/overeenstemming. C. Drogredenering van het type valse analogie. D. Drogredenering van het type verwarring correlatie en causaliteit. E. Drogredenering van het type cirkelredenering.

- Pagina 4 van 18 -

Vraag 3 - Nanotechnologie 3A. Lees de onderstaande tekst die een aangepast onderdeel is van een rapport over de risico’s voor mens en milieu van nanotechnologie. Geef de plaats in de tekst aan waar referenties noodzakelijk zijn. Het antwoord kan worden genoteerd op het bijgevoegde antwoordblad.

Hoewel er nog geen officieel geaccepteerde definities bestaan, wordt nanotechnologie door de ISO voorlopig omschreven als: “utilizing the properties of nanoscale materials that differ from the properties of individual atoms, molecules, and bulk matter, to create improved materials, devices, and systems that exploit these new properties”. De economische potenties van nanotechnologieën zijn bijzonder groot en vormen een belangrijke groeimarkt. De wereldwijde verkoop van nanotechnologieën bevattende producten groeide van €25 miljard in 2004 naar €450 miljard in 2010. Wij schatten dat in 2016 de markt verder zal toenemen tot ruim €2.500 miljard. Met nanotechnologieën komen er dus enorme groeiversnellingen in zicht. Volgens recent onderzoek zijn er op dit moment in Nederland 200 ondernemingen op dit gebied actief, waarvan het merendeel starters. Voor een goede beoordeling van de risico’s is het van belang dat kan worden aangetoond dat de nanodeeltjes waaraan men wordt blootgesteld daadwerkelijk in die vorm in het lichaam worden opgenomen. Daarom is er behoefte aan technieken waarmee enerzijds de aanwezigheid van nanodeeltjes in weefsels/organen kan worden aangetoond en anderzijds de hoeveelheid en karakteristieken van nanodeeltjes bepaald kunnen worden. Op basis van twee reviews over toxicokinetiek van nanodeeltjes kan worden geconcludeerd dat in de kinetische studies die tot nu toe zijn uitgevoerd slechts zelden de interne dosis juist is gekarakteriseerd en gekwantificeerd. Onze lezing van de resultaten is dus dat het onduidelijk is hoeveel van die stof daadwerkelijk in nanovorm in het lichaam wordt opgenomen. In verschillende epidemiologische studies is gekeken naar de inhalatie van nanodeeltjes en de negatieve (lokale en systemische) effecten op de gezondheid. Naar onze mening is het niet duidelijk of de waargenomen negatieve effecten worden veroorzaakt door de geabsorbeerde deeltjes zelf, of door een aaneenschakeling van processen die geïnitieerd zijn door de deeltjes in de longen. De verschillen tussen de dierexperimenten en de humane studies worden toegeschreven aan het feit dat in dierstudies hogere en mogelijk meer toxische doses worden gegeven. Het lijkt echter wel aannemelijk te zijn dat bij deze doses er ook in de mens negatieve effecten kunnen plaatvinden. Samenvattend kan worden gesteld dat de huidige studies erop duiden dat opname van nanomaterialen in het lichaam kan plaatsvinden. Het ontbreekt echter aan studies waarin wordt aangetoond of het de nanovormen van chemicaliën zijn die worden geabsorbeerd of juist de ionen. Deze informatie is van cruciaal belang voor de risicobeoordeling.

- Pagina 5 van 18 -

Uit bovenstaande tekst blijkt dat de gevaren van vele nanodeeltjes nog niet geheel duidelijk zijn. In het laboratorium willen ze graag weten of er bij de experimenten die ze uitvoeren nanodeeltjes in de lucht terecht komen. Hiervoor schaft het laboratorium een detectieapparaat aan. Het apparaat neemt om de vijf minuten een monster van een vast volume uit de lucht en scheidt de deeltjes op grootte – te weten nano (1 – 10 nm), ultra (10 – 100 nm) of micro (100 nm – 1 µm) – en vallen dan op een afzonderlijke detector. Iedere detector geeft een signaal als er deeltjes op terecht komen, hierdoor kan je aflezen of er wel/niet bepaalde deeltjes in het monster zitten (aantallen deeltjes kunnen niet worden geteld). 3B. Benoem de meetschaal waarop de meetvariabele van het detectieapparaat wordt weergegeven. Na een tijd gebruik te hebben gemaakt van het detectieapparaat komt de verkoper van het apparaat langs. De verkoper heeft een uitbreidingsset waarmee de drie oude detectoren vervangen kunnen worden. De nieuwe detectoren kunnen het aantal deeltjes tellen die na de scheiding op het detectoroppervlak vallen. De uitbreidingsset heeft daarom ook een nieuwe display, waarin voor iedere detector het aantal deeltjes per volume wordt weergegeven. 3C. Benoem de meetschaal waarop de meetvariabele van het detectieapparaat met uitbreidingsset wordt weergegeven.

Uitwerking: Antwoord 3A. Hoewel er nog geen officieel geaccepteerde definities bestaan, wordt nanotechnologie door de ISO voorlopig omschreven als: “utilizing the properties of

nanoscale materials that differ from the properties of individual atoms, molecules, and bulk matter, to create improved materials, devices, and systems that exploit these new properties”. REF De economische potenties van nanotechnologieën zijn bijzonder groot en vormen een belangrijke groeimarkt. De wereldwijde verkoop van nanotechnologieën bevattende producten groeide van €25 miljard in 2004 naar €450 miljard in 2010. REF Wij schatten dat in 2016 de markt verder zal toenemen tot ruim € 2.500 miljard. Met nanotechnologieën komen er dus enorme groeiversnellingen in zicht. Volgens recent onderzoek zijn er op dit moment in Nederland 200 ondernemingen op dit gebied actief, waarvan het merendeel starters. REF Voor een goede beoordeling van de risico’s is het van belang dat kan worden aangetoond dat de nanodeeltjes waaraan men wordt blootgesteld daadwerkelijk in

- Pagina 6 van 18 -

die vorm in het lichaam worden opgenomen. Daarom is er behoefte aan technieken waarmee enerzijds de aanwezigheid van nanodeeltjes in weefsels/organen kan worden aangetoond en anderzijds de hoeveelheid en karakteristieken van nanodeeltjes bepaald kunnen worden. Op basis van twee reviews over toxicokinetiek van nanodeeltjes kan worden geconcludeerd dat in de kinetische studies die tot nu toe zijn uitgevoerd slechts zelden de interne dosis juist is gekarakteriseerd en gekwantificeerd. REF# Onze lezing van de resultaten is dus dat het onduidelijk is hoeveel van die stof daadwerkelijk in nanovorm in het lichaam wordt opgenomen. In verschillende epidemiologische studies is gekeken naar de inhalatie van nanodeeltjes en de negatieve (lokale en systemische) effecten op de gezondheid. Naar onze mening is het niet duidelijk of de waargenomen negatieve effecten worden veroorzaakt door de geabsorbeerde deeltjes zelf, of door een aaneenschakeling van processen die geïnitieerd zijn door de deeltjes in de longen. De verschillen tussen de dierexperimenten en de humane studies worden toegeschreven aan het feit dat in dierstudies hogere en mogelijk meer toxische doses worden gegeven. REF Het lijkt echter wel aannemelijk te zijn dat bij deze doses er ook in de mens negatieve effecten kunnen plaatvinden. Samenvattend kan worden gesteld dat de huidige studies erop duiden dat opname van nanomaterialen in het lichaam kan plaatsvinden. Het ontbreekt echter aan studies waarin wordt aangetoond of het de nanovormen van chemicaliën zijn die worden geabsorbeerd of juist de ionen. Deze informatie is van cruciaal belang voor de risicobeoordeling. [# Verwijzing naar de reviews, niet naar de getrokken conclusies.] Antwoord 3B. Ordinale schaal. Al lijkt er een verband met een lengte, het gaat in de meting slechts om het benoemen (nano, ultra of micro) van hetgeen gemeten is. Wel hebben de benoemde meetwaarden een natuurlijk ordening. De variabele kent geen natuurlijk nulpunt en geeft geen betekenisvolle verschillen tussen de waarden. Het verband van de categorieën met een lengteschaal maakt het niet tot een ratioschaal, de benodigde informatie zit namelijk niet in de meetwaarde besloten. Antwoord 3C. Ratioschaal. De meting (aantal deeltjes per volume) heeft een natuurlijk nulpunt en verschillen tussen de kwalitatieve waarden zijn betekenisvol.

- Pagina 7 van 18 -

Vraag 4 – Source – Sink mapping Beschouw het onderstaande blokschema van een proces waarin reactanten A en B in een reactor reageren naar product P. Reactant B is in overmaat aanwezig en reactant A reageert volledig weg (zie stroom 2). In een scheidingsstap worden product P en reactant B volledig van elkaar gescheiden. Hiervoor is extra water nodig (3), dat wordt aangevoerd als schoon leidingwater. De productstroom (4) wordt vervolgens ontwaterd in een settler en levert het eindproduct (8) en een afvalwaterstroom (9). Bij deze ontwatering komt 85% van product P in het eindproduct (8) terecht, maar gaat 15% ervan verloren in de afvalwaterstroom (9). Uit de andere stroom uit de scheider (5) wordt reactant B volledig gescheiden en teruggevoerd naar de reactor (7). Ook dit levert een afvalwaterstroom op (6).

3 Scheiding

Reactor 1

A+B

2

P

Ontwatering 4

B/P

9 5 Ontwatering

7

6

De samenstelling van de stromen in het blokdiagram is als volgt:

A (kg/s) B (kg/s) P (kg/s) H2O (kg/s) V (ppm)

#1 2 2 4

#2 1 4 6 500

#3

#4

5

4 3 200

#5

#6

1 8 300

#7

#8

#9

3,4 0,5 300

0,6 2,5 180

1 6 350

- Pagina 8 van 18 -

2 150

8

In de reactor ontstaat helaas ook een schadelijk bijproduct V (vervuiling). Hoewel de hoeveelheden zeer klein zijn hebben zij wel invloed op de mogelijkheden van waterhergebruik en verplichten ze ook het bedrijf het afvalwater te zuiveren. Om de impact te verkleinen wordt een source – sink mapping uitgevoerd. Om het scheidingsproces tussen product P en reactant B goed te laten verlopen wordt 200 ppm van de vervuilende stof V getolereerd en moet de flow rate tussen de 4,5 en 5,0 kg/s liggen (stroom 3).

4A. Noem de bronnen (sources) en de putten (sinks) in dit proces. 4B. Voer een source – sink mapping uit en bepaal welke stroom of stromen kunnen worden hergebruikt en in welke mate. 4C. Schets het nieuwe blokdiagram en bepaal aan de hand van een massabalans wat het effect is op de hoeveelheid water dat het bedrijf moet inkopen en reinigen. 4D. Heeft het hergebruik van water ook effect op de opbrengst van product P? Zo ja, wat is dit effect? Uitwerking: Stukken tussen [] niet vereist; in rood commentaar op studentenwerk. 4A. Bronnen (sources): Stromen #6 en #9 (eventueel ook stroom #8). Putten (sinks): Stroom #3 (eventueel ook stroom #1). [Omdat er geen gegevens over toleranties voor stroom #1 zijn gegeven, kunnen we daar verder niets mee. Dit is ook wel logisch want men zal de voeding van de reactor niet willen vervuilen. Maar als je hier stroom #1 als potentiële sink had aangemerkt is dat uiteraard goed gerekend. Voor stroom #8, de productstroom geldt iets vergelijkbaars. Je wilt niet het grootste deel van je product recyclen, dus ook daar kunnen we niets mee, hoewel het niet fout is deze stroom als potentiële source aan te merken.] Opmerkingen: Het is verbazend te zien hoe veel studenten de bronnen en de putten hebben omgewisseld. Bronnen zijn de stromen waar water beschikbaar komt (6, 8, 9) en putten waar water geleverd moet worden (1, 3). Kijk in dit verband ook alleen naar de waterstromen, de source-sink mapping wordt gedaan op basis van de waterbalans in de flow sheet. Helemaal vreemd is het dat studenten die de bronnen en putten verwisselen, meteen in de eerste zin bij B stellen dat stroom #9 kan worden hergebruikt (wat overigens juist is). Maar als je een stroom kunt hergebruiken, dan is het natuurlijk een bron. Ook zijn er studenten die stromen #2, #4, #5 en #7 aanmerken als bron of put. Dit zijn echter recycle stromen binnen de flow sheet, je kunt daar in 4B natuurlijk ook - Pagina 9 van 18 -

niets mee (maar sommigen hebben dat wel gedaan). 4B. In overweging nemend dat #1 niet vervuild dient te worden en ook omdat er van de reactiekinetiek verder weinig bekend is, wordt als enige put (sink) #3 aangemerkt. Omdat #8 de productstroom is en je niet het al geconcentreerde product wilt recyclen, blijven stromen #6 en #9 als enige mogelijke bronnen over. Plot eerst de bronnen en putten in een concentratie – flow rate diagram (zie hieronder).

Stroom # 9 kan in zijn geheel worden gebruikt 2,5 kg/s). Als we aanvullen met 2,5 kg/s van stroom #6 wordt de concentratie van V te hoog (>200 ppm). Maar we kunnen wel een deel van stroom #6 gebruiken, want de concentratie in stroom #9 is lager dan de target (Stel target op 5 kg/s bij 200 ppm V). We moeten dan aanvullen met schoon water tot 5 kg/s. Dus we nemen 2,5 kg/s van #9, x kg/s van #6 en y kg/s schoon water, waarbij 2,5 + x + y = 5. Dit levert de volgende vergelijking op: ∗0 ∗ 350 2.5 ∗ 180 5 ∗ 200 Hieruit volgt: x = 1,57 kg/s y = 0,93 kg/s In bovenstaand diagram zijn deze waarden grafisch verwerkt. Opmerkingen: Sommigen hebben de hoeveelheid P in stroom #9 meegeteld in de balans, dus 3,1 kg/s genomen. In principe gaat de source – sink mapping over de - Pagina 10 van 18 -

waterbalans, je maakt de massabalans op per component. Hiervoor is slechts een half puntje afgetrokken. Een paar studenten hebben de tolerantie als geheel toegepast op de scheidingsunit, maar hierin is de concentratie van V al hoger dan 200 ppm, zelfs zonder recycling. De tolerantie had betrekking op alleen stroom #3 (wat ook wel logisch was met een eis van 4,5 – 5 kg/s), anders zou het probleem niet oplosbaar zijn. Er zijn ook studenten die allerlei stromen zelf gaan toevoegen en ook zuiveringsstappen. Dit is niet iets waar de source – sink mapping om vraagt, dus kan niet goed gerekend worden. Het gaat er juist om dat men minder schoon water inkoopt en ook minder water reinigt. 4C. Geheel #9 (2,5 kg/s) wordt gerecycled naar #3. Van #6 gaat 1,57 kg/s ook naar #3. Er moet dus nog 5 – 2,5 – 1,57 = 0,93 kg/s schoon water worden ingekocht (plus de 4 kg/s van #1). Dit is een besparing van 4,07 kg/s. Aan afvalwater blijft over: 6 – 1,57 = 4,43 kg/s (restant #6), in plaats van de 8,5 kg/s die in eerste instantie moest worden gereinigd. Voor water klopt de massabalans nu perfect (zie ook diagram hierboven). [Merk op dat als je nu de vervuiling V in alle stromen doorrekent, de concentraties in alle stromen ook toenemen. Je kunt nu gaan itereren met de concentraties van V, daarbij uitgaande van dezelfde verdeling over de stromen bij elke unit operation. Dan zal je zien dat bij convergentie de concentratie in de samengestelde stroom #3 hoger zal zijn dan de toegestane 200 ppm. Beter is het dus om de hele source – sink mapping te itereren tot convergentie. Omdat er niet voldoende van de reactie zelf bekend is, is hierbij stroom #2 een moeilijk punt. Als aangenomen wordt dat de concentratie V in #2 constant blijft, omdat de toename van V in #7 de reactie terugdringt zodat er minder V in de reactor wordt bij gevormd, hoef je maar een iteratie uit te voeren en komt er uit: 2,5 kg/s van #9, 0,86 kg/s van #6 en 1,64 kg/s schoon water. Als ook de concentratie van V in #2 toeneemt zal meerdere keren moeten worden geïtereerd en zal er dus nog een beetje minder van #6 kunnen worden hergebruikt. Er is niet gevraagd deze berekeningen te doen. Studenten die dit wel hebben gedaan of een opmerking in deze richting hebben geplaatst, hebben hiervoor bonuspunten gescoord. Zo kan het gebeuren dat een enkeling meer dan de 9 punten voor deze vraag heeft ontvangen.] 4D. Als stroom #9 volledig wordt gerecycleerd komt er geen P meer in het afvalwater terecht (in #6 zit geen P). Dit betekent dat uiteindelijk alle P in het eindproduct terecht zal komen, dus een opbrengst van 100%. Waarschijnlijk is dit een nog veel grotere winst dan de winst uit besparing van water en reiniging. De meeste studenten hebben dit wel goed gezien, ook als ze B en C niet hadden.

- Pagina 11 van 18 -

Vraag 5 – LCA 5A. Een LCA studie heeft tot doel de milieubelasting van een product, proces of dienst te analyseren en te beoordelen. Waarom is het voor bedrijven van belang LCAs uit te (laten) voeren op hun producten? 5B. De R&D afdeling van een bedrijf heeft drie alternatieve routes voor de fabricage van een kwalitatief gelijkwaardig chemisch product ontworpen. De afdeling Duurzaamheid heeft voor deze drie routes een complete Cradle-to-Gate LCA gedaan en de eco-kosten per fase uitgerekend. Gelijktijdig heeft de bedrijfseconoom de gedetailleerde productiekosten voor elk van de drie alternatieven berekend. Het management moet een beslissing nemen welk van de drie alternatieven verder zal worden ontwikkeld tot productieproces. Ze hebben daartoe de eco-kosten uitgezet tegen de productiekosten, zoals in onderstaande grafiek. Welk van de drie alternatieven zou jij als manager kiezen? Beargumenteer je antwoord. 5

Fase 4 Verpakking Transport

Route 1

Eco-kosten €/ton

4

Fase 3 Energie 3

Fase 2 Productie

Route 2

Fase 1 Grondstoffen

2

Route 3 1

0 0

50

100

150

200

250

300

Productiekosten €/ton

5C. Om een LCA te kunnen uitvoeren moeten eerst de systeemgrenzen en de Functionele Eenheid (FU = Functional Unit) worden gedefinieerd. Bepaal voor ieder van de volgende vier producten de functionele eenheid die je in een LCA studie zou willen gebruiken: (1) mobiele telefoon; (2) accu voor laptop; (3) witte muurverf; (4) stuk zeep.


5D. Een LCA die de eco-kosten van levering van frisdrank aan de consument vergeleek voor het gebruik van PET-flessen en PLA-flessen leverde onder de voorwaarden: - PET-flessen worden voor 80% gerecycled, - PLA-flessen worden voor 90% verbrand met terugwinning van elektriciteit, - 10% van alle flessen eindigt als zwerfvuil, - Overblijvende fracties worden ook verbrand; het volgende resultaat op: PET-fles : 2,13 €cent / liter drank geleverd, PLA-fles: 3,26 €cent / liter drank geleverd. Als het recyclepercentage voor de PET-flessen werd teruggebracht tot 40% dan stegen de eco-kosten tot 3,68 €cent / liter drank geleverd. Ook PLA kan gerecycled worden. Neem aan dat PLA voor 80% wordt gerecycled. Alle benodigde gegevens en gemaakte berekeningen voor de PLA-flessen voor 0% recycling zijn gegeven in bijgeleverd schema (print van een excel-sheet). Voor recycling worden lege flessen vervoerd van de winkel naar het distributiecentrum en samengeperste flessen van het distributiecentrum naar de flessenfabriek. Je mag aannemen dat er 550 flessen in een m3 gaan. Bereken de eco-kosten voor PLA-flessen met 80% recycling. Doe je berekeningen handmatig op bijgeleverd schema (invulsheet), becommentarieer het resultaat en trek je conclusies.

Uitwerking: 5A. LCA geeft inzicht in de milieubelasting van een product in de vorm van eco-kosten, carbon footprint of een andere indicator. Deze milieubelasting (externe kosten, de interne kosten zijn dan de grondstoffen, energiekosten, productiekosten, etc.) wordt over het algemeen niet in rekening gebracht in de kostprijs en dus de verkoopprijs van dat product of die dienst. In toenemende mate worden deze externe kosten via wetgeving verplicht geïnternaliseerd, ze worden deel van de interne kosten en moeten dus in de verkoopprijs worden verdisconteerd. Daardoor kan de prijs van een product met hoge milieukosten sterk stijgen en niet meer concurrerend zijn met een gelijkwaardig product van een concurrent, waarvoor lagere milieukosten worden gemaakt. Voorbeelden hoe die internalisering al wordt doorgevoerd zijn het heffen van ecotax, het verhandelen van CO2-emissierechten en het voorschrijven van te volgen technologieën volgens een lijst van zogenaamde BAT’s (Best Available Technology). In de toekomst zullen dit soort maatregelen alleen maar toenemen en het is voor bedrijven dan ook van levensbelang om producten te maken die weinig effect


hebben op milieu (lage eco-kosten) en een hoge kwaliteit/kosten verhouding hebben. 5B. Route 1 heeft bij gelijke productiekosten met route 2 hele hoge eco-kosten ten opzichte van route 2. Dit is op de lange termijn geen goede optie. Daarom is route 2 duidelijk te prefereren boven route 1. Een keus maken tussen route 2 en 3 is wat moeilijker. Route 3 heeft weliswaar lagere eco-kosten, maar heeft ook duidelijk veel hogere productiekosten. Waarschijnlijk zal dit economisch niet opwegen tegen de extra eco-kosten, zelfs als deze volledig in de kostprijs moeten worden geïnternaliseerd. Als manager zou ik gaan voor route 2. Sommige studenten hebben het milieu en duurzaamheid zo hoog in het vaandel staan dat zij ondanks economische afwegingen hebben gekozen voor route 3. Als ze daarbij een goede argumentatie presenteerden, is dit goed gerekend. 5C. (1) Mobiele telefoon: de functie hiervan is primair bellen (conversatie), maar ook berichten versturen en internetapplicaties gebruiken. Met andere woorden, de algemene functie is communicatie. De eenheid moet dus per tijdsduur communicatie uitdrukken, eventueel met een scenario omschrijven van het aantal uren gebruik per dag, maand of jaar. (2) Accu voor laptop: de functie is het van stroom voorzien van de laptop: per

aantal acculadingen per tijdseenheid computergebruik en voor de levensduur van de accu. Dit laatste heeft te maken met het aantal charge/discharge cycli die de accu heeft tijdens zijn levensduur. Dit kan ook in een scenario staan. Verder kan in het scenario informatie worden gegeven voor de specificatie van de laptop en het gebruik ervan. Als je die niet als een constante neemt zou je ook als FU kunnen nemen: per aantal accu’s per computertijd. Het wordt dan mogelijk accu’s te vergelijken die verschillende capaciteiten en aantal cycli hebben. En ook bijvoorbeeld accu’s met lage eco-kosten per stuk (maar slechte performance), tegenover accu’s met een hoge performance en hoge eco-kosten. (3) Witte muurverf: de functie is duidelijk het wit verven van een stuk muur. De eenheid zou dan kunnen zijn per m2 muur goed gedekt, met als scenario de kwaliteitseisen van wat verstaan wordt onder goede dekking. Dan nog is het de vraag hoe lang de verf er blijft op zitten. Dus er moet ook ergens een levensduur in. Bijvoorbeeld per m2 muur goed gedekt voor 10 jaar. Een hele goede verf, met relatief hoge eco-kosten per liter, maar die wel 10 jaar blijft zitten, kan dan toch nog beter scoren dan een verf met lagere eco-kosten per liter, die in die 10 jaar 5 keer moet worden opgebracht. Dus de functionele eenheid per liter verf is pertinent fout. (4) Stuk zeep: de functie van een stuk zeep is jezelf er mee te wassen. Hoewel reclame ons doet geloven dat het om het lekkere geurtje gaat, de beleving, relaxen, etc. blijft de primaire functie de wasbeurt. Dus de functionele eenheid zal per aantal wasbeurten moeten zijn, waarbij dan nog wel een scenario van wat precies onder een wasbeurt wordt verstaan moet worden bijgevoegd. - Pagina 14 van 18 -

Door per wasbeurten te nemen kun je dus ook een zeep die heel snel oplost vergelijken met een zeep die heel weinig oplost. Per gewicht zeep is dus zeker fout. De antwoorden op vraag 5C moeten altijd de structuur hebben: eco-kosten (€) per FU, of kortweg per …… Nooit iets per iets anders zoals bijvoorbeeld m2/L zoals vaak bij 5C werd geantwoord. Als je dat doet kun je dus nooit meer een goede verf die lang blijft zitten met een slechte verf die na korte tijd moet worden overgeschilderd met elkaar vergelijken. Als je het wel doet komen er dan ook foute resultaten uit.

5D.

Enkele opmerkingen over veelgemaakte fouten: Alle flessen moeten opnieuw gemaakt worden, ook van recycled PLA. Dus bij Productiefase Fles moet 0,03 worden ingevuld. Omdat 0,8 wordt gerecycled en 0,1 als zwerfvuil is gegeven, blijft nog 0,1 over in het restafval dat verbrand wordt. Dus verbranding: 0,1 x 0,03. Transport ging vaak fout. Kijk bij winkel-distributie naar het volume per fles (1/550 m3), vermenigvuldig met 0,8 (vanwege het feit dat alleen die 80% gerecycled terug gaat naar de distributie) en vermenigvuldig dan met 50 (het aantal kilometer). Bij distributie-fabriek iets vergelijkbaars, maar dan per gewicht (0,03x0,8x100/1000). Ophaal-MSWI: 0,03x0,1x30.


Vraag 6 – Explosie- en brandgevaar Butaan (C4H10) is gasvormig bij kamertemperatuur. Voor een proces waarvoor butaan nodig is, werd butaan als gas aangevoerd per pijpleiding. Omdat de vereiste hoeveelheid groot was, is men overgegaan op het onder druk vloeibaar maken van dit gas en wordt het nu als vloeistof verpompt. De temperatuur is 25 °C. Bij een ongeluk ontstond een gat in de pijpleiding waardoor in korte tijd 20 m3 vloeibaar butaan kon ontsnappen voordat iemand de pomp kon uitzetten en een kraan kon sluiten. 6A. Maak door eenvoudige berekening een schatting van de energie die zou kunnen vrijkomen bij een eventuele explosie en brand. 6B. Had dit zelfde lek opgetreden toen men nog met butaangas werkte dan was waarschijnlijk meer volume ontsnapt, omdat het volumedebiet van een gas hoger zal zijn dan dat van een vloeistof. Neem aan dat er destijds 100 m3 butaangas zou zijn ontsnapt. Wat zou dan de omvang van de gevolgen hebben kunnen zijn? Maak ook hiervoor een berekening. 6C. Vergelijk de resultaten van A en B en geef commentaar, waarbij je ook de verschillen verklaart. 6D. Wat zou eventueel een alternatief zijn voor de twee vormen van butaantransport door de pijpleiding? Hoe zouden in dat geval de gevolgen zijn ten opzichte van A en B? Geef een kwalitatieve verklaring, berekening is niet nodig.

Gegevens butaan: Moleculaire massa: MW = 58,12 g.mol-1 Dichtheid gas bij 25 °C : 2,5 kg/m3 Dichtheid vloeistof bij 25 °C onder druk: 600 kg/m3 Atmosferisch kookpunt: TB = –0,4 °C Warmte capaciteit vloeibaar butaan tussen 0 °C en 50 °C: cp = 100 J.mol-1.K-1 Verdampingswarmte: ∆HVAP = 22,3 kJ.mol-1 Verbrandingswarmte: ∆HCOMB = 2878 kJ.mol-1


Uitwerking: 6A. Met een dichtheid van 600 kg/m3 vloeibaar butaan hebben we met 20 m3 gelekt butaan een hoeveelheid van 12000 kg butaan. Dit is gelijk aan 12000/58,12 = 206,5 kmol. Deze butaan bevindt zich boven het atmosferisch kookpunt en bevat een hoeveelheid latente energie m⋅cp⋅(Tsup – Tb). Invullen van de gegevens levert: 206,5 kmol × 100 kJ⋅kmol-1⋅K-1 × 25,4 K = 524,5 MJ Deze energie is direct beschikbaar voor verdamping van de vloeibare butaan. Hierdoor kan onmiddellijk 534,5 MJ / 22,3 kJ⋅mol-1 = 23,5 kmol butaan verdampen. Bij verbranding hiervan zal maximaal 23,5 kmol × 2878 kJ⋅mol-1 = 67,7 GJ vrijkomen. Een explosie heeft tussen de 3% en 10% explosie-efficiëntie, zodat er een explosie zal kunnen plaatsvinden met een energie tussen de 2 en 7 GJ. Merk op dat de niet verdampte butaan ook nog steeds brandbaar is en de totale brand een energie van bijna 600 GJ kan hebben. Maar dit kan over langere tijd zijn gespreid. Vaak is geen onderscheid gemaakt tussen brand en explosie. Men houdt het zo simpel mogelijk door het aantal mol te vermenigvuldigen met de verbrandingsenergie. Hiervoor is de helft van het aantal punten gegeven. Het was natuurlijk de bedoeling te kijken hoeveel latente energie aanwezig was die meteen voor verdamping kan worden gebruikt en wat dan als explosie resulteert. Met de explosie-efficiëntie daarbij te betrekken natuurlijk. Dit werd vaak vergeten. Hoewel de verdampingsenergie in het niet valt bij de verbrandingsenergie is het fout gerekend als men de verdampingsenergie er bij opgeteld heeft: verdampen kost energie. Ondanks dat er in het college van Urjan Jacobs aandacht aan is besteed is het aantal studenten dat niet-significante cijfers komt alleen maar toegenomen. Als er gevraagd wordt om met een eenvoudige berekening een schatting te maken, is het niet goed als er 594220660 J of 4079834824 J uitkomt. Graag geen telefoonnummers meer geven in je antwoorden.

6B. Als 100 m3 gas ontsnapt bij 25 °C met een dichtheid van 2,5 kg/m3 betekent dit het vrijkomen van 250 kg butaan, oftewel 4,3 kmol. Deze is al gasvormig en kan bij totale verbranding maximaal 12,4 GJ aan energie opleveren. Bij explosie (3 – 10%): 0,4 – 1,2 GJ. Vrij veel studenten hebben hier exact de zelfde berekening gegeven als in 6A. Met andere woorden: het gas afkoelen en daarna laten verdampen. Hoe zou je een gas willen verdampen?


6C. Omdat er bij een vloeistoflek veel meer massa vrijkomt dan bij een vergelijkbaar gaslek, zal het gevaar dus veel groter zijn bij A dan bij B. Voor brand is dat zeer duidelijk te zien: 600 GJ bij het vloeistoflek tegen 12,4 GJ bij het gaslek. Hoewel slechts een gedeelte van het vloeibare butaan onmiddellijk zal verdampen en dan voor een explosie kan zorgen, is deze met 2 tot 7 GJ toch nog een factor 5 groter dan de 0,4 – 1,2 GJ in het geval van het gaslek. Je mag uit de cijfers ook een omgekeerde redenering gebruiken en dan tot de conclusie komen dat een vloeistoflek gevaarlijker is omdat er meer massa vrijkomt. 6D. Butaan kan ook vloeibaar gemaakt worden door het te koelen beneden het kookpunt, dus bijvoorbeeld tot -20 °C. Als dan een lek ontstaat is er geen latente energie aanwezig die instantaan verdamping zal bewerkstelligen. Er moet juist energie uit de omgeving worden aangetrokken om het te kunnen verdampen. Dit zal veel langzamer gaan en de mogelijkheden om maatregelen te nemen zijn veel groter. Als er wat gas ontstaat en er is een ontstekingsbron, dan zal de eerste explosie veel minder heftig zijn dan bij A en B. Maar deze zal wel energie leveren zodat de erop volgende brand groter zal zijn dan bij B en tot maximaal dezelfde omvang kan hebben als bij A.

EINDE TOETS


Milieu, Veiligheid en Maatschappij (MVM) Toets 2 (70%)

Recommend Documents