Aufgaben: Rohstoffgewinnung und Weg eines Produkts

Rohöl wird in Raffinerien (z. B. in Gelsenkirchen oder Schwedt) durch fraktionierte Destillation getrennt.

1. a) Erläutern Sie das Trennprinzip der fraktionierten Destillation.
2. b) Ordnen Sie Benzin, Diesel und Heizöl/Bitumen nach steigender Siedetemperatur und begründen Sie dies mit der Kettenlänge.

Beim thermischen Cracken werden langkettige Alkane in kürzere Moleküle gespalten.

1. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für das Cracken von Decan ($\mathrm{C_{10}H_{22}}$) zu Octan und Ethen.
2. b) Nennen Sie, welche Bedeutung Ethen für die Kunststoffherstellung hat.

Polymilchsäure (PLA) wird aus Mais oder Zuckerrüben gewonnen und gilt als nachwachsender Rohstoff.

1. a) Erklären Sie den Begriff nachwachsender Rohstoff.
2. b) Nennen Sie einen Vorteil und einen Nachteil gegenüber erdölbasierten Kunststoffen.

Ein Chemieunternehmen stellt Polyethylen in einer Kette her: Rohöl, Naphtha, Steamcracker, Ethen, Polymerisation, Granulat, Verpackungsfolie, Entsorgung.

1. a) Beschreiben Sie in vier Sätzen den Weg dieses Produkts von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung.
2. b) Nennen Sie zwei Stellen dieser Kette, an denen Energie benötigt wird, und eine Möglichkeit, Rohstoffe oder Energie zurückzugewinnen.

Polyethylen hat einen Heizwert von etwa $43\,\text{MJ}\cdot\text{kg}^{-1}$. Eine Müllverbrennungsanlage verbrennt täglich $2{,}0\,\text{t}$ Kunststoffabfall dieser Art.

1. a) Berechnen Sie die freigesetzte Energie in $\text{GJ}$.
2. b) Berechnen Sie die Masse $\mathrm{CO_2}$, die bei vollständiger Verbrennung von $1{,}0\,\text{kg}$ Polyethylen $(\mathrm{CH_2})_n$ entsteht ($M(\mathrm{CH_2}) = 14\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$, $M(\mathrm{CO_2}) = 44\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).

Für Getränkeflaschen stehen PET aus Erdöl und PET aus teilweise biobasiertem Ethylenglykol zur Auswahl.

1. a) Formulieren Sie die Monomere von PET (Terephthalsäure und Ethan-1,2-diol) und die Bildung der Esterbindung.
2. b) Erläutern Sie, ob die biobasierte Variante automatisch umweltfreundlicher ist, und nennen Sie zwei Kriterien für eine Bewertung.

Ein Hersteller vergleicht drei Entsorgungswege für gebrauchte Kunststoffverpackungen: werkstoffliches Recycling, rohstoffliches Recycling (Pyrolyse zu Pyrolyseöl) und energetische Verwertung.

1. a) Beschreiben Sie jeweils das Prinzip.
2. b) Beurteilen Sie die Wege anhand von Qualität des Produkts, Energiebedarf und Kohlenstoffkreislauf.
3. c) Entscheiden Sie begründet, welcher Weg für stark verschmutzte Mischkunststoffe sinnvoll ist.

Eine Ökobilanz vergleicht zwei Einkaufstüten. Tüte A aus Polyethylen (Masse $7\,\text{g}$) verursacht $0{,}020\,\text{kg}$ $\mathrm{CO_2}$-Äquivalente pro Tüte und wird im Mittel $4$-mal verwendet. Tüte B aus Baumwolle verursacht $0{,}60\,\text{kg}$ $\mathrm{CO_2}$-Äquivalente pro Beutel.

1. a) Berechnen Sie, wie oft der Baumwollbeutel mindestens verwendet werden muss, damit seine Bilanz pro Nutzung besser ist als die der PE-Tüte.
2. b) Erörtern Sie zwei weitere Kriterien, die über die $\mathrm{CO_2}$-Bilanz hinaus in die Bewertung eingehen sollten.

Beim Cracken von Naphtha im Steamcracker entstehen bei etwa $850\,{^\circ}\text{C}$ vorwiegend Ethen und Propen. Alternativ könnte Bioethanol dehydratisiert werden: $\mathrm{C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4 + H_2O}$.

1. a) Erklären Sie, warum das Cracken nur bei hoher Temperatur abläuft, und nennen Sie den Reaktionstyp bei der Ethanol-Dehydratisierung.
2. b) Berechnen Sie die Masse Bioethanol, die für $1{,}00\,\text{t}$ Ethen bei vollständiger Umsetzung nötig ist ($M(\mathrm{C_2H_5OH}) = 46\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$, $M(\mathrm{C_2H_4}) = 28\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).
3. c) Beurteilen Sie die Nachhaltigkeit beider Verfahren.