Kapitel 3.3 - Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen Flashcards
Definieren Sie nachwachsende Rohstoffe. Was ist die zentrale Idee für die nachhaltige Nutzung nachwachsender Rohstoffe?
-Nachwachsende Rohstoffe sind pflanzlichen oder tierischen Urprungs. Organische Materialien die innerhalb überschaubaren Zeitraum nachwachsen und somit immer wieder neu zur Verfügung stehen. Sie werden stofflich und energetisch genutzt.
Nutzung nachwachsender Rohstoffe nur in einem verträglichen (compatível) Mass (werden aus den natürlichen Kreisläufen entnommen)
Was ist die wichtigste Stoffklasse im NawaRo-Bereich? Wie werden sie chemisch aufgebaut? Nenne Beispiele wo sie gefunden werden kann und mögliche stoffliche Nutzung.
Kohlenhydrate/Zucker/Saccharide. CnH2nOn (Ringsysteme)
-Zellwände von Pflanzenzellen (Cellulose = Polymer aus Glucose)
-Exoskelette von Insekten (Polysaccharid)
-Obst
Mögliche stoffliche Nutzung:
-Faserkomponenten in Verbundwerkstoffe (materiais compósitos)
-Ausgangsmaterial für Pharmaka und Waschmittel
-Herstellung von Kunststoffen
-Papierherstellung (Cellulose, Stärke)
Energetische Nutzung (energetische Nutzung von Kohlenhydraten aus Abfallprodukte wäre wesentlich sinnvoller):
-Ethanol
Unterscheiden Sie Monosacchariden, Disaccharide und Polysaccharide und nenne Beispiele.
-Monosaccharide (Einfachzuckern): Glucose, Fructose
-Disaccharide (2 Monosaccharide): Saccharose, Lactose
-Polysaccharide (Vielfachzucker): Stärke, Cellulose, Glykogen
Wo findet man Saccharose und wo kann diese genutzt werden?
-Man findet Saccharose in Zuckerrohr (cana de açúcar, Indien und Brasilien) und Zuckerrüben (açúcar de beterraba, Europa)
-Bestandteil von Beton/Zement
-Waschmitteln
-Kosmetika
-Kunststoffen
-Nahrungsquelle für die beteiligten Mikroorganismen bei Fermentationsprozesse (-> Medikamente, Kunststoffe, Kraftstoffe (Ethanol)…)
Was sind die mögliche Arten der Verknüpfung (glykosidischen Bildung) bei Polysaccharide? Nennen Sie ein Beispiel wo das ein Unterschied macht.
-alpha oder beta
-Stärke und Cellulose sind Polymere von Glucose, aber sie haben völlig unterschiedliche Eigenschaften:
-Cellulose (beta-Bindungen): parallele Cellulose-Ketten zu Fasern -> hohe Zugfestigkeit (Zellwände von Pflanzen…)
-Stärke (alpha-Bindungen): Helix-Struktur, was kompakte und schnell zugängliche Glucosespeicher ermöglicht
Zu welcher Klasse der Kohlehydrate gehört Cellulose? Wo findet man es? Wie wird sie genutzt?
-Polymer/Polysaccharide/Vielfachzucker
-Gefunden in Baumwollfasern, Holz, Zellwand von Pflanzen
-Wird genutzt in:
-Papier, Kunststoffe (Cellophan… - papel celofane)
-Waschmitteln, Beschichtung von Medikamentenkapseln
Zu welcher Klasse der Kohlehydrate gehört Stärke? Wo findet man sie? Wie wird sie genutzt?
-Polymer/Polysaccharide/Vielfachzucker
-Gefunden in Mais (Hauptquelle weltweit), Kartoffeln, Weizen, Reis
-Meist modifiziert genutzt (um Eigenschaften für den industriellen Einsatz zu verbessern):
-Kunststoffe (thermoplastische Stärke für z.B. kompostierbare Tragetaschen)
-Verpackungsmaterialien
-Ausgangsstoff für Biokrafststoffe (Bioethanol E10)
-Ausgangsstoff für biologisch abbaybare Kunststoffe (Polymilchsäure, PLA)
Welche Eigenschaften hat Holz? Wofür wird sie genutzt? Was kann mit den Abfällen dieser stofflichen Nutzung gemacht werden?
-Verbundwerkstoff (zugfeste Fasern aus Cellulose in einer druckfesten Matrix aus Lignin und Hemicellulose) -> mit Stahlbeton vergleichbar
-Extrem belastbar
-Schlecht biologisch abbaubar
-Wird vor allem genutzt als:
- Baustoff
- Brennstoff
- Fertigung von Möbeln
- Papier
-Bei den Herstellungsprozessen von den oben genannten Nutzungen, fallen Holzabfälle, die noch stofflich genutzt werden können. Danach, kann man Energie aus den Abfällen noch gewinnen
Lignin fällt als Abfall bei der Zellstoffherstellung an. Welches Potenzial hat sie?
Potenzial als nachwachsender Rohstoff (stoffliche Nutzung im Vordergrund). Beispiel Arboform : Ligninabfälle werden mit Naturfasern (z.B. Baumwolle) versetzt und zu einem Granulat verarbeitet (“flüssiges Holz”) – lässt sich mit Spritzgussverfahren in jede Form bringen, wie Kaffeekapseln, Uhrengehäuse, Gussform in der Herstellung von Bremsscheiben. Nach der Nutzungsphase, kann Arboform kompostiert oder verbrannt werden – perfekte Kaskadennutzung eines Abfallstoffs.
Als was dient die Klasse Fette und Öle (nachwachsender Rohstoffe) in der Natur? Was ist der Unterschied zwischen den beiden? Nenne Beispiele.
Hauptsächlich als Energiespeicher in Pflanzen und Tieren.
Fette und Öle unterscheiden sich nicht in ihrer chemischen Grundstruktur, sondern lediglich in ihrem Schmelzpunkt, der bei Fetten oberhalb und bei Ölen unterhalb der Raumtemperatur liegt, d.h. Fette sind bei Raumtemperatur fest (z.B. Kokosfett, Margarine) und Öle dementsprechend flüssig (z.B. Olivenöl, Sonnenblumen- oder Rapsöl).
Sonnenblumenöl, Olivenöl, Rapsöl, Kokosöl, Leinöl // Butter, Kokosfett, Margarine
Was ist die die zweitwichtigste stofflich genutzte Klasse nachwachsender Rohstoffe in Deutschland? Wofür wird sie genutzt?
Fette und Öle
Herstellung von Lebensmitteln oder Kraftstoffen, wie Biodiesel, auch von Produkten des täglichen Gebrauchs, allen voran Tensiden in Wasch- und Reinigungsmitteln, Schmierstoffe, Polymere, Farben.
Wie ist die chemische Struktur von Fette und Öle?
Fettsäure (ácidos graxos): Kohlenstoffketten mit einem Säurekopf
Immer 3 Fettsäuren sind an Glycerin, einen Dreifachalkohol, verbunden
Fettmoleküle: Triglyceride oder Triglycerine
-> 3 Fettsäuren + Glycerin
*gesättigten Fettsäure: keine Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen
*einfach oder mehrfach ungesättigten Fettsäure: eine oder mehrere Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen
Erklären Sie die Gewinnung von Ölen aus Pflanzenfrüchten (wie Kokosöl).
- mechanische Krafteinwirkung, um die Schalen und die Früchte aufzubrechen
- die gebildete Masse wird auf 70 ºC erwärmt
- das öl wird über Sieböffnungen abgepresst
- das Öl muss entschleimt (desgomado), neutralisiert und desodoriert werden - Raffination
*„Kalt gepresst“, „Kalt extrahiert“ oder „Nativ“ bzw. „Vergine“ (bei Olivenöl): ausschließlich mechanische Verfahren zum Einsatz und die Öle werden anschließend nicht raffiniert, um Geruchsstoffe, Schleimstoffe, Farbstoffe, freie Fettsäuren und Lösemittel zu entfernen.
Erklären Sie die Wirkungsweise von Seifen bei der Entfernung von Schmutzpartikeln und die chemische Umsetzung von Seifen aus Fette oder Öle.
Fettsäuren werden von der Fette abgespalten, wenn sie mit alkalischen Lösungen (NaOH, KOH) reagiren. Sie bilden damit Salze. In dieser Salzform sind die Fettsäuren negativ geladen. D.h. es ergibt sich Glycerin + 3xFettsäuresalze -> Fettliebender Schwanz kann in unpolaren (z.B. Fetten) Substanzen lösen und wasserliebender Kopf kann in polaren (z.B. Wasser) Substanzen lösen.
Nennen Sie eine kunststoffliche Nutzung von Fette und Öle (Polymer). Was ist deren Hauptanwendung?
Linoleum (aus Leinöl = óleo de linhaça)
Bodenbelag
Pro 3 gewonnenen Fettsäure-Molekülen fällt auch zwangsläufig ein Molekül Glycerin an (z.B. bei der Gewinnung von Biodiesel oder bei der Isolierung von Fettsäuren). Es aber als Abfall zu entsorgen, ist weder aus ökologischer noch ökonomischer Sicht ratsam. Welche Anwendungen findet Glycerin?
Hohes Potenzial als Basischemikalie für Körperpflege, Pharmaka, Lebensmittel.
Kohlehydraten, Fetten und Öle werden aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) aufgebaut. Was benötigen Proteinen noch zum Aufbau? Welche Anwendungen haben Proteine in der Natur?
Es wird zusätzlich noch Stickstoff (N)benötigt, womit sie das Bindeglied zwischen Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf bilden.
-Strukturbausteine (z.B. Haare, Wolle, Nägel, Knochen, etc.)
-Transportmoleküle (z.B. Hämoglobin für Sauerstoff)
-Immunisierung (z.B. Antikörper)
-Biokatalysatoren (Enzyme)
Erklären Sie den chemischen Aufbau von Aminosäuren. Ab wann wird das ein Protein?
Lange Polymerketten: in zentrales Kohlenstoffatom ist mit insgesamt vier Bindungspartnern verbunden, einer Carbonsäure- und einer Aminogruppe (H3N+), einem Wasserstoffatom sowie einem Rest, der die Eigenschaften und den Verwendungszweck der Aminosäure bestimmt.
Nicht jeder Zusammenschluss aus Aminosäuren ist automatisch ein Protein, denn diese Zuordnung wird über die Länge der Aminosäureketten bestimmt. Bei unter 100 Aminosäuregliedern wird in Oligo- (2 bis 10) und Polypeptide (bis zu 100 Aminosäuren) differenziert und erst darüber kann von einem Protein im engeren Sinne gesprochen werden.
Welche komplexe Faser wird aus Proteine aufgebaut? Welche Tiere bauen das? Welche Eigenschaften hat das? Welche Industrien nutzen/können das nutzen?
Seiden
Viele Gliederfüßer, zu denen u.a. Insekten und Spinnen zählen
Seiden sind fest, zäh (resistente) und flexibel: können hohe Kräfte bei Verformung standhalten, und lassen sich extrem verformem ohne zu reissen.
Textilindustrie nutzen Seifen.
In der Medizintechnik können Spinnenseiden zu einem zentralen Baustein bei der Reparatur oder der Erzeugung von Gewebe (Tissue Engineering) werden, wie etwa bei der Heilung von Nervengewebe oder der Herstellung künstlicher Haut.
