Voorbereiding op
Toets Scheikunde t/m module 5B 21/22
Ter
voorbereiding op deze toets kun je onderstaand artikel van de website van Scientas https://www.scientias.nl/nieuw-mysterie-is-geboren-nu-onderzoekers-de-historie-van-een-minder-bekend-broeikasgas-hebben-uitgeplozen/
bekijken.
Maar je kunt de toets ook maken zonder het artikel bekeken te hebben.
Nieuw mysterie is geboren nu
onderzoekers de historie van een
minder bekend broeikasgas hebben
uitgeplozen.
23 september 2021 Caroline Kraaijvanger
De
hoeveelheid waterstofgas in de atmosfeer is tussen 1852 en 2003 gestegen van
330 naar 550 deeltjes per miljard. En onderzoekers kunnen dat niet helemaal
verklaren.
Dat de
concentratie broeikasgassen in de atmosfeer in de afgelopen anderhalve eeuw
flink is toegenomen, weet iedereen. Het ligt ten grondslag aan één van de
grootste problemen van onze tijd: klimaatverandering. Maar vaak ligt daarbij de
focus op het overbekende broeikasgas koolstofdioxide (CO2) dat in
pre-industriële tijden een concentratie van zo’n 281 ppm
kende, maar deze zomer bijna de 420 ppm aantikte.
Waterstofgas
Veel minder vaak hoor je over moleculaire waterstof (of waterstofgas) waarvan
over het algemeen wordt aangenomen dat ook de atmosferische concentratie
daarvan sinds pre-industriële tijden flink is toegenomen. “Waterstofgas is een
heel simpel molecuul dat bestaat uit twee waterstofatomen,” legt onderzoeker
John Patterson aan Scientias.nl uit. “En mensen produceren het
voornamelijk door fossiele brandstoffen (koolwaterstoffen) te verbranden.”
Maar waar we
van een broeikasgas als CO2 vrij nauwkeurig weten hoe de concentratie in de
afgelopen 150 jaar is veranderd, was dat voor moleculaire waterstof onbekend.
Simpelweg, omdat onderzoekers niet wisten hoeveel waterstofgas er in
pre-industriële tijden in de atmosfeer zat. Een nieuw onderzoek, waar Patterson
hoofdauteur van is, brengt daar verandering in.
IJs
Patterson en collega’s bogen zich voor het onderzoek over luchtbelletjes die in
het Antarctische ijs zitten opgesloten. Die luchtbelletjes zijn ooit gevangen
komen te zitten onder versgevallen sneeuw en zijn
eigenlijk een soort tijdcapsules, die ons meer inzicht kunnen geven in hoe de
atmosfeer er in de tijd dat de sneeuw viel, uitzag. Patterson en collega’s
bemonsterden luchtbelletjes die tot wel 169 jaar geleden zijn gevormd.
In de lijn
der verwachtingen
En het onderzoek wijst uit dat de concentratie waterstofgas tussen 1852 en 2003
met 70 procent is toegenomen. Dat percentage lag wel in de lijn der
verwachtingen, zo vertelt Patterson. “Dat is ongeveer wat we op basis van de
toename in atmosferisch methaan (een belangrijke bron van waterstofgas) en de
toename in de verbranding van fossiele brandstoffen (nog zo’n belangrijke bron
van waterstofgas) hadden verwacht.”
Verrassing
Maar het onderzoek levert ook een verrassing op. Want de onderzoekers hadden –
afgaand op de afname in koolstofmonoxide – verwacht dat ook de concentratie
waterstofgas in de 20e eeuw iets zou afnemen. Maar daar is geen sprake van; de
concentratie neemt alleen maar toe. “Koolstofmonoxide en waterstofgas komen
beiden vrij bij een ‘onvolledige verbranding’. Het is eigenlijk heel simpel:
als er niet genoeg zuurstof beschikbaar is, resulteert de verbranding van
fossiele brandstoffen in koolstofmonoxide en waterstofgas in plaats van
koolstofdioxide en waterstof. Meer controle op vervuiling en de introductie van
driewegkatalysator in auto’s zijn verantwoordelijk voor de afname in
koolstofmonoxide. Van driewegkatalysatoren weten we echter dat ze ook zorgen
voor een vergelijkbare afname van waterstofgas in uitlaatgassen. Dus we hadden
verwacht dat het atmosferische waterstofgas net zo zou reageren als
atmosferisch koolstofmonoxide (en dus zou afnemen, red.).” Maar dat is niet het
geval. “Er is geen bewijs dat de uitstoot van moleculaire waterstof in de
twintigste eeuw af is genomen.”
Mysterie
Hoe kan dat? “Dat is het mysterie!” stelt Patterson. Op dit moment wijst alles erop
dat er naast auto’s nog andere, onderschatte bronnen van waterstofgas zijn.
“Maar meer onderzoek is hard nodig.”
Gevolgen
Vaststaat in ieder geval dat de concentratie waterstofgas in 150 jaar tijd
flink is toegenomen. En dat is toch wel enigszins zorgwekkend. “Waterstofgas is
een indirect broeikasgas,” stelt Patterson. “Het reageert met hydroxylradicalen. Hydroxylradicalen
zijn verantwoordelijk voor het afbreken van atmosferisch methaan (een
belangrijk broeikasgas). Meer waterstofgas dat met hydroxylradicalen
reageert, betekent dan ook dat er minder hydroxylradicalen
beschikbaar zijn om met methaan te reageren, waardoor het methaangehalte in de
atmosfeer stijgt. Waterstofgas kan ook de hoeveelheid waterdamp in de
stratosfeer verhogen (en waterdamp is ook een broeikasgas).” De toename in
stratosferische waterdamp kan bovendien weer leiden tot een toename in polaire
stratosferische wolken die bijdragen aan de afbraak van ozon.
Waterstofeconomie
Onderzoekers hebben wel ideeën over hoe het de atmosferische waterstofgasconcentratie
in de toekomst zal vergaan. De verwachting is dat deze – zeker als steeds meer
auto’s op waterstof gaan rijden – alleen maar verder stijgt. “Sommige
onderzoekers schatten dat als de ‘waterstofeconomie’ echt van de grond komt, de
hoeveelheid waterstof in de atmosfeer nog wel met een factor vier kan
toenemen.”
Een goede
reden om de concentratie ook de komende jaren nauwlettend in de gaten te
houden. “Met name ook vanwege de effecten die een toename van waterstofgas kan
hebben op de beschikbaarheid van hydroxylradicalen.”
Daarnaast wil Patterson ook graag meer onderzoek doen naar voormalige
atmosferische concentraties van waterstofgas. Nu zijn ons die tot 1853 bekend.
“Maar we kunnen met ijskernen nog veel verder terug gaan.” Ook de nu nog
mysterieuze bron van moleculaire waterstofgas die ervoor zorgt dat de
atmosferische concentratie ondanks maatregelen zoals de introductie van de
driewegkatalysatoren blijft stijgen, verdient meer onderzoek. “Het laat zien
dat we de biogeochemische cyclus van waterstofgas nog
niet volledig begrijpen. Meer onderzoek daarnaar is belangrijk, zeker omdat de
‘waterstofeconomie’ die cyclus waarschijnlijk nog verder gaat verstoren.”