31Groene chemie en industriële processen

Ibuprofen werd vroeger gemaakt in zes stappen die meer massa weggooiden dan ze behielden: aluminiumzouten, natriumchloride, ethanol, ammoniak en azijnzuur verlieten de fabriek voor elke kilogram geneesmiddel. Sinds 1992 zet een katalytische route van drie stappen het grootste deel van de atomen die ze gebruikt om in het product, en haar enige bijproduct, azijnzuur, wordt teruggewonnen en verkocht. Dit hoofdstuk zet cijfers op zulke vergelijkingen: atoomeconomie, E-factoren en procesmassa-intensiteit; daarna bekijkt het oplosmiddelen, energie en levenscyclusanalyse, hoe enkele van de grootste chemische processen schoner gemaakt werden, en wat hernieuwbare grondstoffen en enzymen veranderen.

Wat je al weet

Boek 1 voerde de atoomeconomie en de groene chemie in; het deel van jaar 1 rendementen; het deel van jaar 2 reactoren, omzetting, selectiviteit, verblijftijd, omzetting per doorgang, recirculatie en spui, adiabatische temperatuurstijging, elektrolysers en brandstofcellen. Hoofdstuk 16 en Hoofdstuk 21 behandelden de katalyse, Hoofdstuk 30 de maatstaven van een syntheseroute.

31.1 Groenheid meten

Definitie 31.1 (Groene chemie)

Groene chemie is het ontwerpen van chemische producten en processen die het gebruik en de vorming van gevaarlijke stoffen beperken of uitsluiten, samengevat in twaalf principes: afval voorkomen, de atoomeconomie maximaliseren, minder gevaarlijke stoffen gebruiken en maken, veiligere producten ontwerpen, veiligere oplosmiddelen gebruiken, energie besparen, hernieuwbare grondstoffen gebruiken, onnodige derivaten vermijden, katalysatoren verkiezen boven stoichiometrische reagentia, ontwerpen voor afbraak, in real time monitoren, en inherent veiligere chemie kiezen.

Definitie 31.2 (Atoomeconomie)

De atoomeconomie van een reactie is de molaire massa van het gewenste product gedeeld door de som van de molaire massa’s van alle beginstoffen in de kloppende vergelijking, uitgedrukt als percentage.

Propositie 31.3 (Atoomeconomie per reactieklasse)

Addities en omleggingen hebben een atoomeconomie van 100 %; substituties en eliminaties minder.

Definitie 31.4 (E-factor)

De E-factor van een proces is de massa afval per massa product. In de volledige E-factor tellen alle inputs die niet in het product terechtkomen als afval, oplosmiddelen en water inbegrepen; de eenvoudige E-factor laat oplosmiddelen en water weg.

Definitie 31.5 (Procesmassa-intensiteit)

De procesmassa-intensiteit (PMI) is de totale massa materialen die in een proces gaan (beginstoffen, reagentia, oplosmiddelen, water) per massa product.

Propositie 31.6 (PMI en E-factor)

Voor dezelfde grens is $\mathrm{PMI} = E + 1$, met $E$ de volledige E-factor.

Definitie 31.7 (Reactiemassa-efficiëntie)

De reactiemassa-efficiëntie (RME) van een reactie is de verkregen massa product gedeeld door de totale massa van de gebruikte beginstoffen.

Propositie 31.8 (RME uit rendement en atoomeconomie)

$\mathrm{RME} = \mathrm{AE} \times \text{rendement}/\mathrm{SF}$, waarin de stoichiometrische factor $\mathrm{SF} \ge 1$ de massa van de gebruikte beginstoffen is gedeeld door de massa die de kloppende vergelijking vereist.

Methode 31.9 (De maatstaven van een route berekenen)

1. Schrijf de kloppende vergelijking van elke stap op en bereken de atoomeconomie van de route uit alle beginstoffen die erin gaan.
2. Tel uit het batchverslag de massa’s op van alles wat ingebracht wordt (beginstoffen, reagentia, oplosmiddelen, water, opwerkingsmaterialen): PMI = totale invoer / product.
3. $E = \mathrm{PMI} - 1$; trek teruggewonnen en hergebruikte stromen af als ze binnen de grens liggen, en vermeld dat.
4. RME voor elke stap: product / beginstoffen, om te zien waar materiaal verloren gaat (laag rendement, overmaat reagens of slechte atoomeconomie).

31.2 Oplosmiddelen en energie

Oplosmiddelen vormen meestal het grootste deel van de massa van een proces in de fijnchemie of de farmaceutische industrie. Gidsen voor de keuze van oplosmiddelen rangschikken ze volgens criteria van veiligheid, gezondheid en milieu: water, ethanol, ethylacetaat, 2-methyltetrahydrofuraan en anisool worden aanbevolen; dichloormethaan, chloroform, benzeen, hexaan, dimethylformamide en 1,4-dioxaan moeten vermeden of verboden worden. Water, superkritisch koolstofdioxide (dat apolaire verbindingen oplost en geen residu achterlaat wanneer de druk weggenomen wordt) en reacties zonder oplosmiddel pakken het probleem bij de bron aan.

Methode 31.10 (Een gids voor oplosmiddelkeuze gebruiken)

1. Som op wat het oplosmiddel moet doen: de beginstoffen oplossen, de reagentia doorstaan, koken bij een bruikbare temperatuur, zich bij de opwerking van water scheiden.
2. Kies eerst uit de aanbevolen klasse; controleer de gevarenaanduidingen.
3. Als een problematisch oplosmiddel nodig is, zoek dan een aanbevolen oplosmiddel met dezelfde functie (2-methyltetrahydrofuraan voor dichloormethaan of THF bij extracties, ethylacetaat en heptaan voor hexaan in de chromatografie).
4. Plan de terugwinning door destillatie, en tel wat verloren gaat mee in de E-factor.

Definitie 31.11 (Procesintensivering)

Procesintensivering is het herontwerpen van apparatuur en bedrijfsomstandigheden om een proces veel kleiner, veiliger of efficiënter te maken: continue stroomreactoren met kleine volumes en grote warmtewisselende oppervlakken, reactieve destillatie, microgolfverwarming.

In een stroomreactor bestaat op elk ogenblik maar een klein volume van een gevaarlijk intermediair, en wordt warmte veel sneller afgevoerd dan in een groot batchvat; reacties die in een tank op hol zouden slaan, kunnen bij hogere temperaturen en concentraties uitgevoerd worden. Katalysatoren vervangen stoichiometrische reagentia en besparen zowel het reagens als het afval dat het wordt: de friedel-craftsacylering van de oude ibuprofenroute gebruikte aluminiumchloride in stoichiometrische hoeveelheid, die bij de opwerking vernietigd werd; de nieuwe gebruikt waterstoffluoride als katalysator en oplosmiddel, dat teruggewonnen en hergebruikt wordt.

31.3 Denken in levenscycli

Definitie 31.12 (Levenscyclusanalyse)

Een levenscyclusanalyse (LCA) evalueert de milieueffecten van een product over zijn hele levensloop, van de winning van grondstoffen tot de verwijdering. Ze wordt uitgedrukt per functionele eenheid, de geleverde dienst (bijvoorbeeld één wasbeurt van een lading wasgoed), binnen een systeemgrens die vermeldt welke processen meegenomen worden. Een analyse van wieg tot poort stopt wanneer het product de fabriek verlaat.

Definitie 31.13 (Koolstofvoetafdruk)

De koolstofvoetafdruk van een product is zijn uitstoot van broeikasgassen over de levenscyclus, uitgedrukt als de massa koolstofdioxide met hetzelfde opwarmend effect.

Methode 31.14 (Een vergelijkende LCA opzetten)

1. Formuleer het doel en de functionele eenheid: vergelijk wat dezelfde dienst levert, niet dezelfde massa.
2. Trek voor beide opties dezelfde systeemgrens.
3. Inventariseer de invoer en uitvoer van elk proces erbinnen, met gegevensbronnen en data.
4. Reken om naar effectcategorieën, zoek dan afwegingen (minder koolstof maar meer water) en test hoe gevoelig de conclusie is voor de gegevens.

31.4 Grote processen en hun verbetering

Propositie 31.15 (Koolstofdioxide uit ammoniak)

Ammoniak maken met waterstof uit de stoomreforming van methaan zet, alleen al uit de grondstof, $3/8$ mol $\ce{CO2}$ per mol $\ce{NH3}$ vrij: ongeveer $0.97\,\mathrm{t}$ $\ce{CO2}$ per ton ammoniak.

Ammoniakfabrieken, die zo’n 150 miljoen ton stikstof per jaar maken, behoren tot de grootste afzonderlijke bronnen van industrieel koolstofdioxide; waterstof uit elektrolyse met koolstofarme elektriciteit, of koolstofafvang bij de reformer, zijn de wegen om die uitstoot te verminderen. De ammoniaklus zelf, met haar lage omzetting per doorgang, de recirculatie van niet-omgezet gas en de spui van het argon en methaan die zich anders zouden ophopen, is al efficiënt.

Andere grote processen tonen dezelfde lessen. Het contactproces voor zwavelzuur is zo exotherm dat een moderne fabriek stoom en elektriciteit uitvoert. Ethyleenoxide werd eerst gemaakt via ethyleenchloorhydrine, met calciumchloride als afval; de directe oxidatie van etheen met zuurstof op zilver, een additie met een atoomeconomie van 100 %, verving die route, ten koste van wat etheen dat tot koolstofdioxide verbrandt. Propyleenoxide wordt nu ook gemaakt met waterstofperoxide op een titaanzeolietkatalysator, met water als enig bijproduct. Adipinezuur, gemaakt door oxidatie van cyclohexanol en cyclohexanon met salpeterzuur, zet distikstofoxide vrij, een sterk broeikasgas, dat fabrieken nu katalytisch vernietigen.

31.5 Hernieuwbare grondstoffen en biokatalyse

Definitie 31.16 (Hernieuwbare grondstoffen)

Een hernieuwbare grondstof is een grondstof die op een menselijke tijdschaal aangevuld wordt, zoals plantaardige biomassa. Een platformmolecuul is een eenvoudige verbinding die er in grote hoeveelheden uit gemaakt wordt en in veel producten omgezet: ethanol, melkzuur, barnsteenzuur, glycerol, levulinezuur, furfural, 5-(hydroxymethyl)furfural.

Definitie 31.17 (Biokatalyse)

Biokatalyse is het gebruik van enzymen, geïsoleerd of in cellen, als katalysatoren voor chemische omzettingen.

Enzymen werken in water bij ongeveer kamertemperatuur met een uitzonderlijke selectiviteit, en gerichte evolutie past ze nu aan niet-natuurlijke substraten aan: een daartoe geëvolueerd transaminase verving een door rodium gekatalyseerde asymmetrische hydrogenering bij de productie van het diabetesmiddel sitagliptine, en ketoreductasen maken veel chirale alcoholen. Koolstofdioxide zelf is een grondstof: ureum wordt eruit gemaakt met ammoniak, en methanol met waterstof. Polyethyleentereftalaat kan door glycolyse of methanolyse, of door gemodificeerde enzymen, tot zijn monomeren gedepolymeriseerd en opnieuw gepolymeriseerd worden.

In het laboratorium — Dichloormethaan vervangen bij een opwerking

Een product dat met dichloormethaan uit water geëxtraheerd werd, wordt in plaats daarvan geëxtraheerd met 2-methyltetrahydrofuraan: het wordt uit biomassa gemaakt, scheidt zich netjes van water (het is maar gedeeltelijk mengbaar), en vormt de bovenste laag, niet de onderste, wat de volgorde van de handelingen met de scheitrechter verandert. De organische lagen worden gedroogd, het oplosmiddel wordt onder verlaagde druk afgedestilleerd en voor hergebruik opgevangen.

Veiligheid

Ethyleenoxide: zeer licht ontvlambaar gas onder druk, giftig bij inademing, kan kanker en genetische defecten veroorzaken; het bestaat alleen in gesloten industriële systemen en sterilisatie-eenheden. Dichloormethaan is verdacht kankerverwekkend, en 2-methyltetrahydrofuraan is ontvlambaar en bijtend voor de ogen: een groener oplosmiddel is geen onschadelijk oplosmiddel.

Geschiedenis — Twaalf principes en één getal

Paul Anastas en John Warner publiceerden de twaalf principes van de groene chemie in 1998. Roger Sheldon voerde de E-factor in 1992 in, toen hij opmerkte dat de fijnchemie en de farmaceutische industrie, hoewel klein in tonnage, per kilogram product veel meer afval maakten dan de bulkchemie. Het ibuprofenproces van drie stappen, gestart in 1992, werd een van de vroege voorbeelden van de nieuwe aanpak.

31.6 Oefeningen

Oefening 31.1 ★

Bereken de atoomeconomie van de diels-alderreactie van butadieen met etheen, van de verestering van azijnzuur met ethanol, en van de wittigreactie van benzaldehyde met $\ce{Ph3P=CH2}$ (die styreen en trifenylfosfineoxide geeft).

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.1.

Diels-Alder: 100 % (een additie). Verestering: $88.0/(60.0 + 46.0) = 83$ %. Wittig: $104.0/(106.0 + 276.0) = 27$ %, waarbij trifenylfosfineoxide het grootste deel van de massa meeneemt.

Oefening 31.2 ★

Een batch gebruikt 120 kg materialen (beginstoffen, oplosmiddelen en water) en geeft 8.0 kg product. Bereken de PMI en de volledige E-factor.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.2.

$\mathrm{PMI} = 120/8.0 = 15$; $E = \mathrm{PMI} - 1 = 14$.

Oefening 31.3 ★

Kies een functionele eenheid om twee wasmiddelen te vergelijken, en zeg waarom “één kilogram poeder” een slechte keuze zou zijn.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.3.

Eén wasbeurt van een standaardlading bij een gegeven temperatuur en wasresultaat. Wasmiddelen worden verschillend gedoseerd: een geconcentreerd poeder vraagt minder per wasbeurt, zodat gelijke massa’s niet dezelfde dienst leveren.

Oefening 31.4 ★

Stel groenere vervangers voor van dichloormethaan bij een extractie, hexaan in de chromatografie, en DMF bij een amidekoppeling.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.4.

2-Methyltetrahydrofuraan of ethylacetaat voor dichloormethaan; heptaan (met ethylacetaat) voor hexaan; voor DMF ethylacetaat, 2-methyltetrahydrofuraan of dimethylcarbonaat, of een koppeling in water met oppervlakteactieve stoffen, afhankelijk van de reagentia.

Oefening 31.5 ★★

Een verestering van 60.0 g azijnzuur met 92.0 g ethanol (tweemaal de stoichiometrische hoeveelheid) geeft 70.4 g ethylacetaat. Bereken het rendement, de atoomeconomie, de stoichiometrische factor en de RME, en controleer het verband ertussen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.5.

1.000 mol zuur; 0.800 mol ester ($88.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$): rendement 80 %. AE 83.0 %. SF $= 152/106 = 1.43$. $\mathrm{RME} = 70.4/152 = 0.463$; $\mathrm{AE} \times \text{rendement}/\mathrm{SF} = 0.830 \times 0.80/1.43 = 0.463$.

Oefening 31.6 ★★

Bereken de atoomeconomieën van de chloorhydrineroute en van de directe oxidatie naar ethyleenoxide, en de massa calciumchloride die de eerste per ton ethyleenoxide maakt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.6.

Chloorhydrine: $44.0/(28.0 + 71.0 + 74.1) = 25$ %; directe oxidatie: 100 %. Eén mol $\ce{CaCl2}$ per mol ethyleenoxide: $1.0 \times 10^{6}\,\mathrm{g}/44.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} \times 111.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} = 2.5\,\mathrm{t}$ per ton.

Oefening 31.7 ★★

Controleer de hoeveelheid $\ce{CO2}$ per ton ammoniak uit het hoofdstuk, en bereken de hoeveelheid $\ce{CO2}$ per ton waterstof uit stoomreforming.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.7.

$3/8 \times 5.88 \times 10^{4}\,\mathrm{mol} \times 44.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} = 0.97\,\mathrm{t}$ $\ce{CO2}$ per ton ammoniak. Voor waterstof, $\ce{CH4 + 2H2O -> CO2 + 4H2}$: $1/4$ mol per mol, $5.0 \times 10^{5}\,\mathrm{mol}/4 \times 44.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} = 5.5\,\mathrm{t}$ $\ce{CO2}$ per ton waterstof.

Oefening 31.8 ★★

Bereken uit $\Delta_rG^\circ$ de minimale elektrische energie, in kWh, om één kilogram waterstof te maken door elektrolyse van vloeibaar water bij $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, en de energie uit $\Delta_rH^\circ$.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.8.

Eén kilogram is $500\,\mathrm{mol}$. Uit $\Delta_rG^\circ = 237.1\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: $1.19 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ} = 32.9\,\mathrm{kWh}$. Uit $\Delta_rH^\circ = 285.8\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: $39.7\,\mathrm{kWh}$ (het verschil is warmte die de omgeving kan leveren).

Oefening 31.9 ★★

Als er één mol $\ce{N2O}$ ontstaat per mol adipinezuur ($\ce{C6H10O4}$) en het aardopwarmingsvermogen van $\ce{N2O}$ 273 is (gegevens van de oefening), bereken dan de hoeveelheid $\ce{N2O}$ en het $\ce{CO2}$-equivalent per ton adipinezuur zonder reductiemaatregelen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.9.

$1.0 \times 10^{6}\,\mathrm{g}/146.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol} = 6.85 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$ $\ce{N2O}$, $0.30\,\mathrm{t}$; $\times 273 = 82\,\mathrm{t}$ $\ce{CO2}$-equivalent per ton adipinezuur.

Oefening 31.10 ★★★

Toon aan dat voor een reeks stappen de totale RME niet het product is van de RME’s van de stappen als overmaat reagentia gerecycleerd worden, en leg uit hoe recycling de E-factor verandert.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.10.

De RME van een stap telt de overmaat reagens als verbruikt; als de overmaat teruggewonnen en teruggevoerd wordt, is alleen het deel dat werkelijk verloren gaat verbruikt, en is de totale massa-efficiëntie hoger dan het product van de waarden van de stappen. In de E-factor is de gerecycleerde stroom geen afval, op voorwaarde dat de recycling binnen de grens valt; haar energie en verliezen moeten dan meegeteld worden.

Oefening 31.11 ★★★

Een procesverbetering verlaagt het oplosmiddel in een stap van 20 L tot 5 L per kilogram product (dichtheid van het oplosmiddel $0.80\,\mathrm{kg}/\mathrm{L}$, voor en na 90 % teruggewonnen door destillatie; gegevens van de oefening). Bereken de verandering van de volledige E-factor.

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.11.

Vooraf: $20 \times 0.80 = 16\,\mathrm{kg}$ oplosmiddel, 10 % verloren: $1.6\,\mathrm{kg}$ afval. Achteraf: $4.0\,\mathrm{kg}$, $0.40\,\mathrm{kg}$ verloren. De volledige E-factor daalt met 1.2 kg per kilogram product (en de destillatie-energie met drie vierde).

Oefening 31.12 ★★★

Een biogebaseerde route naar een monomeer heeft een kleinere koolstofvoetafdruk maar vereist meer land en water dan de petrochemische route. Hoe zou een vergelijkende LCA dit voorstellen, en wat zou je nodig hebben om tussen beide te beslissen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 31.12.

Per functionele eenheid en met dezelfde grens zou ze elke effectcategorie afzonderlijk rapporteren (klimaat, landgebruik, watergebruik…) in plaats van één score. Een beslissing vereist de gewichten die aan deze categorieën gegeven worden, de lokale schaarste aan water en land, de onzekerheid van de gegevens, en of de biogebaseerde grondstof met voedsel concurreert.

31.7 Probleem: ibuprofen, zes stappen of drie?

Probleem 31.1

Weekendprobleem — ibuprofen, zes stappen of drie: de atoomeconomieën van de twee routes, hun E-factoren, de katalysatoren die het verschil maken, en het afval dat in een jaar vermeden wordt

Gegevens van het probleem, per ton ibuprofen. Route van drie stappen: 0.71 t isobutylbenzeen, 0.55 t azijnzuuranhydride, 0.010 t waterstof, 0.14 t koolstofmonoxide, 0.05 t verliezen aan oplosmiddel en katalysator; 0.31 t azijnzuur teruggewonnen en verkocht. Route van zes stappen: 2.0 t reagentia en 1.5 t niet-teruggewonnen oplosmiddelen en hulpstoffen. Een fabriek maakt 3000 t ibuprofen per jaar.

Deel I — Atoomeconomie.

1. Schrijf de drie stappen van de katalytische route op.
2. Schrijf haar totaalvergelijking op.
3. Bereken de betrokken molaire massa’s en de atoomeconomie.
4. Som de beginstoffen van de route van zes stappen op (friedel-craftsacylering, condensatie van Darzens met ethylchlooracetaat en natriumethoxide, hydrolyse en decarboxylering, vorming van het oxim, dehydratatie tot het nitril, hydrolyse).
5. Bereken haar atoomeconomie uit de som van hun molaire massa’s (met twee moleculen water).
6. Welke bijproducten verlaten de oude route?

Deel II — E-factoren.

7. Bereken de massa die per ton product in de nieuwe route gaat.
8. Bereken haar PMI en haar volledige E-factor, met het azijnzuur als afval geteld.
9. Bereken de E-factor als het teruggewonnen azijnzuur als product geteld wordt.
10. Bereken de PMI en de E-factor van de oude route.
11. Waarom is de echte E-factor groter dan $(1 - \mathrm{AE})/\mathrm{AE}$?
12. Welke van de twaalf principes illustreren de verschillen?

Deel III — Katalysatoren.

13. Wat vervangt waterstoffluoride bij de acylering, en waarom is dat belangrijk?
14. Wat katalyseert de hydrogenering van het keton tot de alcohol?
15. Wat katalyseert de carbonylering van de alcohol, en de chemie van welk hoofdstuk is dat?
16. Waarom is azijnzuur in beide routes een bijproduct?
17. Welke gevaren brengt de nieuwe route mee, en hoe worden ze beheerst?
18. Waarom betekenen minder stappen ook minder energie?

Deel IV — Een jaar.

19. Bereken het afval van de oude route voor de jaarproductie van de fabriek.
20. Bereken dat van de nieuwe route (azijnzuur verkocht).
21. Bereken het afval dat per jaar vermeden wordt.
22. Is een lagere E-factor altijd een kleinere milieu-impact?
23. Wat zou een levenscyclusanalyse toevoegen?
24. Formuleer het resultaat: de atoomeconomie van de route van drie stappen.

Oplossing

Oplossing van Probleem 31.1.

1. $\ce{C10H14 + C4H6O3 -> C12H16O + C2H4O2}$ (HF); $\ce{C12H16O + H2 -> C12H18O}$ (raneynikkel); $\ce{C12H18O + CO -> C13H18O2}$ (palladium).

2. $\ce{C10H14 + C4H6O3 + H2 + CO -> C13H18O2 + C2H4O2}$.

3. $134.0 + 102.0 + 2.0 + 28.0 = 266.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ beginstoffen; ibuprofen $206.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$: AE $= 206.0/266.0 = 77$ %.

4. Isobutylbenzeen, azijnzuuranhydride, ethylchlooracetaat, natriumethoxide, waterig zuur ($\ce{H3O+}$), hydroxylamine en water.

5. $134.0 + 102.0 + 122.5 + 68.0 + 19.0 + 33.0 + 2 \times 18.0 = 514.5\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$: AE $= 206.0/514.5 = 40$ %.

6. Azijnzuur, natriumchloride, ethanol, koolstofdioxide, water, ammoniak (als ammoniumzout), en aluminiumzouten uit het stoichiometrische aluminiumchloride.

7. $0.71 + 0.55 + 0.010 + 0.14 + 0.05 = 1.46\,\mathrm{t}$.

8. PMI 1.46; $E = 0.46$.

9. $0.46 - 0.31 = 0.15$.

10. PMI $= 2.0 + 1.5 = 3.5$; $E = 2.5$.

11. Rendementen onder 100 %, overmaat reagentia, verliezen aan oplosmiddel en katalysator, en opwerkingsmaterialen voegen allemaal afval toe dat de atoomeconomie negeert.

12. Afval voorkomen, de atoomeconomie maximaliseren, katalysatoren gebruiken in plaats van stoichiometrische reagentia, onnodige derivaten en stappen vermijden, energie besparen.

13. Het stoichiometrische aluminiumchloride, dat bij de opwerking tot aluminiumafval gehydrolyseerd wordt; waterstoffluoride is tegelijk katalysator en oplosmiddel en wordt teruggewonnen en hergebruikt.

14. Raneynikkel (een heterogene hydrogeneringskatalysator).

15. Een palladiumfosfinecomplex: de carbonyleringschemie van Hoofdstuk 21.

16. Azijnzuuranhydride draagt één acetylgroep over; de andere helft van het molecuul vertrekt als azijnzuur.

17. Waterstoffluoride is zeer giftig en bijtend, koolstofmonoxide giftig en ontvlambaar: gesloten apparatuur uit bestendige materialen, detectoren en opgeleide operatoren.

18. Elke stap voegt verwarmen, koelen, scheidingen en terugwinning van oplosmiddel toe; drie stappen vragen van dat alles minder.

19. $2.5 \times 3000 = 7500\,\mathrm{t}$ per jaar.

20. $0.15 \times 3000 = 450\,\mathrm{t}$ per jaar.

21. Ongeveer $7000\,\mathrm{t}$ afval per jaar vermeden.

22. Nee: de aard van het afval telt (een ton zout water is geen ton van een persistente giftige verbinding), en ook de energie, de emissies en de gevaren van de reagentia tellen.

23. De effecten van het maken van de reagentia en de energie stroomopwaarts, van de emissies naar lucht en water, en van het gebruik en de verwijdering van het product, per functionele eenheid, in meerdere effectcategorieën.

24. De katalytische route van drie stappen heeft een atoomeconomie van ongeveer 77 % (40 % voor de route van zes stappen).