Streven. Jaargang 14

[p. 169]

Wetenschappelijke Kroniek
Petrochemie
Dr. P. De Ceuster

VIJFENDERTIG jaar terug werd alle chemici van de oude generatie nog geleerd dat de scheikundige stoffen uit de klasse van de paraffinen hun naam te danken hebben aan hun gebrek aan affiniteit: ze konden praktisch alleen door brutale verbranding omgezet worden in andere chemische - doch volkomen waardeloze - stoffen. Petroleum, dat in eerste instantie kan beschouwd worden als een mengsel van paraffinen en aanverwante produkten, kwam in de chemische industrie dan ook niet aan bod: slechts 1% van de produkten uit de organisch-chemische industrie had petroleum als oorsprong. Thans is deze verhouding reeds opgelopen tot meer dan de helft, zodat het niet overdreven is hier van een echte omwenteling te spreken.

Onlangs werd het eeuwfeest gevierd van de eerste petroleumput. In 1858 werd die door Drake aangeboord voor ontginning. Na korte tijd werd het bruine slijk in reusachtige ketels afgestookt en door gefractioneerde distillatie gescheiden in benzine, lampolie, smeerolie en asfalt. De lampolie was bruikbaar voor de petroleumlampen, die begonnen te concurreren met de opkomende gasverlichting. Met de komst van de elektriciteit echter verloor de olie veel van zijn nut, pas veel later zou hij een gedeeltelijke herwaardering vinden in het Dieselverbruik. De benzine van haar kant was toentertijd slechts waardeloze afval.

Economisch gezien was dit een strop. Grosso modo - want ruwe petroleum is zeer verscheiden van streek tot streek en van put tot put - bevat petroleum 50% lampolie en nog geen 20% benzine. Wanneer de afval te groot wordt in verhouding tot de nuttige produktie, is het normaal dat men naar middelen zoekt om ook deze bijprodukten te valoriseren. Toen herinnerde men zich een fabricagefout uit de eerste tijden van de petroleumgeschiedenis. In 1861 had namelijk een verantwoordelijke arbeider in een distillatie-eenheid de ketel eens goed opgestookt en er verder niet meer naar omgekeken. Hierdoor was de temperatuur abnormaal hoog gestegen en de druk fel opgelopen. Het resultaat was een tegenslag voor beide partijen: in plaats van de hoogkokende nuttige lampolie leverde het proces een groot percentage waardeloze benzine op en de arbeider werd ontslagen. Maar wat was hier eigenlijk gebeurd? Onder invloed van de hoge temperatuur en druk werden de hoogkokende paraffinemolekulen letterlijk doorgekraakt tot kleinere, laagkokende molekulen, die dan prompt in de benzinefractie terechtkwamen. In 1910 verkreeg een scheikundige hierop patent en van dan af werd het klein misdrijf een groot bedrijf. Dit krakingsproces wordt nu op zo ruime schaal toegepast, dat er meer ‘krakingsbenzine’ geproduceerd wordt dan gewone ‘straight-run-benzine’, waardoor het benzinerendement steeg tot 50%.

Door deze methode worden hoger kokende petroleumfracties op hoge temperatuur en druk tot benzine gekraakt. Het kraken kan echter niet beperkt worden

[p. 170]

tot benzine als zuiver eindprodukt. Ook kleinere stukjes van de molekulen worden mede afgekraakt, die nog een lager kraakpunt hebben dan de reeds zo vluchtige benzine. Ze vormen het krakingsgas. Ook dit werd aanvankelijk als een waardeloos nevenprodukt aangezien en leverde, door verbranding, hoogstens wat energie aan motoren en ketels. Hoewel het grootste gedeelte van dit krakingsgas nog steeds deze roemloze weg opgaat, toch is dit nevenprodukt de belangrijkste grondstof geworden voor de petrochemie. Immers, door het kraken hebben de paraffinen hun chemische inertie verloren. Het krakingsgas is veel reactiever dan de uitgangsstof en dient als grondstof voor steeds meer onmisbaar wordende produkten.

Ook de geschiedenis van de techniek is een ‘éternel recommencement’. Honderd jaar geleden werd de eerste synthetische kleurstof vervaardigd uit steenkoolteer, tot dan toe eveneens een lastig en waardeloos nevenprodukt van de lichtgasfabricage. Dat uit de zwarte steenkool de fraaiste kleurstoffen konden gemaakt worden, is steeds de verbeelding blijven aanspreken en geldt ook thans nog steeds als een van de meest populaire prestaties van de chemie. Maar thans is ook deze steenkoolteer lang niet meer onmisbaar en alle grondstoffen ervan kunnen door petroleum geleverd worden. Ten slotte is het plastic, de grote vedette voor onze tijd, niet veel anders dan chemisch gestolde petroleum.

Hoewel de organische chemie veel ingewikkelder is dan de minerale, heeft ze het grote voordeel, dat ze slechts uit enkele elementen is opgebouwd: koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Alles wat koolstof en waterstof bevat, weten we, kan dienen als grondstof: zuurstof en stikstof kunnen immers door allerlei precédés gemakkelijk in de molekule gebracht worden. De minerale scheikunde mist deze soepelheid: men kan geen ijzer of ijzerverbindingen maken uit ertsen die er geen bevatten en dit geldt voor om het even welk element. Ook de transmutatie zal daar niets aan veranderen.

We zouden het ook zo kunnen uitdrukken, dat de minerale chemie in de eerste plaats een scheikunde is van een groot aantal verschillende elementen, terwijl in de organische chemie het zwaartepunt ligt in de rangschikking van een klein aantal steeds dezelfde elementen. Theoretisch kunnen deze elementen zonder enige energie willekeurig gerangschikt worden. In de praktijk blijft dit moeilijk, doch de moderne techniek vindt steeds nieuwe ‘sleutels’ om zulke hergroeperingen mogelijk te maken. Deze sleutels zijn de katalysatoren, die ons steeds meer in staat stellen, naar eigen keuze een vooraf bepaald eindprodukt uit het reactiemengsel te voorschijn te doen treden. Niet zonder reden kan men aldus spreken van het voortdurend ontsluiten van nieuwe grondstoffen.

Tussen de twee wereldoorlogen werden in Frankrijk, dat over geen petroleum, maar wel over rijke Afrikaanse oliereserves beschikte, met succes proeven gedaan om plantenolie om te zetten in petroleum, terwijl in Rusland en Duitsland, waar de verhoudingen precies andersom lagen, op industriële schaal het omgekeerde gebeurde. Dat dergelijke experimenten meer door de toen heersende behoefte aan nationale autarchie waren ingegeven dan door een verantwoorde technische economie, hoeft geen betoog. Wanneer later echter een geleidelijke verschuiving ontstaat van het industrieel organisch chemisch potentieel van steenkool, hout, vet, suiker, naar petroleum toe, dan beantwoordt dit aan een economische noodzaak.

Een schuchtere aanvang nemend in 1925, in versneld tempo oplopend vanaf 1930, kreeg de petrochemie een eerste verticale stoot in 1942, toen door de

[p. 171]

oorlogsomstandigheden de U.S.A. afgesloten werden van de Aziatische rubbergebieden. In korte tijd was de fabricage van synthetische rubber uit petroleum industrieel op touw gezet, en toen bleek dat die van zo goede kwaliteit was, dat de produktie ook na de oorlog in stijgende lijn vooruitging. Daarnaast eiste de praktijk van de carpetbumbing meer springstoffen dan de steenkoolteerproduktie kon opleveren: men leerde ze eveneens uit petroleum maken. Verder heeft in de U.S.A. de synthetische alkohol het gegiste produkt voorbijgestreefd en is de petroleum bezig, nu ook suiker en graan als grondstof te verdringen. Kunstmatige vezels, zoals rayon, welke reeds vóór de oorlog uit hout vervaardigd werden, ondervinden een gevaarlijke concurrentie van betere synthetische textielstoffen als nylon, dacron en teryleen, welke op petroleum zijn aangewezen. Synthetische wasmiddelen, bijna alle petroleumderivaten, dringen de olienijverheid in het defensief.

Een van de meest spectaculaire successen van de petrochemie is de synthese van talrijke plastische massa's, voornamelijk van plastiek of polyethyleen. Om dit laatste te verkrijgen wordt ethyleen, het hoofdbestanddeel van kraakgas, onder een druk gezet van duizend atmosferen, waardoor de ethyleenmolekulen zich aan elkaar rijgen tot reuzenmolekulen. Deze zijn geheel verwant aan het bekende paraffine en gedragen zich dan ook op dezelfde waterafstotende wijze. Doch nu zijn de molekulen als lange draden door elkaar vervlochten en vormen aldus een zeer stevig materiaal. Met een geschikte katalysator is men er in geslaagd, hetzelfde condensatieproces uit te voeren onder atmosferische druk. Gedurende de condensatie van ethyleen tot plastiek geschiedt precies het omgekeerde van de petroleumkraking tot ethyleen en dit illustreert nogmaals de soepelheid van deze chemische omzettingen.

Naast kraakgas komt hoe langer hoe meer aardgas in gebruik. Naar oorsprong en samenstelling is dit zeer nauw verwant met het zogenaamde petroleumgas, dat samen met petroleum aangetroffen wordt. Ofschoon het voorlopig nog hoofdzakelijk als brandstof wordt gebruikt, neemt zijn belang voor de chemische industrie voortdurend toe. Voor landen als Frankrijk en Italië, die na vruchteloze petroleumboringen op rijke aardgaslagen zijn gestoten, is het een uitkomst. Aanvankelijk als troostprijs opgevat, zijn deze voorraden aardgas thans bezig even belangrijk te worden als petroleum. Als chemische grondstof is dit reeds een feit. Bovendien vullen zij de petroleumreserves op een gelukkige wijze aan.

Steeds opnieuw immers rijst de vraag: hoe ver strekken eigenlijk onze petroleumvoorraden? Raken zij nooit uitgeput? Niemand kan op deze vraag met voldoende zekerheid antwoorden. Enerzijds stijgen de bekende voorraden voortdurend, maar anderzijds neemt ook het verbruik voortdurend toe. Blijft men op schattingen en statistieken aangewezen, dan zijn schromelijke vergissingen niet uitgesloten. Een van de hoofdstukken uit het populaire boek van Zischka: Wetenschap vernietigt monopolies, dat enkele jaren voor de oorlog verscheen, droeg als ondertitel: ‘Chroom en lood voor negen jaar, zink voor achttien jaar, en dan?’ Maar van enig tekort aan deze metalen is er thans, twintig jaar later, nog niets te merken! Hetzelfde geldt voor de petroleum. Volgens statistieken van 1920 moesten de petroleumvoorraden thans uitgeput zijn, doch de stroom vloeit nog steeds even onbezorgd voort. Wil dit zeggen dat er nooit een eind aan komt? Het is waar, dat vele streken nog niet gëexploiteerd zijn, dat het vermogen toeneemt om steeds dieper te boren (nu reeds tot bijna zes kilometer onder de grond en tot verder dan tien kilometer in zee), doch ook het verbruik

[p. 172]

stijgt op een indrukwekkende wijze en de kernenergie is nog lang niet in staat om de rol van de petroleum als energiebron over te nemen. Dat ze ooit in staat zal zijn om de motorbenzine te vervangen, is meer dan twijfelachtig. Zo moet er dan op lange termijn rekening mee gehouden worden dat deze voorraden toch eens zullen uitgeput raken. De industrie zal dan weer moeten overschakelen op steenkool, waarvan de voorraden enorm veel groter zijn. Het is in dit verband tekenend dat men zich, in een tijd van kolencrisis en stijgend petroleumverbruik, steeds blijft interesseren voor het probleem van de omzetting van steenkool in petroleum.

Chemisch gezien is het verbranden van petroleum een grote verkwisting. Een scheikundige bekijkt dat zoals een meubelmaker het verstoken van palissander-of ebbenhout zou zien. Zoals men vroeger wel eens hele bossen verbrandde alleen maar om wille van de as welke men nodig had als meststof, zo worden nog steeds reusachtige hoeveelheden aardgas verbrand alleen maar om het roet te verkrijgen dat onmisbaar is in de rubbernijverheid. En toch zou een eventuele uitputting rampzalig zijn voor de petrochemie. Doch ook deze ramp hoeven we niet te overdrijven. Deze tijd is nog ver af en de chemische processen zijn soepel genoeg geworden om, als de nood dwingt, om het even wat uit om het even wat te maken.

Toen in 1840 een staal ruwe petroleum naar de academie van Sint-Petersburg werd gezonden, oordeelde deze dat het slechtriekend goedje nergens voor deugde tenzij misschien als karresmeer. Nu kijken we rondom in huis voortdurend op dingen die uit deze petroleum zijn vervaardigd en de tijd is niet ver meer af dat ook het huis zelf uit petroleum zal kunnen opgetrokken worden.