Læsevejledning til dette dokument 3 Principper 4 Om energi 4 Energiens livscyklus 6 Energiudvinding og produktion 6 Energilagring 6 Energidistribution og transport 7 Fornyelig og ikke-fornyelig energi 8 Fornyelige energikilder 9 Ikke fornyelige energikilder (inden for overskuelig tid!) 9 Energiuafhængighed (for mennesket) 9 Teknologiske løsninger 10 Adfærdsrelaterede løsninger 12 Energi-bæredygtighed (for Jorden) 13 Nul-forurening 13 Applikationer 15 Installationerne/missionerne 15 Energiforbrug 15 # 1: Træplantning 15 #2: Personbefordring 17 #3: Dæmning 18 #4: Vindmøller 19 #5: Solfanger 21 #6: Strømforsyning 22 #7: Vandhypotese og bølgekraftturbine 23 #8: Atomkraft, kul og olie 26 #9: Bølgekraft 28 Energiudvinding og distribution 29 #10: Olieboring 29 #11: Minedrift på kul og uran 31 #12: Innhøsting og bearbeiding av majs 32 Alliance 33 #13: Space Solar 33
Læsevejledning til dette dokument Dette materiale handler om energi og er fremstillet som inspiration og hjælp til arbejdet med 2007-udgaven af FIRST LEGO League. Temaet for FLL 2007 er Power Puzzle og dækker over, hvordan vi mennesker kan/skal/bør tilrettelægge vores liv i forbindelse med vores forbrug af energi således, at vi efterlader Jorden i en stand, som da vi blev født eller endda bedre. Power Puzzle drejer sig blandt andet om, hvordan miljøet påvirkes af vores personlige energivalg fx vedrørende opvarmning af vores hjem, hvordan brændstof til vores biler og opladning af mobiltelefoner eller endda download af musik til ipod i sidste ende påvirker miljøet? Og hvordan påvirkes økonomien og livet rundt omkring på Jorden? Hvilke energikilder bør vi bruge og hvorfor? 2007FLL_LogoFinal_Colour 2007 FLL Power Puzzle Logo Design Dette materiale er bygget op om de 13 missioner, som findes på konkurrencebordet. I dette materiale findes til hver mission en kort tekst om dens relation til virkeligheden. Desuden findes et par praktiske tilgange til relaterede emner. Udover specifik hjælp til de 13 missioner giver materialet nødvendig baggrundsviden om energi. Ved at arbejde med dette materiale håber vi, at I kommer tættere på undersøgelser om hvordan energiproduktion og -forbrug påvirker Jorden i dag, i morgen og i fremtiden. Vi håber også, at jeres hold kan være med til at finde gode energi-løsninger i jeres eget liv og måske endda optimale løsning på Energipuslespillet / Power Puzzle. Her er to links, der helt grundlæggende dækker arbejdet med energi. Både når det drejer sig om baggrundsviden, og når det drejer sig om aktiviteter. Om energi: http://www.skoleenergi.dk/index.php?id=81 Om energiforsøg: http://www.skoleenergi.dk/index.php?id=206 (also in english: http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/english[1].zip) Power Puzzle inspirasjonsdokument er utviklet og skrevet av Jørgen Korsgaard og Mads Neergaard Jacobsen, Børn og Unge, Århus kommune, Danmark. Dette dokumentet er kun på dansk
Principper (hvad er energi egentlig for noget?) Om energi I vores hverdagssprog bruger vi ordet energi om en slags kraft. Enten en kraft i vores krop eller i vores hjerne. Hvis vi vågner en dag og føler os friske og klare i hovedet, kan vi sige: Jeg føler mig fuld af energi. Omvendt kan vi føle os drænet for energi efter en mørk vinterdag eller hård fodboldkamp. Vi kan opleve energi som varme fra Solen, vi kan se og mærke det som et stearinlys, der brænder eller som en vind, der blæser. Men energi er mere end det. Når vi i fysik bruger ordet energi, taler vi om evnen til at opvarme noget eller til at bevæge noget. Energi kommer ikke ud af ingenting, men omdannes fra en form til en anden. Vi kender det fx, når vi gnider vores hænder mod hinanden, så de bliver varme. I det tilfælde har vi lavet mad, vi har spist, til bevægelse og bevægelse til varme. Så når vi siger, at vi bruger energi, er det faktisk kun den halve sandhed; vi omdanner eller omsætter energi. Den samlede mængde energi i universet er hele tiden den samme. Energi er et abstrakt begreb som vanskeligt lader sig definere præcist. Det har imidlertid vist sig at være meget nyttigt at bruge betegnelsen energi, når man skal beskrive de processer, der forløber i et fysisk system. Der omsættes bl.a. energi ved temperaturændringer og overgange mellem tilstandsformer. Ja faktisk involverer alle de processer, som forløber i naturen, herunder hverdagens gøremål, omsætning af energi. På de moderne kraftvarmeværker bliver den energi, som findes i brændslet (kul, olie, gas) omdannet til elektrisk energi og varme. Energien (el og varme) transporteres ud til forbrugerne, hvor den forsyner husholdningernes varme- og lyskilder samt et væld af el-forbrugende apparater. Her er fire links der handler om energi: Energi nøglen til livet - Materialet består af 6 tematiske kapitler, der enkeltvis eller samlet kan benyttes som erstatning for eller som supplement til eksisterende undervisningsmaterialer. Kapitlerne er: Energien og mennesket, Energien og samfundet, Energien og naturen, Energien og vandet, Energien og miljøet og Energien og teknikken. De 6 kapitler er hver på 3 sider, der umiddelbart kan printes og omdeles til eleverne. Hvert kapitel starter med at definere begrebet energi i forhold til det valgte delemne. Kerneordene og kernebegreberne er gennem hele teksten (og i alle kapitler) markeret med fed skrift. Til alle kapitlerne er der praktiske eksperimenter.
http://www.kattegatcentret.com/kattegat/pages/dk/mestforskoler/inspi_mat05/samlet.pdf Kids Energy Page er en rigtig god side på engelsk. Siden kan enten bruges af læreren eller af eleverne i forbindelse med engelskundervisningen. Siden er en oplagt mulighed for fagliglæsning i på engelsk. Siden indeholder flere illustrationer, der kan understøtte forståelsen af teksten. http://www.eia.doe.gov/kids/index.html Klimaundervisning her finder du en linksamling der er opdelt i temaer som Grønland og Arktis, Katastrofer, Klimamodeller og fremtidsscenarier med mere. Her er, på en overskuelig måde, samlet rigtig mange links, der kan bruges som inspirations til planlægning eller direkte i undervisningen. http://www.1tonmindre.dk/undervisningsmateriale.asp?m=25&sti=/klimaundervisning EMU Danmarks undervisningsportal har denne side med energiemner. Her findes elevmateriale, lærermateriale samt idéer til forløb og praktisk undervisning. http://www.emu.dk/gsk/fag/fys/ckf/fase1/1aafok/energiemner/index.html
Energiens livscyklus Energiudvinding og produktion For mange, mange år siden havde mennesket kun adgang til den energi, som var i føden og i sollyset. Senere lærte vi at bruge ild, og endnu senere lærte vi at bruge dyr som energiressource. Efter landbrugets indførelse kunne den energi, som var bundet i husdyrenes foder nemlig nyttiggøres i form af dyrisk trækkraft. Senere kom man på at bygge vind- og vandmøller for at udnytte den energi, som findes i strømmende luft og vand. Og siden da er det kun gået en vej. Vores behov for energi er stadigt voksende. Fossilt brændsel (kul, gas, olie) er set på verdensplan den vigtigste energikilde (se en model af et kraftvarmevarmeværk: http://www.emu.dk/gsk/fag/fys/ckf/fase3/3aafok/energiforbrug/kraftvarmevaerk.pdf. I nyere tid er det blevet muligt at udnytte den energi, som frisættes ved kernefysiske processer (atomkraft, se model af atomkraftværk: http://www.emu.dk/gsk/fag/fys/ckf/fase3/3aafok/energiforbrug/atomreaktor.pdf. I dag spiller vedvarende energi (solenergi, vandenergi, vindenergi) atter en væsentlig rolle. Her finder du et elevhæfte fra EMU om energi særligt el-energi. http://www.emu.dk/gsk/fag/fys/ckf/fase3/3aafok/energiforbrug/el%20energi.pdf Energilagring Energilagring er en stor udfordring. Modsat de naturlige energiressourcer som olie, gas, kul osv. skal elektricitet bruges, når den produceres. Elektricitet er med andre ord vanskelig at gemme. Udover elektricitet, som produceres her og nu, bruger vi en del energi, der er gemt af mennesker. Altså energi, som er produceret, men som nu ligger klar til, at vi kan bruge den. Andre gange producerer vi ikke energien med det samme, men gør det hele klart til, at den kan bruges. Det kaldes potentiel energi. Energi der er produceret lige til at bruge: - Batterier - Kondensator - Nedkøling af kølehuse http://blogs.zdnet.com/emergingtech/?p=486 Potentiel energi: - Opstemning af vand, potentiel energi (fysisk - tyngdekraften) - Et bornholmerur gemmer energien i et eller flere tunge lodder et godt eksempel på en senere udnyttelse af tyngdekraften (fysisk - tyngdekraften) - Adskillelse af vand til ilt og brint (kemisk) - Menneskedyrkede planter (kemisk omdannet solenergi) Se også: http://da.wikipedia.org/wiki/energilagring
Energidistribution og transport Det er sjældent der, hvor energien fremstilles, at den skal forbruges (omdannes). Derfor har vi brug for at kunne transportere eksempelvis elektricitet og varme over store afstande. Når vi transporterer elektricitet i ledninger, omdannes noget af den elektriske energi til varmeenergi. Dette skyldes modstanden i ledningerne og medfører et energitab. Da energitabet er lavt ved store spændingsforskelle, fordi strømstyrken herved er lav, er det vigtigt, at man kan lave strømmen om, så den har en stor spændingsforskel og en lille strømstyrke. Det kalder man at transformere spændingen op og strømstyrken ned. Sættes spændingen eksempelvis 25.000 gange op, bliver strømstyrken 25.000 gange mindre, fordi effekten er konstant*. Energitabet i ledningerne bliver 625.000.000 (25.000x 25.000) gange mindre**. Ohms lov fortæller os om forholdet mellem spændingen (U=volt), modstanden (R=Ohm) og strømstyrken (I=ampere). Ohms lov siger, at spændingen er bestemt af størrelsen af modstanden (i fx ledningerne) ganget med strømstyrken. U = R x I Når der løber en strøm (I) gennem en ledning, er der langs ledningen et spændingsfald (U AB ), som er bestemt af ledningens modtand (R). * Transformatorsætningen siger: P p = P s med andre ord U p x I p = U s x I s (p=primær og s=sekundær), da vi ved, at effekten P skrives som P = U x I. Størrelsen af energitabet i ledningen er P x t (tiden). ** Med andre ord er energitabet: P x t = U AB x I x t = R x I 2 x t, og da tiden og modstanden er konstante, afhænger energitabet af strømstyrken. Jo mindre strømstyrke des mindre energitab. Mange elværker er også varmeværker. Derfor kaldes de kraftvarmeværker. Det smarte ved denne dobbelte funktion er, at al den varme, der frigives under elproduktion, kan udnyttes som opvarmning. Studstrupværket ved Århus er et kraftvarmeværk (http:// www.dongenergy.com/da/aktiviteter/ el+og+varmeproduktion/elproduktion/ studstrupvaerket.htm). Varmen ledes i store rør ud til forbrugerne, der modtager varmen i form af vand med en temperatur på ca. 80 grader. Vandet ledes ind i forbrugerens centralvarmesystem, hvor det opvarmer vand, der befinder sig i et lukket system.
Når vandet har varmet huset op, sendes det afkølede vand retur for at blive varmet op endnu en gang. Jo mere varme vi trækker ud af vandet des bedre. For at opnå den bedst udnyttelse af varmen, skal radiatorerne være varme for oven og kølige forneden. Energiforbrug I den vestlige verden er vi afhængige af, et energiforsyningen virker. Det er vanskeligt, at forestille sig en eller flere dage uden elektricitet og varme. Lav et skema, hvori du skriver hvornår, i hvor lang tid og til hvad, du bruger elektricitet. Måske kan du endda finde ud af forbruget. Se på apparatet. Der står, hvor mange watt det bruger. Det tal ganger du med tiden, du har det tændt (i timer). Skemaet er dit energiregnskab. Clockradio Hele døgnet Vækker mig om morgenen 24 timer x 30 watt = 720 Wh = 0,720 kwh Mobiloplader 2 timer Så min mobiler er klar til brug Iltpumpe 12 timer Laver ilt til mine akvariefisk Lys på mit værelse 3 lamper i 4 timer 12 x 40 watt = En kwh koster omkring 1,50 kr. Hvad koster dit elforbrug? Her kan du se hele Danmarks el-produktion og forbrug lige nu: http://elmuseet.dk/dkkort/dk2006.html Fornyelig og ikke-fornyelig energi Nogle ressourcer kan man udnytte igen og igen. Det gælder fx vandkraft, solens energi og vinden. Desuden kan biologiske ressourcer som f.eks. træ og halm. siges at kunne forbruges igen og igen, da det gælder, at de kan gendannes over overskuelig tid. Andre ressourcer kan vi kun bruge én gang. Det gælder olie, kul og gas og til dels metaller og mineraler. De ressourcer vi kan bruge igen og igen, kalder vi fornyelige, mens de vi ikke kan genbruge kaldes ikke-fornyelige. I jo større omfang vi kan basere vores energiforbrug på fornyelige ressourcer des bedre. Her er et eksempel på, at man har et valg: Ved sammenligning af energiforbrug for et træprodukt - en limtræsbjælke - og en stålbjælke med omtrent samme brugsegenskaber, dvs. at de fungerer ca. lige godt, kan man vurdere, hvad der er bedst at bruge for miljøet.
Resultatet af sammenligningen er, at limtræsbjælkens livsforløb overordnet giver en energigevinst, mens stålbjælkens giver et energiforbrug. Samtidigt er størstedelen af den energi, der medgår til fremstilling af limtræsbjælken baseret på fornyelig energi i modsætning til stålbjælken, der hovedsagelig forbruger ikke-fornyelig fossil energi. Kilde: http://www.trae.dk/dokumenter/print.asp?dokumentid=174 Fornyelige energikilder Blandt fornyelige energikilder kan nævnes: Solen (solceller, solvarme) Vind (vindmøller) Vand (opstemninger, bølgekraft) Brændselsceller (H 2 og O 2 ) Biobrændsel fx. majs (Ethanol) EU og fornyelig energi: http://europa.eu/rapid/pressreleasesaction.do?reference=memo/07/ 12&format=HTML&aged=0&language=DA&guiLanguage=en Ikke fornyelige energikilder (inden for overskuelig tid!) Olie (herunder benzin og diesel) Naturgas Kul Træ (længere horisont end andet biobrændsel) Energiuafhængighed (for mennesket) Den måde vi har indrettet os på i den industrialiserede verden betyder, at vi har brug for energi. Vi er så afhængige af den, at vore samfund ville bryde sammen, hvis vi ikke havde adgang til den. Vi skal have sikkerhed for at energien er til stede, og vi skal have kontrol over den. Da olie er det dominerende råstof i vores energiproduktion, har vi gjort os afhængige af de lande, der producerer olie, fx Saudi- Arabien og Irak. Samtidig ved vi, at der ikke er ubegrænsede mængder olie. Der vil komme et tidspunkt, hvor der ikke er mere af den. Nogle siger om 10 år, andre er mere optimistiske. Vi er derfor nødt til at handle. Dels skal vi påvirke hinandens adfærd, dels skal vi have udviklet nye teknologier.
Man kan læse om energisektorens mere langsigtede strategier her: På dansk: http://www.danskenergi.dk In English: http://www.danishenergyassociation.com/ Teknologiske løsninger Det er muligt at påvirke menneskers adfærd ved at markedsføre nye produkter, som bruger mindre energi. Produkterne kan så afløse mere energiforbrugende produkter. Eksempel 1: Vores energiforbrug kan måles i Watt. Når vi har brugt 1000 Watt i en time har vi brugt 1 kwh (kilo watt time). Når vi bruger elektricitet betaler vi for antal kwh vi har brugt. 1 kwh koster mellem 1,00kr. og 1,50kr. En almindelig 60W pære til en lampe skal være tændt i ca. 16 timer for at bruge 1kWh. Pæren koster ca.12kr. Den klan brænde i ca.1000 timer. En energisparepære (A-pære) bruger mindre energi. En almindelig 60W pære kan erstattes af en 15W A-pære. En 15W A-pære er dyrere - ca. 30kr., men bruger mindre energi (15W) og kan brænde i ca. 6000 timer. Hvis man skifter syv almindelige pærer til A-pærer kan man spare ca. 500 kr. om året. På Elsparefondens hjemmeside kan man finde yderligere information om A-pærer: http://www.elsparefonden.dk/forbruger/produkter/belysning/a-paerer Her kan du også undersøge din families samlede energiforbrug: http://www.elsparefonden.dk/forbruger/kom-godt-i-gang Eksempel 2: Biler udleder store mængder CO2. Der forskes derfor i hvordan, der kan udvikles mere miljøvenlige biler. Der er allerede sket store fremskridt ved at nedsætte bilernes benzinforbrug Alene en dieselmotor kan ændre benzinforbruget fra 14 km/liter til 23 km/liter. Det betyder både mindre CO2-udslip samt en stor besparelse for bilejeren. Ved 15.000km s kørsel vil bilejeren spare ca. 5000kr.
Man kan regne på en bils energiforbrug her: http://www.hvorlangtpaaliteren.dk/sw1143.asp Brintbiler vil gøre det muligt at reducere CO2-udslippet fra biler til 0. Brintbiler forurener ikke og brint er meget nemt at producere. Teknologien bag brintbilen er kendt. På Island kører mange af busserne på brint. Når almindelige biler ikke kører på brint skyldes det, at man mangler at finde ud af, hvordan man fuldt forsvarligt kan få opbevaret brinten til bilen på samme (lille) plads som en benzintank. Man kan studere brintbilen nærmere: På dansk: http://www.minihydrogen.dk/dk/brintbil.php In English: http://www.minihydrogen.dk/en/ På fransk: http://www.minihydrogen.dk/fr/ Eksempel 3: Traditionel energiproduktion er erstattet eller suppleret med vedvarende energiforsyninger fra fornyelige energikilder. Vindenergi er et efterhånden meget udbredt alternativ. Det har givet billigere og mere miljøvenlig energiproduktion. Man kan finde information om vindenergi her: På dansk: http://www.vestas.com/vestas/northern_europe/da-dk/sustainability/sustainability/ In English: http://www.vestas.com/vestas/global/en/sustainability/sustainability/ In French: http://www.vestas.fr/ Brug af solceller vinder større og større udbredelse. Når først solceller er købt og installeret er teknologien næsten gratis: Udbredelsen af solceller afhænger af hvor på Jorden man bor - jo mere sol jo flere solcellepaneler er der installeret. Man kan få viden om solceller her: På dansk: http://www.energitjenesten.dk/index.php?id=1989 In English (summary): http://www.energitjenesten.dk/index.php?id=1955
Adfærdsrelaterede løsninger Det er muligt at påvirke menneskers adfærd gennem lovgivningen. Man kan fx sige til befolkningen, at de kommer til at betale mindre i skat, hvis de lader være med at bruge mange penge, altså sparer op. Det har vist sig at virke. På samme måde kan politikerne påvirke vores adfærd i forhold til energiforbrug. Eksempel 1: Når vi betaler, for det vand vi bruger til bad, toilet, vask osv., betaler vi ikke kun for at få vandet. Vi betaler også afgift til staten. I Danmark er denne afgift det største beløb på regningen fra vandværket! Formålet med at skulle betale denne afgift er at påvirke os til at bruge mindre vand. Du kan undersøge hvad du og din familie betaler for 1 m³ vand. Ring til din kommunes tekniske forvaltning, som sikkert også har en hjemmeside, hvor priserne er oplyst. Den kan fx se sådan ud: http://www.aarhuskommune.dk/portal/erhverv/vandx_varme_og_el/erhverv_vand/borger_ vand_priser_betaling/2007_priser/2007_forbrugspriser Eksempel 2: Når vi køber en bil er en del af prisen afgift til staten. I Danmark vil en bil til 250.000kr kun koste 110.000kr, hvis der ikke skulle betales afgift. Det er muligt at påvirke vores valg af bil, hvis man fx gør afgiften mindre på miljøvenlige biler med lavt benzinforbrug og udstyret med forskellige filtre, der mindsker CO2-udslippet. Det gør politikerne efterhånden i flere lande. Her kan du undersøge, hvad der skal betales i afgift på biler: http://www.tax.dk/pjecer/registreringsafgift.htm Eksempel 3: CO2-udslippet tager ikke hensyn til landegrænser. Derfor har mange lande har lavet aftaler med hinanden om, at medvirke til at mindske det. Det er ikke alle lande, der er lige villige til at indgå aftaler, der forpligter. Derfor er det nødvendigt at landene jævnligt mødes. På disse møder indgås der jævnligt store aftaler, som det er op til de enkelte lande at få opfyldt. FN s klimaaftale Kyotoaftalen trådte i kraft i 2005. Formålet er at standse udslippet af drivhusgasser for at mindske den globale opvarmning. 141 af verdens industrilande har bundet sig til at reducere sit udslip af CO2. Landende står bag 60 % af verdens samlede CO2 udslip, og målet er at begrænse udslippet med 5,2 % i forhold til CO2 udslippet i 1990. På længere sigt er det et forsøg på at
standse den globale opvarmning, der allerede i dag skaber dramatiske klimaændringer. Det kræver imidlertid en kæmpe indsats. Her kan du finde hjælp til arbejdet med og viden om Kyotoaftalen: http://laerer.aarhusakademi.dk/aarh/intranet/fagene/geografi/roholt/klimatologi/vejrleksikon/ kyotoaftalen.html Energi-bæredygtighed (for Jorden) Skal vi opfylde de nuværende energibehov, uden at bringe fremtidige generationers muligheder for at opfylde deres behov i fare, må vi sikre at udviklingen bliver bæredygtig. Med en bæredygtig udvikling tager vi ansvar for resultatet af vores nutidige handlinger, der rammer andre, til en anden tid og et andet sted. En bæredygtig udvikling kan og skal opfylde de nuværende behov, uden at bringe fremtidige generationers muligheder for at opfylde deres behov i fare. Man kan fordybe sig her: På dansk: http://www.bu.dk/home/index.asp In English: http://www.ulb.ac.be/ceese/meta/sustvl.html Nul-forurening En bæredygtig udvikling er på energiområdet karakteriseret ved: at man bruger teknologier, der ikke forurener (ren energi) at man lever energineutralt (CO2-neutralt). Ren energi Om få år vil brugen af vedvarende energikilder være vokset betydeligt. Med anlæg af vindmøller, solceller og bølgekraftværker vil man helt uden affald kunne producere energi af den rene natur. Vindmølleparker er efterhånden et almindeligt syn i landskabet og teknologien forbedres fortsat. Vindmølleindustrien er i kraftig vækst i flere lande blandt andet Danmark Amerikanske forskere kan nu udnytte dobbelt så meget af Solens energi som hidtil med en helt
ny type solceller. Ved at gøre cellerne meget små, kan der frigøres flere elektroner, end fysikkens love egentlig tillader. Bølgeenergi kan dække en tiendedel af verdens elforbrug, og efter 30 års mislykkede forsøg afprøves de første store, kommercielle anlæg nu på åbent hav. Man kan læse om de seneste tiltag indenfor ren energi her: http://www.illvid.dk/crosslink.jsp?d=144&a=147&id=7208 CO2-neutral energiproduktion og forbrug På grund af CO2-udslippet oplever vi en global opvarmning, som blandt andet resulterer i ændringer i vores klima: varmere somre, øget nedbør, varmere vintre, osv. Alle er enige om, at det skal der gøres noget ved. Det er nødvendigt at reducere CO2-udslippet. Det er en forudsætning for en bæredygtig udvikling. EU s kampagne Du kontrollerer klimaændringen hjælper det enkelte menneske med at bidrage til kampen mod klimaændringen. På kampagnens hjemmeside er givet en række forslag til, hvad vi hver især kan gøre: http://www.climatechange.eu.com/ (På hjemmesidens forside vælger man hvilket europæisk sprog man vil benytte. Det gør det muligt at benytte den i mange lande udenfor Europa). EU s kampagne gør det ikke alene. Det er nødvendigt med internationalt forpligtende aftaler som fx Kyotoaftalen. Her kan du finde hjælp til arbejdet med og viden om den: På dansk: http://laerer.aarhusakademi.dk/aarh/intranet/fagene/geografi/roholt/klimatologi/ vejrleksikon/kyotoaftalen.html In English: http://www.greenpeace.org.uk/search/node/kyoto
Applikationer (Hvordan principperne fungerer i praksis) Installationerne/missionerne Energiforbrug # 1: Træplantning Planter får sin energi fra solens lys. I den proces, der hedder fotosyntesen, omdanner planter, ved hjælp af denne lys-energi, vand og kuldioxid til glukose. Glukose er et sukkerstof. Planten har nu lavet lysenergi (fotoner) til kemisk energi (glukose, C6H12O6). Processen eller energiomddannelsen har, som så mange andre processer i øvrigt, et spildprodukt. Det er ilt. Den modsatte proces, hvor glukosen nedbrydes for at frigive energi, hedder respiration. Den proces bruger ilt. Det er den proces, der giver planten energi til at vedligeholde alle de processer, der holder planten i live. Planter danner mere ilt, end de bruger. Set fra vores synspunkt er det godt, at planter optager CO2 og danner ilt. Derved er de med til at optage en lille del af al den CO2, der viser sig at være et problem i forbindelse med den globale opvarmning. Ilten er livsnødvendig for mennesker og dyr. Når vi bruger træ (planter) som brænde, fjerner vi altså CO2-optagere og skaber i afbrændingen mere CO2. Ydermere kan afbrænding af træ i brændeovne forurene med små partikler. Det er at sammenligne med forureningen fra bilos. Faglige fokusfelter: 6H 2 O (vand) + 6CO 2 (kuldioxid) + E sollys <-> 6C 6 H 12 O 6 (glukose)+ 6O 2 (ilt) Fotosyntese <-> respiration http://www.emu.dk/gsk/fag/bio/tema/fotosyntese/index.jsp Træ (brænde, piller, flis) som brændsel <-> partikelproblematik http://www.groentansvar.dk/default.aspx?id=340 http://www.skov-info.dk/haefte/18/default.htm http://www.trae.dk Til diskussion: Hvad skal vi bruge landjorden til (marker, byer, skove )? Er det fornuftigt at brænde træ af, det vi fjerner en O 2 -producent og skaber CO 2 i afbrændingen?
Aktiviteter: Hvad afhænger fotosyntese af? Lav en forsøgsopstilling med 5 ensartede planter/grene. Vand, rødder Lys, blade CO 2- /O 2 optag, blade Kontrolplante Ja Ja Ja 1 Skal ikke have vand Ja Ja 2 Ja 3 Ja Ja 4 Ja Ja 5 Ja Blad dækkes med sølvpapir Færre blade end kontrolplante Ja Overside af blade smøres med vaseline Underside af blade smøres med vaseline Ja Lad forsøget stå en uges tid. Sørg for at de planter, der skal have vand hele tiden har adgang til vand. Hvordan kan vi konstatere, at der har foregået fotosyntese? Jo, hvis planterne har optaget vand og/eller stadigvæk er friske, indikerer det, at der er foregået fotosyntese. De planter, der har optaget mindre vand end kontrolplanten eller slet ikke har optaget vand, har tilsyneladende ikke haft samme gode betingelser for at lave fotosyntese. Hvad kan vi konkludere om vands betydning for fotosyntese? Hvad kan vi konkludere om bladenes betydning for fotosyntese? Hvilken side af bladet optager CO 2 og ilt? Og hvorfor mon denne side? Lav forsøg med forbrænding. (Konklusion der dannes vand og CO 2 ) http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/2/23.doc
#2: Personbefordring Langt de fleste biler drives af fossile brændstoffer så som benzin og diesel. Fordelene ved disse typer af brændstoffer er, at de er forholdsvis ufarlige at køre rundt med i bilernes tanke, og at der er bundet store mængder energi i brændstoffet. Skulle man fx lagre den samme mængde energi i form af brint, som der findes i en liter benzin, ville det ved normalt tryk fylde 3100 liter. Det kan du læse mere om og undersøge nærmere her: http://minihydrogen.dk/catalog/documents/animations/minihydrogen_h2_storage_dk.exe Der er desværre også problemer forbundet med brugen af benzin og diesel. Dels er benzin og diesel ikke fornyelige energi. Det betyder, at der en dag ikke vil være mere olie, som er det, man laver benzin og diesel af. Dels forurener vi luften med en masse små partikler, når vi forbrænder benzin og diesel. Dels frigives der ved forbrændingen CO 2, der er med til at fremskynde den globale opvarmning. Nogle biler har en hybridmotor, som er en kombination af fx en benzinmotor og en elektrisk motor. Disse motorer forurener mindre og kører længere på en liter brændstof. Læs helt aktuelt om New Yorks taxier: http://www.berlingske.dk/udland/artikel:aid=899170 Faglige fokusfelter: Energiforbrug (km/l) og forurening (CO 2 og partikler) i en SUV (sport utility vehicle) sammenlignet med en hybridbil. Hvordan fungerer en almindelig brændselsmotor? http://www.howstuffworks.com/engine1.htm og http://www.fysikbasen.dk/index.php?page=vis&id=111 Hvordan fungerer en hybrid-motor? http://www.howstuffworks.com/hybrid-car2.htm Adfærdsændringer; tag cyklen, brug offentlig transport Til diskussion: Hvordan kan man hjælpe folk til at vælge den lille bil, der er dyrere og har mindre plads? Aktiviteter: Undersøg hvor langt forskellige biler kører på en liter brændstof. Hvor meget mere brændstof bruger bilen med det dårligste brændstof økonomi mere end bilen med den bedste brændstof økonomi på et år? Hvad koster det? Hvad betyder det for miljøet?
Lav en kampagne på skolen eller i lokalområdet, der sætter fokus på at ændre transportvaner, så de bliver bedre for miljøet. Opstil mål for kampagnen (fx alle familier skal lade bilen stå en dag i uge), find tegn der kan fortælle om målene er nået (fx vi kan tælle, at der kører færre biler på en bestemt strækning på et bestemt tidspunkt), giv folk gode grunde til at ændre adfærd (fx beskyt miljøet, spar penge på brændstof, få motion) http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/6/61.doc http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/6/62.doc http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/6/63.doc #3: Dæmning En historie fra det virkelige liv: I året 1904 gik en idealistisk ingeniør rundt i Gudenådalen mellem Tange og Ans.Han arbejdede for Hedeselskabet og havde fået som opgave at undersøge, om Gudenåens vand kunne anvendes til overrisling af markerne langs åen. Ingeniøren hed Kristian Thomsen, og han tog sin opgave meget alvorligt. Som så mange andre på den tid, var han optaget af, hvordan man bedst kunne udnytte Gudenåen. Den havde indtil omkring 1870 været meget benyttet til pramsejlads mellem Randers og Silkeborg, men nu havde jernbanerne efterhånden udkonkurreret Gudenåen som transportvej. Det hed sig, at åen var blevet doven, og der blev sagt: at dens store vandmasser måtte absolut kunne udnyttes til gavn for land og befolkning. Det store vandløb måtte kunne yde sit bidrag til landets husholdning. Tangeværket er et vandkraftværk, dvs. at det er vand, der bliver brugt til at producere elektriciteten. Vandet kommer strømmende i Gudenåen forbi den lille by Tange, men dér hvor Tangeværket ligger, standses vandet af en dæmning. Bag dæmningen har Gudenåens vand selvfølgelig samlet sig i en sø, der presser på dæmningen, som spærrer vejen for det. Åen er gået over sine bredder, og mennesket har nu skabt en kunstig sø Tange sø. I dæmningen sidder der sluseporte, således, at vandet kan lukkes ud på den anden side af dæmningen. Når sluseportene åbnes, vil vandet naturligvis fosse ned ad det fald, der er lavet fra søen og til Gudenåen, der fortsætter bag dæmningen. Således har mennesket lavet et slags kunstigt vandfald og det kan udnyttes til El-produktion. Inden vandet får lov at strømme videre ad Gudenåen, vil det nemlig ramme tre store turbiner. En turbine er en slags motor eller mølle. Turbinerne begynder at dreje rundt, når vandet falder ned på dem, og får en generator, der omsætter denne bevægelsesenergi til elektrisk energi, sat i gang. Vandet i Gudenåen vil blive ved med at strømme ind i Tange sø, og vandet vil blive ved at falde ned på turbinerne så længe sluseportene er åbne så på den måde har mennesket skabt en vedvarende og miljøvenlig energikilde. Men i dag udgør den elektricitet, Tangeværket
producerer, kun en meget lille promilledel af danskernes strømforbrug, fordi kraftværket er så lille. Faglige fokusfelter: Laksen er en meget attraktiv fisk. Den er velsmagende og en meget lækker og udbredt spise. Mange sportsfiskere vil give penge for at få lov at fange laksen og håber på, de kan indfange en stor laks, som de så kan tage billeder af og veje. Mange mennesker vil have Tangeværket fjernet og åen igen, så laksen kan komme tilbage. http://www.berlingske.dk/indland/artikel:aid=886894 Ændringer i landskabet: Kultur >< natur Aktiviteter: Man kan næsten ikke komme udenom at besøge Tangeværket og Elmuseet http://elmuseet.dk/. Her findes også mange opgaver og idéer til aktiviteter: http://elmuseet.dk/pdfer/vandkraft_opg_4_6.pdf http://elmuseet.dk/pdfer/vandkraft.pdf http://elmuseet.dk/pdfer/opgavegud.pdf #4: Vindmøller Det at udnytte vindens energi er bestemt ikke nyt for mennesket. 3000 år før vor tidsregning konstruerede man i Egypten de første sejlbåde og 1000 år senere sås de første vindmøller. Disse møller blev brugt til at male korn til mel. Møllerne udviklede sig fra blot at male mel til også at kunne pumpe vand og senere, efter Ørsted havde fundet sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme, fremstille strøm. Oliekrisen i 1970 erne fik vindmølleindustrien til at blomstre og gennem de seneste næsten 40 år, har industrien vokset sig stor. Efterhånden er der også politisk opbakning til brugen af vindenergi. Således blev de af EU s ledere i marts 2007 besluttet, at EU vil reducere udslippet af drivhusgasser med 20 pct. i 2020 i forhold til 1990-niveauet. Dette kan blandt andet ske ved at basere en større del af energiforsyningen på vindkraft. En vindmølle består af et møllehus, hvori der sidder en generator. Generatoren er forbundet til møllevingerne, som drives af vinden. Generatoren laver elektricitet efter samme opskrift som
Ørsted i 1820 brugte: Magneter og kobbertråd, der bevæges i forhold til hinanden skaber en elektrisk spænding. Vindmøller kan enten tilsluttes den enkelte husstands elnet eller tilsluttes det fælles elnet. På denne side kan du lære meget mere om hvordan vindmøller fungerer: http://www.windpower.org/da/kids/index.htm og her finder du endnu mere om vindenergi: http://www.skoleenergi.dk/files/fokusvind/fokusvind[1].pdf Faglige fokusfelter: Hvordan fungerer en vindmølle? Hvad hedder vindmøllens forskellige dele, og hvad er deres funktion? Elektromagnetisme: http://www.emu.dk/elever7-10/fag/fys/emner/fysikemner/elektromagnetisme/ Dilemmaer: Vi vil gerne have energien fra vindmøllen, men vil vi også have vindmøllen i vores baghave. Pynter vindmøller i landskabet, eller er synet af dem et nødvendigt onde? Til diskussion: Hvad skal vi gøre, når ikke det blæser? Hvordan opbevarer vi energien fra blæsende dage? Er det flot eller grimt med vindmølleparker hvad kan vi gøre anderledes? Forurener det at producere en vindmølle? Aktiviteter: Ved at lave H. C. Ørsteds klassiske forsøg, kan med et slag blive forsker og tage næsten 200 år tilbage i tiden: http://www.fysikbasen.dk/index.php?page=vis&id=26 Forsøg om du kan bygge en vindmølle, der får en lille pære til at lyse. I kan lave en konkurrence om, hvem der kan lave den vindmølle, der laver den største spænding. http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/4/41a.doc http://www.skoleenergi.dk/files/forsog/4/41b.doc