Kokeellisia ja havainnollisia menetelmi uusiutuvien energialhteiden opetukseen Terhi

Kokeellisia ja havainnollisia menetelmiä uusiutuvien energialähteiden opetukseen Terhi Ahonen ja Pirkko Kärnä Peltolan koulu, Vantaa

Ympäristökurssin sisältö • Aineiden ominaisuuksia kertaus; olomuodot, alkuaineet, seokset, vaaralliset aineet, puhtaat aineet, yhdisteet, metallit. • Tiheys • Muuttuja, Fotosynteesi • Ilman ominaisuuksia, Ilman laatu, Otsoni, Kasvihuoneilmiö, Palaminen • Veden ominaisuudet, veden puhdistus happamoituminen, raskasmetallit • Tuotteiden elinkaari, kierrätys • Radioaktiivisuus • Lämpö, Energialähteet, Energiamuunnokset

Opetuksen tavoitteet • Kokonaisvaltainen tieto • Asenteiden ja arvojen tunnistaminen ja muokkaaminen kestävän kehityksen periaatteiden pohjalta • Vastuu ympäristöstä • Oma osallisuus ja vaikutusmahdollisuudet

UUSIUTUVAT ENERGIANLÄHTEET • Uusiutuviin luonnonvaroihin lasketaan energianlähteet, jotka hyödyntävät jatkuvasti uusiutuvia luonnonvaroja kuten auringonpaistetta, tuulta, virtaavaa vettä, maalämpöä tai esimerkiksi puuta. • Useimmat uusiutuvat luonnonvarat saavat alkuperäisen energiansa Auringosta.

Auringon energia • Yhteyttäminen eli fotosynteesi on biokemiallinen prosessi, jossa kasvit tuottavat hiilidioksidista ja vedestä Auringon säteilyenergian avulla happea sekä glukoosia. • Yhteyttämisessä Auringon energia muuttuu kemialliseksi energiaksi. • Auringosta tulee säteilyenergiaa päivässä 1, 5* 1022 J (15000 kertainen ihmisten vuodessa kuluttamaan energiaan verrattuna)

Uusiutuvia energialähteitä käyttävät voimalaitokset • Aurinkovoimala – hyötysuhde 10 -20% • Tuulivoimala – hyötysuhde 30 % • Vesivoimala – hyötysuhde 90%

Muita uusiutuvia energialähteitä • Maalämpö • Biomassa (puu, hakkuu ym. jäte) - tuottaa metaania, jota voidaan polttaa • Turve • Vety • Rypsi • Biojäte

Biodiesel • Saksalainen Christian Koch on keksinyt biodieselin valmistustavan jätteistä: mm. muoveista, kumista, jäteöljystä, bitumista, maatalousjätteistä ja eläinten jätöksistä. • Tuotanto on 500 l/h, tuotantokustannukset ovat 0, 23 e/l, myyntihinta olisi 1 e/l ( HS 18. 10 -06) • Juha Solio valmistaa Elimäellä biodieseliä rypsiöljystä valmistamallaan biodiesel-laitteistolla. • Suomessa biodieseliä valmistetaan n. 50 t/a.

Bioetanolin valmistus • Bioetanolia valmistetaan hiivan avulla selluloosasta, kasvijätteestä, yhdyskuntajätteestä. (VTT Suomi, tutkimus) • Etanolia valmistetaan peltokasveista, esim. ohra ja sokerijuurikas, jolloin lannoitteiden tuotannossa on jouduttu käyttämään fossiilisia polttoaineita. • Etanolia voidaan valmistaa myös puuaineksesta, jolloin syntyy vain vähän hiilidioksidipäästöjä.

Vedyn tuotantotapoja • Aurinkopaneelin avulla tuotetun sähkön avulla hajotetaan vettä. ( Yhdysvallat, huoltoasema) • Vedestä tuotetaan vetyä mikrobien avulla ( Britannia, Oxfordin yliopisto, tutkimus) • Maakaasusta tehdään vetyä reformoimalla

Miksi uusiutuvia energialähteitä tulee käyttää? • Ilmastonmuutos: – kasvihuoneilmiö, tarkoittaa ilmaston lämpenemistä. • Fossiilisten polttoaineiden (öljy, kivihiili, maakaasu) käyttö lisää hiilidioksidipitoisuutta ilmassa.

MAAILMAN KASVIHUONEPÄÄSTÖT Miljoonaa ekvivalenttia CO 2 -tonnia Lähde: EU: n komissio 7

Uusiutuvien energialähteiden käytön haittoja • Puun poltossa syntyy hiilidioksidin lisäksi muita epäpuhtauksia. • Turpeen poltossa ilmaan pääsee raskasmetalleja ja myös hiilidioksidia ja turpeen korjaaminen likaa vesistöjä. • Vesi – ja tuulivoimalan rakentaminen muuttaa maisemaa. • Tuuli- ja aurinkovoimalan rakentamiseen tarvitaan paljon energiaa. • Biodiesel tuottaa ilmaan enemmän typpidioksidipäästöjä. ( 3 -10%), kiinteytyy pakkasella, liuottaa tiivisteitä ja letkuja. • Biopolttoaineiden tuottaminen on 30%- 100% kalliimpaa kuin fossiilisten polttoaineiden.

Uusiutuvien energialähteiden etuja • Vesi-tuuli ja aurinkovoimala ei tuota ilmaan epäpuhtauksia. Ne ovat kotimaisia. • Biomassa on kotimainen energialähde. Biomassa ei lisää hiilidioksidin määrää ilmassa, koska biomassaa tuottavat kasvit sitovat saman määrän hiilidioksidia kuin biomassan palamisesta syntyy. • Lämpöpumppu, jonka avulla omakotitalo lämpenee maalämmöllä säästää 60 % sähköä. • Biodiesel ei tuota ilmaan rikkidioksidipäästöjä, tuottaa vähemmän hiilidioksidia, PAH-yhdisteitä, hiilivetyjä ja hiilimonoksideja.

Kansainvälisiä sopimuksia • Kioton sopimuksessa teollisuusmaat ovat sopineet vähentävänsä päästöjä n. 5% vuosiin 2008 -2012 mennessä. Mukana ovat kaikki teollisuusmaat paitsi Yhdysvallat ja Australia. • Suomi on sitoutunut palauttamaan päästönsä vuoden 1990 tasolle vuoteen 2010 mennessä. • VTT tutkimuksessa suomalaiset tuottavat hiilidioksidia ilmaan kaksin- tai kolminkertaisesti verrattuna suomalaisten osuuteen maailman väestöstä.

Lähde: Tilastokeskus

Kysymyksiä oppilaille energiankäytöstä • Mitä uusiutuvia energialähteitä Suomessa käytetään ja miten suuressa mittakaavassa? • Mitä päästöjä niistä aiheutuu? • Mitä hyviä ja huonoja puolia uusiutuvien energialähteiden käytöstä on meille? • Pystytäänkö niillä täyttämään kasvavan teollisuuden lisääntyvä energiantarve vai sopivatko ne paremmin pienimuotoiseen paikalliseen energian tuotantoon? • Mihin ihminen tarvitsee energiaa? • Voinko vähentää energiankäyttöäni?

Tutkimuksia Kasvit tuottavat happea • • • Mistä kasvi saa tarvitsemansa hiilidioksidin? Mitä tapahtuisi, jos kasvi ei saisi valoa? Miksi on tärkeää, että suuria metsiä ja sademetsiä ei kaadeta?

Kasvit muuttavat hiilidioksidia • Miten ruoho kasvaa, jos ilmassa on paljon hiilidioksidia? • Mitä tapahtuisi, jos keskilämpötila Maapallolla nousisi 2 o. C? • Mitä kasvit valmistavat hiilidioksidista? • Olisiko hyvä asia, jos ilmassa olisi 30 -40% happea nykyisen 20% sijaan?

Biokaasutehdas • • • Arvioi, kuinka paljon tarvittaisiin biokaasua lämmittämään kokonainen talo. Arvioi, kuinka paljon orgaanista jätettä yksi perhe tuottaa viikossa tai vuodessa. Kuinka paljon jätettä tarvitsisit, että voisit olla omavarainen bioenergian käyttäjä? Mitä tapahtuu biojätteelle, jos se viedään kaatopaikalle? Mitä tapahtuu jätevedenpuhdistamolla olevalle orgaaniselle jätteelle? Mitä muita laitteita tarvitsisit, jos sinulla olisi oma biokaasulla toimiva energiavoimala kotonasi?

Veden hajottaminen sähkön avulla vedyksi ja hapeksi • • Kummalla elektrodilla muodostuu vetyä? Miten tunnistat vedyn? Miten tunnistat hapen? Miten vetyä ja happea voidaan käyttää hyödyksi?

Aurinkouuni • Miten paljon aurinkouuni tulisi maksamaan? Millaiset ovat uunin käyttökustannukset jos valmistaisit perheellesi aterian aurinkouunilla? • Miksi laatikko suljettiin kirkkaalla muovikalvolla? • Millaisia ongelmia voisi tulla, jos kotona ei olisi muuta kuin aurinkouuni?

Lämpöä Auringosta • Kuinka tulokset muuttuisivat, jos käyttäisit sokeri- tai suolavettä tavallisen raanaveden sijasta? • Miten tulokset muuttuisivat, jos käyttäisit 200 ml vettä? • Mitä vaikutuksia on, jos laitat veteen 100 g alumiini- tai rautapunnuksen? • Kuinka Auringon lämpöä voidaan hyödyntää tässä laitteessa?

Sähköä Auringosta • Mitä energiamuutoksia tapahtuu Aurinkokennossa? • Missä Aurinkokennoa voidaan käyttää? • Pohdi Aurinkokennon elinkaarta.

Sähköä vesimyllyn avulla • Miten tuulivoimalassa saadaan sähköä? • Mitä energiamuutoksia tuulivoimalassa tapahtuu? • Miten dynamo toimii? Miten generaattori toimii? • Mitä energiaa generaattori tarvitsee sähkön tuottamiseen? • Miten tuulimylly toimii?