8.4 Brandstoffen en duurzaamheid

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Overzicht Periode 1

• Thema: Energie en duurzaamheid, Koolstofchemie & Kunststoffen
• Benodigde lesmaterialen: Chemie boek V5, Binas 7e editie, rekenmachine

Week 1	Week 2	Week 3	Week 4	Week 5	Week 6	Week 7	Week 8	Week 9	Week 10	Week 11
Energie en duurzaamheid voorkennis Groenechemie en energie	Katalyse Reactiewarmte berekenen	Brandstoffen en duurzaamheid	...	...	...	...

Startklaar

• Op je plek zitten 
• Telefoon in het Zakkie 
  
• Jas over de stoel, oortjes in de tas, tas op de grond
• Schoolspullen op tafel: Boek, Chromebook, JdW-map, etui 

1. Startklaar

Bij de start van iedere les verwelkomt de docent de leerlingen bij de ingang van de deur, noemt leerlingen bij naam, maakt oogcontact en besteedt aandacht aan hun welbevinden. De docent geeft het goede voorbeeld en spreekt hoge verwachtingen uit voor het verloop van de les door succescriteria op gewenst gedrag, schooltaal en effectief leren te benoemen. De leerlingen zijn startklaar: ingelogd in LessonUp, telefoons opgeborgen in het Zakkie, en JdW-map op tafel.

      Leerdoelen

• Je leert over het gevolg van de koolstofdioxide-uitstoot van fossiele brandstoffen.
  
• Je leert over de koolstofdioxide-uitstoot in energiecentrales.
  
• Je leert over biobrandstoffen: biomassa, biodiesel, bio-ethanol en biogas.
  
• Je leert over de stookwaarde en C/H verhouding van koolstofhoudende brandstoffen.

3. Leerdoelgericht werken

De docent geeft het onderwerp, RTTI geformuleerde leerdoelen en de lesopbouw aan. De docent weet de leerdoelen goed te laten aansluiten bij de voorkennis en het (taal)niveau van de leerlingen. Gedurende de les wordt continu een terugkoppeling naar de leerdoelen gemaakt om de mate van beheersing te controleren.   

Reductie van CO₂-uitstoot

Nog steeds worden de fossiele brandstoffen het meest gebruikt. Dit moet minder vanwege 2 redenen:

De voorraad neemt af, een vergrote bijdrage aan het versterkt broeikaseffect.

De trage koolstofkringloop zorgt voor een versterkt effect, de snelle kringloop niet. 

Elektrische energie opwekken

Veel van de energie die wij nu gebruiken wordt opgewekt in kolen- en gascentrales. Deze stoten 8% van alle CO₂ uit.

Ze werken met waterdamp en een dynamo. Omdat er in dit proces veel energie-omzettingen zitten is het rendement laag.

Door middel van een berekening kan je inschatten hoeveel grondstoffen er nodig zijn.

Steenkool omzetting

Bereken hoeveel gram steenkool minstens verbrand moet worden om een inductiekookplaat 5 minuten te gebruiken. Ga ervan uit dat steenkool volledig uit koolstof bestaat. Een inductiekookplaat verbruikt per uur circa 1,3 kWh. 

1 kWh = 3,6 x 10⁶ J

1 mol C(s) = 12,01 g en levert bij volledige verbranding 

-3,935 x 10⁵ J, de vormingswarmte van CO₂(g)

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Hoeveel mol C is er nodig:

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Hoeveel mol C is er nodig:

(3,9 x 10⁵) : (3,935 x 10⁵) = 0,99 mol

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Hoeveel mol C is er nodig:

(3,9 x 10⁵) : (3,935 x 10⁵) = 0,99 mol

Hoeveel gram C is er nodig:

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Hoeveel mol C is er nodig:

(3,9 x 10⁵) : (3,935 x 10⁵) = 0,99 mol

Hoeveel gram C is er nodig:

0,99 x 12,01 = 12 g C

Steenkool omzetting

Hoeveel energie is er nodig:

(5 : 60) x 1,3 x (3,6 x 10⁶) = 3,9 x 10⁵ J

Hoeveel mol C is er nodig:

(3,9 x 10⁵) : (3,935 x 10⁵) = 0,99 mol

Hoeveel gram C is er nodig:

0,99 x 12,01 = 12 g C

Let op! Het rendement is veel kleiner dan 100%, hierdoor is er veel meer dan 12 g steenkool nodig.

3x4 gram

Hoeveel kg CO₂

Bereken voor hoeveel kg CO2 een huishouden gemiddeld per jaar verantwoordelijk is, uitgaande van de hoeveelheid verbruikte elektriciteit. Ga uit van een kolencentrale. Gemiddeld verbruikt een Nederlands huishouden 3000 kWh per jaar.

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

3000 kWh = 3000 x (3,6 x 10⁶ J) = 1,08 x 10¹⁰ J

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

3000 kWh = 3000 x (3,6 x 10⁶ J) = 1,08 x 10¹⁰ J

Aantal mol CO₂ ontstaat er:

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

3000 kWh = 3000 x (3,6 x 10⁶ J) = 1,08 x 10¹⁰ J

Aantal mol CO₂ ontstaat er:

(1,08 x 10¹⁰) : (3,935 x 10⁵) = 0,274 x 10⁵ mol CO₂

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

3000 kWh = 3000 x (3,6 x 10⁶ J) = 1,08 x 10¹⁰ J

Aantal mol CO₂ ontstaat er:

(1,08 x 10¹⁰) : (3,935 x 10⁵) = 0,274 x 10⁵ mol CO₂

Hoeveel kilogram CO₂ ontstaat er: 

Hoeveel kg CO₂

Hoeveel energie is er nodig:

3000 kWh = 3000 x (3,6 x 10⁶ J) = 1,08 x 10¹⁰ J

Aantal mol CO₂ ontstaat er:

(1,08 x 10¹⁰) : (3,935 x 10⁵) = 0,274 x 10⁵ mol CO₂

Hoeveel kilogram CO₂ ontstaat er: 

(0,274 x 10⁵) × M(CO₂) = (0,274 x 10⁵) × 44,01 = 12,08 x 10⁵ g = 1,2 x 10³ kg CO₂

CO₂-neutraal

We zijn al een tijd op zoek naar alternatieven voor de fossiele brandstoffen, waterstof lijkt ideaal maar dit is lastig op grote schaal te produceren en op te slaan. 

Biobrandstof is een goed alternatief.

Fotosynthese slaat koolstof op in de chemische energie die als biobrandstof dient. De energie hiervoor komt door de zon. 

Dit is de korte koolstofkringloop.

Biobrandstoffen

Dit wordt gemaakt uit biomassa: planten, hout en poep.

Sommige oliën kunnen ook maar dan moet het wel onder de 10% blijven. Uit deze stoffen kan je namelijk ook een biodiesel maken. Het levert iets minder energie per kg stof op.

Een brandstof met 5% biodiesel heet B5, 100% is B100.

Biodiesel door de jaren

De eerste generatie biodiesel had speciaal gekweekte gewassen nodig, de tweede generatie wordt gemaakt met afvalproducten. 

De derde generatie biobrandstof is nu in onderzoek en dat is gericht op algen. 

Productie biobrandstof

Door de biomassa te vergisten of fermenteren kan het omgezet worden in biobrandstof.

Koolhydraten worden omgezet in glucose wat omgezet wordt in bio-ethanol:                                                                     

Bio-ethanol kan bijgemengd worden in benzine, E5/E95 en E10

Biogas wordt gemaakt bij de vergisting van mest. 

Pyrolyse

Stookwaarde van brandstof

Elke vorm van brandstof heeft zijn eigen stookwaarde, de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding van 1 kg of m³ De C/H verhouding is van belang voor de hoeveelheid koolstof uitgestood wordt. 

Aan de slag

Maak de opdrachten 35 t/m 41 en 44

6. Actieve verwerking

De docent maakt expliciet hoe de leerstof actief verwerkt dient te worden. De docent start met modelleren en laat leerlingen vervolgens actief inoefenen. Volgens het 'ik-wij-jullie/jij-wij' principe wordt de ondersteuning geleidelijk afgebouwd. Er wordt gevarieerd in oefentypes en het leerproces wordt zichtbaar gemaakt, bijvoorbeeld met hardop denken opdrachten. Effectieve leerstrategieën zoals zelftesten, gespreid leren, schema’s maken, en samenvatten volgens de Cornell-methode worden expliciet aangeleerd. Dit herkneden van de lesstof helpt bij het bewerken van het lange termijn geheugen

Afsluiting

8. Afsluiting

De docent controleert in de slotfase van de les of de leerdoelen door alle leerlingen behaald zijn en plaatst de les in de context van de betreffende periode. De docent evalueert samen met de leerlingen het leren en het gedrag en blikt vooruit aan de hand van de JdW-planner. 

    Begrippen uit deze les

• ...
• ...
•  ...

Exit ticket