Kokeellisia ja havainnollisia menetelmiä uusiutuvien energialähteiden opetukseen

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

2. 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

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

4. 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.

5. 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)

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

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

8. 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.

9. 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.

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

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

12. 7 MAAILMAN KASVIHUONEPÄÄSTÖTMiljoonaa ekvivalenttia CO2-tonnia Lähde: EU:n komissio

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Lähde: Tilastokeskus

17. 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?

18. 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?

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

20. 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?

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

22. 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?

23. 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 100g alumiini- tai rautapunnuksen? • Kuinka Auringon lämpöä voidaan hyödyntää tässä laitteessa?

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

25. 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?