Školní fyzika v environmentálním kontextu

1. Školní fyzika v environmentálním kontextu Jindřiška Svobodová Katedra fyziky PdF MU v Brně

2.  Environmentální koncept vzdělávání UNESCO (tzv. 4 pilíře http://www.unesco.org/delors/fourpil.htm,)

3. Environmentální koncept vzdělávání UNESCO: • učit se poznávat, tzn. osvojovat si nástroje chápání světa a rozvíjet dovednosti k učení se; • učit se jednat, tzn. naučit se tvořivě zasahovat do svého životního (přírodního i společenského) prostředí; • učit se být, tzn. porozumět vlastní osobnosti a jejímu utváření v souladu s morálními hodnotami; • učit se žít s ostatními, tzn.umět spolupracovat s ostatními, a moci se tak podílet na životě společnosti, nalézt v ní své místo. Kdo a jak to bude učit ?

4. Hlavní potíže Žijeme v období, kdy se přírodní transport látek stává menším než látkové toky provozované lidmi. Jak moc přírodních zdrojů je možné spotřebovávat, aniž se sníží schopnost přírody poskytovat lidem své služby v dostatečné míře a kvalitě? To však není dobře známo. Využívání zdrojů udržitelným způsobem je klíčové. Antropocén – žijeme v pětihorách ?

5. Hlavní potíže s přírodou - témata • Globální problémy / OSN Stockholm 1972, kráceno /: • globální problémy spojené s atmosférou: • zvýšený skleníkový efekt • narušení ozonové vrstvy • znečištění ovzduší – kyselé deště, prach • nadměrné čerpání NOZE i OZE (voda, půda); • poškození půdy, eroze půdy, • globální ohrožení biodiverzity - genetické základny • nebezpečné odpady

6. 100-year linear trend of 0.74 oC for 1906-2005

7. EV a fyzika ? - toky energie, koloběhy látek, vědecké metody, ZŠ fyzika poskytuje nástroje, jimiž lze analyzovat lidské činnosti z envi-hlediska. Je dobré se nezaměřit jen na obecné problémy, ale na náš konkrétní životní styl. Úkolem není učit o povaze enviro-problémů a jejich důsledcích, ale o tom, jak funguje život a o tom, jak a proč musíme učinit změny ve svém vlastním životním stylu. Ukazovat metody vědecké práce, aby vůbec běžní lidé chápali principy kritického myšlení a vědecké práce. Zelená sbírka námětů pro školní praxi …

8. Příklad – ukázka 1 Jaký výkon má mít FV elektrárna, aby šetřila 60t emisí CO2 ročně? Úvahy: lze na otázku jednoznačně odpovědět bez dalších údajů? Na čem všem to bude záviset ? - na tom, jakou elektrárnu FV články vlastně nahrazují Pokud takovou, která je bez emisí, neušetříme nic - na době slunečního svitu, který je k dispozici rozdíly v jsou celkem významné v ČR dopadá denně v průměru 3,2kWh/m2 tedy asi 1,1MWh ročně solárního záření. - na účinnosti a poloze fotovoltaických článků FV články z amorfního Si mají účinnost do 8% z krystalického Si 17%. - na rozměrech a špičkovém výkonu dodaného zařízení

9. Tedy předpokládejme: Klima ČR, křemíkové FV, náhrada uhelné elektrárny =energetické hnědé uhlí 20MJkg-1 FV elektrárna s články z krystalického křemíku umístěná v ČR získá za rok přibližně 0,2MWh lze si to nechat online spočítat http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pvestframe.php?en&europe

10. Dojdeme k přibližným výsledkům: 60 tun CO2 obsahuje 16,6 tun uhlíku 12C 60 * 12/44=16,6 Hnědé uhlí má obsah uhlíku přibližně 50% tj. na produkci 60 tun CO2 jej spálíme 33 tun. Výhřevnost uhlí je přibližně 15 MJ/kg a účinnost přeměny energie uhlí na elektřinu je přibližně 40%. Ze zmíněných 33 tun uhlí získáme 198 GJ= 55MWh elektřiny Na získání 55 MWh/ročně potřebujeme v ČR kolektor o ploše : 1m2 FV kolektoru….180kWh ročně v ČR X m2 FV ……..55000kWh -> 305m2 Takový systém FV, který ušetří 60tun CO2 stojí kolem 18milionů korun

11. úvahy nad energetickou koncepcí Způsoby podpory OZE ? Stavím RD a to tak, že oproti běžnému domu ušetřím na topení ročně 2000m3 zemního plynu při navýšení investic o 150 tisíc Kč (na jakoukoli dotaci od státu nemám nárok). Z tohoto množství zemního plynu lze ročně vyrobit asi 10 000 kWh elektřiny. Úspora - 10000kWh Topíme-li uhlím 20MJkg-1v kotli s 80% učinností 0,8.20/3,6 = 4.4 kWh kg-1 tedy roční úspora představuje 10000/4.4=2273 kg uhli Z 1kg uhlí je asi 3kg CO2 Tedy ušetřené emise CO2 činí 6819kg - 7tun Tedy 8 dobře izolovaných rodinných domků ušetří stejně emisí jako jeden FV systém

12. Postavím FV elektrárnu o stejném ročním výkonu 10 000 kWh za zhruba 1,6 milionů Kč, dostanu od státu ročně na zelených bonusech kolem 126 000 Kč, postavím-li větrnou elektrárnu dostanu na zelených bonusech 20 000 Kč. Rozdílná dotace je nastavena tak, aby se vyrovnala návratnost investičně různě náročných obnovitelných zdrojů. Jinými slovy, čím neefektivnější obnovitelný zdroj, tím vyšší dotaci získá. Může velmi dobře přihodit, že se objeví spousta investorů do slunečních elektráren a stát jim bude muset vyplácet zelené bonusy či draze vykupovat vyrobenou elektřinu po dobu 10 let, aniž by za tuto dobu elektrárny přispěly do celkové energetické bilance jedinou kilowatthodinou. Vyznamenání Nulovou dotací 1.místo úspory

13. OZE pracuje za vás http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815&z=2

14. Ukázka 3 Analýza textu z novin Ledvickouuhelnou elektrárnu čeká inovace 29.8.06 Dva ze tří 110MW bloků s účinností 37% v elektrárně Ledvice nahradí do roku 2012 jeden moderní o výkonu 660 megawattů. Jeho hrubá účinnost se přiblíží 47 %, díky čemuž se spotřeba paliva i emise skleníkového plynu CO2 sníží o plnou čtvrtinu. Spalovat se v něm bude hnědé uhlí z Dolu Bílina o výhřevnosti 12 MJ/kg. Nový blok bude stejně jako dosluhující dodávat také teplo do okolních obcí a měst.

15. Otázky:   Kolik bude od roku 2012 činit elektrický výkon elektrárny Ledvice? /660+110=770MWe/ Kolik uhlí spotřebovala dosud denně při plném výkonu? Instalovaný el.výkon naší uhelné elektrárny je 330MW, při účinnosti 37, energie dodaná za 1 den:

16. ·Kolik uhlí spotřebuje po modernizaci? Po modernizaci spotřebuje tato uhelná elektrárna dvojnásobek paliva. Dojde modernizací Ledvic skutečně k omezení vypouštění CO2 do ovzduší, jak slibuje nadpis? Nedojde, emise CO2 se díky zvýšení výkonu zvýší asi o 52%. O kolik procent se zvýší její výkon? 330MW….. ..100 770MW………xtakže 100 .770/330=233 výkon se zvýší o 133 a množství paliva jen o 52.

17. Ukázka 4 - diskuse NEDÝCHAT Článek z několika významných českých deníků Citace: (kráceno) K diskusi o GW přináší média zastrašující argumenty. Přesto v našem národě vítězí zdravý pohled. Za hlavního viníka z celého souboru skleníkových plynů se vždy uvádí pouze oxid uhličitý, což mnoho vědců nepovažuje za správné. CO2 je vydechován do ovzduší člověkem a zvířaty, a to rozhodně ne v zanedbatelné míře. Možno konstatovat, že 10 milionů občanů ČR vydechne ročně do ovzduší 117 milionů tun tohoto plynu. Jenom pro představu: je to kolem desetiny vypouštěných exhalací z naší dopravy. V souvislosti se zpřísňováním limitů Evropské unie pro oxid uhličitý z aut, je uvedená hodnota v každém případě poučná. Rozhodně udivuje, proč někteří radikálové Evropské unie se nyní zaměřují právě na tento plyn. Autor je doktor přírodních věd se zaměřením na životní prostředí

18. ARGUMENT 1 Strávením potravin jen vracíme do vzduchu CO2, který byl dříve rostlinami ze vzduchu odebrán, tedy dýcháním nenavyšujeme jeho množství v atmosféře – pouze jsme jeden z článků jeho přirozeného koloběhu. Proto je také spalování biopaliv považováno za proces s nulovou produkcí kysličníku uhličitého.

19. Dále je záhadou, jak mohl pan XY přijít k údaji, že 107 občanů ČR ročně produkuje dýcháním 117 miliónů tun CO2, tedy 11,7 t na hlavu a rok. Ze statistik -- celk. produkce CO2(zahrnující průmysl, dopravu, vytápění…) je v ČR 12,5 tuny na hlavu a rok. Že by tedy lidské plíce zvládly vyrobit téměř 94% naší celkové produkce CO2? ARGUMENT 2 Člověk přijímá denně v potravě asi 0,3 kg uhlíku, jehož oxidací11 vznikne kolem 1 kg oxidu uhličitého. Ročně ho tedy občané ČR mohou vydechnout maximálně 4 milióny tun CO2, tedy aspoň 30krát méně než je klíčový údaj uváděný v glose. C+O2—>CO2 12+2.16—>44 a 44/12 je 3.6

20. Občanská fyzika • Lepší budovy – pasivní domy --- standard budov • Přírodní materiály a nové technologie • Aktivní solární systémy s vysokou účinností • Úsporné spotřebiče • Světlo (jedovaté v noci) • Úprava vody • Osvěta

22. Závěr Ekostopa - hra o Zemi Projekt EnviWIKI http://www.czp.cuni.cz/enviwiki/

23. FV na Pdf http://www.ped.muni.cz/wsolar/ http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815 GW http://www.ipcc.ch/present/presentations.htm http://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/slu_klih.html 2006 http://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/poster.all/ http://amper.ped.muni.cz/gw/dirs/gw_bookm.htm http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/faktor4/faktor4.html Faktor 4 http://www.veronica.cz/?id=128 publikace na veronice Budovy http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/proc_skoly/ http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/mu_kampus/ http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/nl_ceeres.htm http://www.hausderzukunft.at/index.htm Hostětín http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/ho_ceeres.htm http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/toky_emi.htm Biomasa http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/biomasa/biom_aus.html Kolektory http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/solar/tech_inf.html Světlo http://amper.ped.muni.cz/noc/a_den/noc_a_den.htm http://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/ZARIVKA.TXT http://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/kalib.txt http://amper.ped.muni.cz/noc/ http://amper.ped.muni.cz/noc/praha/spatne/ipage00061.htm http://ec.europa.eu/environment/climat/campaign/index_cs.htm http://www.mycarbonfootprint.eu/cs/ uhlíková kalkulačka Pokusy: http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/pokusy.htm ODKAZY