Fasit til kapittel 6 (2017)

Her finner du løsningsforslag og tips til oppgavene i kapittel 6. 

 

6.1 Energikilder og energibærere

6.1.1

a) Energi er det som må til for å utføre et arbeid, det som får noe til å skje, «drivkraften».

b) Noen former er strålingsenergi, kjemisk energi, varmeenergi, elektrokjemisk energi, kjerneenergi, bioenergi, elektrisk energi, vindenergi, bølgeenergi osv.

Disse energitypene kan deles inn i to typer: kinetisk energi (bevegelsesenergi) og potensiell energi (stillingsenergi).

 

6.1.2
I en energikilde er energien lagret slik at vi kan utnytte energien direkte eller til produksjon av en energibærer. Eksempler på energikilder er solenergi, vindenergi eller vindkraft, biomasse, naturgass.
En energibærer er produsert av en energikilde. Energibærere bærer eller transporterer energien dit den kan utnyttes. Eksempler på energibærere som produseres ved hjelp av energikilder er hydrogengass, bensin, diesel, andre oljeprodukter, elektrisitet, fjernvarme.

Naturgass og olje kan være både en energikilde og en energibærer, avhengig av om de brukes der de finnes (energikilde) eller må transporteres (energibærer).
 

 

6.1.3

Eks. biomasse og olje

 

6.1.4.

a) Vannkraft (95,7 % produsert kraft per august 2017), varmekraft, vindkraft

b) Sollys, elektrisitet, biomasse, fossile brennstoff

c) Energibruken har gått noe ned siden 2010. Du finner tall på bl.a. nve.no, søk på energibruk Norge. Dels pga. mildt klima og mindre bruk av energi i transportsektoren.

Mange husholdninger har byttet til varmepumper i stedet for tradisjonell elektrisk oppvarming. Dette senker energiforbruket i vanlige hjem. Overgang fra fossilt brennstoff til elektriske biler vil også på sikt påvirke forbruket av bensin og diesel.

 

6.1.5
Søk på miljostatus.no, på søkeord som energiforbruk, fornybar energi, Europa. Kanskje du finner noe her?

 

6.1.6

For:
Bra for miljøet
Lite forurensing
De miljøvennlige energikildene er fornybare
Flere grunner … ?

Mot:
Kan ha lav virkningsgrad
Vi mangler teknologi
Dyrere enn å bruke for eksempel fossile energikilder
Flere grunner …?

 

6.1.7 og 6.1.8

Land som Kina har hatt stor utbygging av vannkraft de senere årene. Dette kan være med å påvirke av utslippene av CO2 har gått ned. Det har også vært økonomiske nedgangstider i f. eks Kina og USA, noe som har gått ut over kraftkrevende industri – dette kan være en annen medvirkende årsak til nedgang i CO2-utslipp.

 

6.2 Energi: Produksjon, forbruk og endringer i forbruk.

 

6.2.1

a) Kull, olje og naturgass

b) CO, CO2, NOx (samlebetegnelse for nitrogenoksider), SO2.

c) Karbonmonoksid (CO) er giftig og binder seg sterkt til hemoglobinet i de røde blodcellene. Ved høy CO - konsentrasjoner kveles vi. CO2 er sammen med vanndamp i atmosfæren den viktigste drivhusgassen. SO2 – og NOx –gass danner syrer sammen med vann (de er sure oksider) og gir sur nedbør.

Aktuelle nettadresser der du kan finne innhold om drivhuseffekten er forskning.no og miljostatus.no. Her finner du også informasjon om sur nedbør, utslipp av NOx og SO2 mm.

 

6.2.2

a) For: Viktig drivstoff, høye inntekter for Norge, m.m.

Mot: Utslipp av klimagasser, forurensninger ved utslipp, m.m.

 

6.2.3

a) Sol – spesielt i solrike områder. Vind. Vann i mindre grad pga. store lokale inngrep på naturen. Biomasse.

 

6.2.4

a) Bensin og diesel brukes mest til transport, selv om det nå har kommet en del fartøy som bruker gass. På verdensbasis er det kull som brukes mest til oppvarming og produksjon av elektrisk energi.

b) Alle fossile energikilder skadet miljøet. Likevel vil bruk av naturgass være det minst skadelige. Naturgass gir mer energi per kg, gir ikke utslipp av SO2 og bare små mengder NOx sammenlignet med olje

 

6.2.5

a) Det tenkes at en kan lagre CO2 i jordskorpen, f.eks. i gamle oljebrønner i havdypet.

b) Det er dyrt å lagre CO2, men fordelen er at en da får mindre utslipp av CO2 til atmosfæren.

 

6.2.6

Søk på f.eks. nettsiden snl.no, på temaer som vannkraftverk, vindkraftverk, kullkraftverk, gasskraftverk.

 

6.2.7

a) Oppvarming av hus og vann, matlaging, lagring av mat, vasking av klær, transport, belysning …

b) Senke romtemperaturen, sparedusjer og kortere dusjer, senke temperaturen på varmtvannet, vaske fulle vaskemaskiner …

 

6.2.9

a) En hybridbil veksler på å bruke en bensin eller dieselmotor og en elektrisk motor.

b) En plug-in hybridbil er en ladbar hybridbil.

6.3 Internasjonale avtaler om klima

 

6.3.1

Kyoto-avtalen (1997): utslipp av klimagasser skulle reduseres med 5% eller mer i forhold til utslipp i 1990. Nesten alle medlemsland i FN var med – men ikke Kina, USA, Brasil, India, Japan og Russland.

Paris-avtalen (2015): Alle land skal sette klimamål for å sikre at jordens gjennomsnittstemperatur ikke øker for mye (skal øke maks 2 ⁰C, helst ikke mer enn 1,5 ⁰C).

Det er mange utfordringer med disse avtalene. Økonomisk vekst i folkerike land gir økt behov for energi, og energien skaffes i stor grad fra forbrenning av kull. Andre utfordringer er knyttet til at enkelte folkerike land har enten ikke underskrevet avtalene eller truer med å trekke seg fra avtalene.

 

6.3.2

Tenk over hvilke energikilder som er vanligst i bruk. Er de fornybare eller ikke-fornybare?

 

 

6.4 Energibærere for framtida

 

6.4.1

Hydrogen må være som hydrogengass – H2.

 

6.4.2

Hydrogen må produseres ved hjelp av andre energikilder og transporteres til forbrukerne.

 

6.4.3

Tabellen viser at hydrogengass har det høyeste energiinnholdet per kg. Opp til 3 ganger så mye som fossilt brennstoff.

 

6.4.4

Hydrogengass + oksygengass → Vann + energi

2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) + energi

 

6.4.5

Energikildene som brukes til å produsere energibærere må være fornybare, og produksjonen må gi minst mulig utslipp av klimagasser.

 

6.4.6

a og b) Produksjon av hydrogengass, transport av gassen og lagringen kan by på utfordringer. Hydrogen kan produseres fra elektrolyse av vann, men dersom energikilden som brukes til produksjonen ikke er fornybar, kunne en kanskje like godt brukt fossilt brennstoff i stedet for hydrogen. Produksjonen kan også være kostbar. Transporten av hydrogen til forbruker skjer som regel ved hjelp av fartøy som bruker fossilt drivstoff. I tillegg må hydrogen oppbevares adskilt fra oksygen pga. eksplosjonsfaren.

 

6.4.7

Hydrogen kan produseres ved at metan reagerer med vanndamp ved høye temperaturer. Denne prosessen kalles dampreformering:

CH4(g) + 2H2O(g)  CO2(g) + 4H2(g)

 

6.4.8

Elektrisk energi + 2H2O(l)  2H2(g) + O2(g). Se nederst s. 179.

 

6.4.9

Bruk for eksempel nettstedet fornybar.no og søk på produksjon hydrogen, lagring hydrogen og distribusjon hydrogen.

 

6.5 Biomasse

 

6.5.1

Fordeler: fornybart, CO2-nøytral, mindre utslipp av NOx og SO2 enn fossilt brennstoff, begrenser gjengroing av landområder

Ulemper: Selv om biomasse er CO2-nøytral, slipper den ut igjen CO2 som var bundet i organisk materiale. Økt utslipp av partikler som gir lavere luftkvalitet og luftveisproblemer.

 

6.5.2

a) 6CO2 + 6H2 C6H12O6 + 6O2

b) At bioenergi er CO2-nøytral, betyr at den mengden CO2 som slippes ut ved forbrenning av biomasse er den samme mengden som ble brukt til å produsere biomassen.

 

6.5.3

a) Alt som stammer fra plantenes fotosyntese og som inneholder organiske stoffer regnes som biomasse: ved, planterester, matavfall, papir, kloakk

b) Ca. 6% av energiforbruket (litt usikre tall)

 

6.5.4

a) Forbrenning av biomasse fra husholdning og industri, økt produksjon av biodiesel, bioetanol og biogass.

b) Økt forbruk av biomasse i stedet for fossilt brennstoff vil redusere CO2-utslippene.

 

6.5.5

Om produksjon: http://www.miljodirektoratet.no/no/Nyheter/Nyheter/2017/Februar-2017/Fakta-om-biodrivstoff1/

Om bruk: www.ssb.no/natur-og-miljo/artikler-og-publikasjoner/bruk-av-biodrivstoff-i-transport og http://www.miljodirektoratet.no/no/Nyheter/Nyheter/2017/April-2017/Kraftig-okning-i-bruk-av-biodrivstoff-i-2016/

Sverige ligger langt foran Norge når det gjelder bruk av biodrivstoff: https://www.nobio.no/single-post/2017/02/24/Rekord%C3%A5r-for-bruken-av-biodrivstoff-i-Sverige

 

 

6.6 Sola – Energikilde nr. 1

 

6.6.1

Ja, all energi (uansett form) kommer opprinnelig fra sola i vårt solsystem.

 

6.6.2

a) Passiv utnytting av solenergi er at solenergi absorberes og lagres som varme i materialer.

 

6.6.3 og 6.6.4

Aktiv utnytting av solenergi brukes i solfangere. Se forklaring og figur på s. 184.

 

6.6.6

Svaret her vil avhenge av hvordan du bor og hvilken skole du går på.

 

 

6.7 Solceller

 

6.7.1

Bor har 3 elektroner i ytterste skall (ett mindre enn silisium), silisium har 4 elektroner, fosfor har 5 (ett mer enn silisium).

 

6.7.2

a) Se s. 187 for figur

b) n-doping er å tilsette fosfor som har flere elektroner (negative ladninger) enn silisium. P-doping er å tilsette bor som har færre elektroner.

c) Den negative og positive siden dannes ved at elektroner vandrer fra n-siden til p-siden.

 

6.7.3

Se s. 187 i boka for virkemåten til en solcelle. Prøv å omformulere det som står der på en sånn måte at du forstår det.

 

6.7.4

I et batteri er drivstoffet lagret i batteriet i stoffer som har høy kjemisk energi. Når denne energien er oppbrukt er batteriet utladd. I en solcelle har sola som en nærmest utømmelig energikilde (den er først tom om ca. 6 milliarder år). En solcelle vil derfor levere strøm så lenge solcellepanelet fungerer. Både i en solcelle og i et batteri er elektroner på vandring. I en solcelle sørger solstrålingen for elektronvandringen, mens det i et batteri er energi frigitt i redoksreaksjoner som driver elektronene.

6.7.5

Den lave virkningsgraden skyldes i hovedsak at sollyset som treffer solcellene har for lav energi til å slå løs elektroner i solcellepanelet, eller for høy energi til at hele energien kan brukes til å slå løs elektroner (se s. 189).

 
6.7.6

a) Effekten er avhengig av innstrålingen. Standard beregning av virkningsgrad tar utgangspunkt i 1000 W/m2. Dette gir en effekt på 100 – 200 W.

b) Dersom vi regner med en effekt på 200 W/m2 solcelle, trenger vi 5 m2 solceller for å få en total effekt på 1000 W. Effekten per m2 er både avhengig av solinnstrålingen og temperaturen.


6.7.7

a) Det koster å montere solcelleanlegg, og det må påregnes kostnader til vedlikehold. Avhengig av hvilke støtteordninger de forskjellige kommunene har, vil et solcelleanlegg lønne seg økonomisk etter ca. 20 – 40 år. Dersom en tar miljøaspektet i betraktning, vil solceller som erstatning for fossile energikilder lønne seg ved at de ikke fører til utslipp av CO2 mens de er i drift.

 

 

6.8 Varmepumper

 

6.8.1

I en varmepumpe transporteres energi fra et område med lav temperatur til et område med høyere temperatur, f.eks. fra innsiden av et kjøleskap (lav temperatur) til kjøkkenet (høyere temperatur)

 

6.8.2

Se 6.8.1. Energi transporteres fra et sted med lav temperatur til et sted med høyere temperatur.

 

6.8.3

Følgende prinsipper forklarer hvordan varmepumper fungerer:

En væske som fordamper, tar opp energi fra omgivelsene. For å få vann til å gå over fra væske til vanndamp må det tilføres varme.

Når trykket i en gass øker, stiger temperaturen i gassen. Prøv å holde foran åpningen til en sykkelpumpe.

En gass som går over til væske, gir fra seg energi til omgivelsene. F.eks. i en badstue med varm, fuktig luft.

 

6.8.4

a) Kjølemediet er en væske som har lavere kokepunkt enn temperaturen i omgivelsene. Kjølemediet kan ta opp energi fra omgivelsene selv ved lave temperaturer og fordamper.

b) Kompressoren er motoren i varmepumpen. Den presser sammen gassen slik at trykket øker og temperaturen stiger.

 

6.8.6

a) Varmefaktoren er høy når temperaturforskjellen mellom det kalde og varme området er liten, og lav når temperaturforskjellen er stor.

b) Varmepumper har stor virkningsgrad (varmefaktor), og gir mer varme for samme mengde elektrisk energi enn f.eks. elektrisk oppvarming i form av stråleovner eller varmekabler.

 

6.8.7

Så lenge utetemperaturen er høyere enn kokepunktet til kjølemediet, vil varmepumpen fungere.

 

 

6.8.8
Varmefaktor = 8 000 000 W / 2 500 000 W = 8 000 kW / 2 500 kW = 3,2
 

 

6.8.9

a) Varmefaktor = 4 betyr at varmepumpa avgir 4 ganger mer energi enn det den får tilført.

b) 6 kWh

c) 108 kWh

 

6.8.9
4 = 12 000 kWh / tilført energi
3000 kWh bruker de i året med varmepumpa. 
 
10 200 kr
- 2550 kr
De sparer 7650 kroner per år.