SO3: Energi

Vi tager det som den naturligste ting i verden, at vi hver dag kan bruge vores mobiltelefoner, køre i vores biler og tænde for varmen i vores huse. Men for at kunne nyde godt af alle disse ’hverdags ting’ er vi afhængige af at have adgang til elektricitet, varme og brændstof. Disse tre ting kan ses som produkter i vores hverdag.

Men hvordan bliver disse produkter egentligt fremstillet? Hvordan adskiller fremstillingsprocesserne sig fra hinanden? Og er der nogen af dem, der er bedre end andre set i forhold til nyttevirkning, miljøforhold, forsyningssikkerhed eller langsigtet omstilling med tanke på at modvirke klimaforandringer? Det er slet ikke nemt at svare på disse spørgsmål. Man må forstå basal fysik og kemi omkring energiomdannelse, redoxreaktioner herunder forbrændinger, elektricitet mm. Desuden skal man kende de teknologiske energisystemer, som inkluderer viden, men også en masse teknik og organisation, og dette er omdrejningspunktet for dette SO-projekt.

Igennem forløbet skal I arbejde med sammenligningen af 2 teknologianalyser, som begge har fokus på produktionen af enten varme, fremdrift eller strøm.

I skal arrangere et virksomhedsbesøg i jeres gruppe, og besøget skal relatere sig til det I vil arbejde med i teknologianalyserne.

Vi besøger fælles en større energivirksomhed – Energitårnet i Roskilde.

I skal udføre forsøg i tilknytning til jeres egen undersøgelse af energifremstilling. Forsøget kan være primært fysik eller primært kemi.

I laver et fastlagt kemiforsøg i teknologiundervisningen, som forholder sig til de problematikker, der opstår ved afbrænding.

Teknologianalyserne

Hver gruppe skal vælge to energiteknologier, som der skal laves teknologianalyser for. Teknologianalyserne skal sammenlignes, så derfor er det vigtigt at starte med at vælge noget som er relevant og interessant at sammenligne.

Der skal vælges ét af de tre produkter nedenfor og vælg derefter to fremstillingsprocesser. Hvis I kan finde på en anden god fremstillingsproces, er det også tilladt – problemstillingen skal dog godkendes af jeres lærer.

Varme (termisk energi) (til huset)

Vi skal have varme i vores hjem, og det kan blive dannet vha. forskellige fremstillingsprocesser. Meget ofte er varmeforsyningen til vores boliger baseret på fjernvarmen – så det er jeres ene fremstillingsform! Denne fremstillingsform skal sammenlignes med en anden varmeproducerende produkt. Vælg mellem:

• Naturgasfyr
• Varmepumper (jord til luft eller luft til luft)
• Biobrændselsfyr kombineret med solpaneler
• Biogas
• Andet (hvis I kender et eksisterende produkt)

Fremdrift (kinetisk energi) (til vores biler/transportmidler)

Vores biler skal bruge energi, som kan omdannes til fremdrift (kinetiske energi). Det sker i dag primært med benzin eller diesel, men der er også andre mulige alternativer. Fremdrift vha en benzin eller dieselforbrændingsmotor skal dermed være jeres ene produkt! Denne fremstillingsform skal sammenlignes med en anden kilde til fremdrift. Vælg mellem:

• El, som bl.a. kan komme fra vindkraft.
• Bioethanol (forbrændingsmotor)
• Brint
• Andet (hvis I kender eksisterende produkt)

Strøm (elektrisk energi) (til huset)

I vores hjem omdanner vi elektrisk energi til lys og til alle mulige elektroniske apparater. Denne energi produceres hovedsageligt på kraftvarmeværker, men den elektriske energi kan også produceres på andre måder. Strømproduktion på et kraftværk skal dermed være jeres ene analyse! Denne fremstillingsform skal sammenlignes med en anden elproduktion. Vælg mellem:

• Vindmøller
• Solceller
• Bølgeenergi
• Andet (hvis I kender eksisterende produkt)

Sammenlignende teknologianalyse vil sige, at I sammenligner de to måder energiydelsen kan fremskaffes på med hensyn til fordele og ulemper miljømæssigt set og med hensyn til energieffektivitet – som specificeret i jeres problemformulering!

Hint til relevant viden fra fysik og kemi

Vi ser i dette forløb på energiomsætninger.  

Fra fysik har I lært om de syv energiformer, energibevarelse, effekt, energiomdannelse, arbejde, varme og nyttevirkning. I har desuden viden om elektrisk energi og kredsløb.

Prøv at overvej hvornår der er tale om hvilke energitype og hvad er fordele og ulemper ved dem. Hvor stor er nyttevirkning i de forskellige energiomdannelse.  I kan også inddrage Termodynamikkens 1. og 2. hovedsætning (Fysik A), samt veksel- og jævnstrøm.

I et kraftvarmeværk omdannes energien typisk ved afbrænding af et brændstof. Processen er en kemisk reaktionstype, vi kalder redoxreaktion. Det er ikke ligegyldigt, hvor brændstoffet kommer fra eller hvad brændstoffet består af.  Vi får altså ikke den samme mængde energi ud af de forskellige brændstoftyper regnet pr. kg brændstof. Det kaldes brændværdi.  Der kan også ved forbrændingsprocessen dannes mere eller mindre uønskede produkter – her er SO₂ og CO₂ blandt de mest kendte, men der dannes også andre meget giftige gasser.

Egne virksomhedsbesøg

Til den ene af de to teknologianalyser finder I en relevant virksomhed at besøge. I skal altså i jeres gruppe finde og aftale et besøg hos en lokal virksomhed eller andet, som enten beskæftiger sig med energiforsyning eller salg af energiløsninger eller som har anskaffet nogle interessante løsninger. Det kunne fx tænkes at være en lokal håndværker, som monterer solceller eller opsætter varmepumper eller etablerer jordvarme eller andet, der er relateret til energi, det kunne være en af dennes kunder eller det kunne være et offentligt energiforsyningsanlæg eller en institution eller private, der har iværksat nogle spændende nye energiløsninger.

I skal vælge besøg ud fra, hvad I ønsker at arbejde med. Den viden, I får gennem besøget, kan medvirke til at bestemme kursen for jeres projekt.

I skal lave et kort referat af besøget, som enten kan indgå direkte i rapporten eller vedlægges som bilag og derfra inddrages i rapporten efter behov.

Fælles ekskursion

Alle besøger Energitårnet i Roskilde. Energitårnet er et kraftvarmeværk, der leverer varme til Roskilde by og el til el-nettet.  Kraftvarme har været og er fortsat en krumtap i dansk energiforsyning og dermed en teknologi alle bør kende til. Energitårnet i Roskilde brænder affald af. Tidligere var kraftvarmeproduktionen primært baseret på kul, men på grund af C02 udledningen herfra er en storstilet omstillingsproces i gang.  

Da projektet er et SO-forløb med tre fag, er der også flere forskellige faglige mål for forløbet. De er listet herunder:

Teknologifaglige mål

I dette projekt vil der være fokus på analysen af allerede eksisterende teknologiske systemer. I skal ikke udvikle et produkt. I skal opstille en problemformulering, men ikke med henblik på selv at udvikle og producere et produkt. I skal i problemformuleringen stille skrapt på et problem, der relaterer sig til energifremstilling. I skal undersøge problemet ved hjælp af vidensindsamling: litteratur, viden fra fysik og kemi, virksomhedsbesøg og interview og ikke mindst egne forsøg og derefter komme med en vidensbaseret konklusion.

Målene er således:

• Lav en problemformulering
• Indsaml oplysninger ved hjælp af litteratur, undervisningen i kemi og fysik, og besøg hos relevante virksomheder
• Lav egne forsøg
• Lav en sammenhængende rapport bygget op over skabelonen for teknologianalyse, dvs organiseret efter underemnerne viden, organisation, teknik og produkt
• Afslut med en klar konklusion, som besvarer problemformuleringen
• Sæt kilder på alt og slut af med referenceliste, laves i word

Fysikfaglige mål

Fysik bidrager med viden om energi og effektivitet.

Kemifaglige mål

Kemi bidrager med viden om redoxreaktioner, der bl.a. indgår i elektrokemi (batterier) og forbrændinger. Derudover ser vi på reaktioner ifb. rensning af røg fra kraftvarmeværker og repetere mængdeberegninger.

SO faglige mål

Gennem arbejdet med projektet og de ovenstående faglige mål opfylder I også følgende faglige SO mål:

• undersøge og afgrænse en problemstilling ved at kombinere viden og metoder fra forskellige fag og udarbejde en problemformulering
• søge, vurdere og anvende fagligt relevant information
• kombinere viden og metoder fra fagene til indsamling og analyse af empiri og bearbejdning af problemstillingen
• perspektivere den behandlede problemstilling
• demonstrere evne til faglig formidling såvel mundtligt som skriftligt, herunder beherske forskellige genrer og fremstillingsformen i en skriftlig opgavebesvarelse
• vurdere forskellige fags og metoders muligheder og begrænsninger i arbejdet med problemstillingen
• kunne anvende relevante studiemetoder samt forholde sig refleksivt til egen læreproces og eget arbejde.

Alle disse mål er i spil i dette SO-projekt, dog med hovedvægten på de tre første af målene.

Derudover arbejder I også med kollaborativ skrivning (fællesskrivning), som I er vant til fra teknologi. Dette er også et fokuspunkt i SO.

at arbejde innovativt og idégenerere

at producere egen eksperimentel empiri