Eksempel på evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

Side 1

Evalueringsopgave

Naturvidenskabelig faggruppe

Fossile brændstoffer

HF 1. år

Skole:

HF 1. år

Gruppemedlemmer:

Side 2

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

1

Indledning

Gennem millioner af år har de fossile brændstoffer fået lov at passe sig selv i undergrunden. Olie, kul og naturgas er dannet gennem langsomme geologiske processer, men i løbet af det sidste korte stykke tid i Jordens historie er mennesket begyndt at bruge og afbrænde de fossile brændsler. Kan vi egentlig være det bekendt? Ifølge mange forskere fører afbrændingen til en global opvarmning med voldsomme konsekvenser til følge. Andre mener slet ikke, at den globale opvarmning er menneskeskabt.

Debatten om de fossile brændsler er højaktuel, og derfor er det spændende at vide noget om brændstofferne og konsekvenserne af afbrændingen. For hvad er det egentlig, der sker, når vi hiver olie op af undergrunden og forbrænder det? Hvilke konsekvenser har det nu og i fremtiden? Og kan vi løbe helt tør for olie?

Problemformulering

I arbejdet med emnet fossile brændstoffer har jeg besvaret følgende problemformulering: Hvilke konsekvenser er der ved brug af fossile brændstoffer?

Præsentation af problemstillinger

For at besvare min problemformulering har jeg opstillet 4 problemstillinger.

1. Hvad er fossile brændstoffer, og hvordan er de dannet?

Gennem denne problemstilling kan geografien hjælpe mig til at forstå, hvad fossile brændstoffer er.

Den giver mig altså den nødvendige baggrundsinformation for at kunne arbejde med emnet.

2. Hvordan forløber en forbrændingsreaktion, og hvordan afstemmes den?

For at forstå konsekvenserne ved brug af fossile brændstoffer må jeg forstå, hvad der egentlig sker, når man bruger fossile brændstoffer. Denne problemstilling kan hjælpe mig med at forstå de kemiske processer bag forbrændingen. Jeg vil afstemme en forbrændingsreaktion med octan.

3. Hvilken betydning har drivhuseffekten?

Konsekvenserne af brugen af fossile brændstoffer hænger sammen med drivhuseffekten. Så sammen med forståelsen af dannelsen og forbrændingen hjælper denne problemstilling mig med at besvare problemformuleringen. Den hjælper mig til at forstå, hvorfor afbrændingen er et problem.

4. Hvorfor kan biobrændsel blive vigtig i fremtiden?

De fossile brændsler vil ikke kunne bruges for evigt, og derfor må en konsekvens af brugen også

Side 3

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

2 være, at man med tiden må bruge andre energikilder. I denne problemstilling vil jeg arbejde med fotosyntesen og vurdere, hvorfor biobrændsel kan blive vigtigt i fremtiden.

Fremgangsmåde

For at besvare mine problemstillinger har jeg læst om fossile brændstoffer, fotosyntese, drivhusgasser og forbrænding i lærebøger og i artikler på internettet. Jeg har også arbejdet med forskellige bilag. Bilagene var en god hjælp, fordi det hjalp mig til at forstå teorien, at jeg kunne se forsimplede illustrative modeller og tegninger. Især bilaget over strålingsbalancen, som jeg brugte til at svare på, hvilken betydning drivhuseffekten har, var en god hjælp. Pilene viser klart og tydeligt, hvad der sker med strålingen.

Lærebogen Basiskemi C brugte jeg til at svare på delkonklusionen om forbrændingsreaktionen. Den forklarede stoffet på en overskuelig måde, og det var nemt at gennemskue, hvor jeg kunne finde de informationer, som jeg skulle bruge.

I NF-grundbogen læste jeg om fotosyntese og biobrændsel for at besvare den fjerde problemstilling.

Informationerne om fotosyntese var spredt i flere af bogens afsnit, så det var tidskrævende at finde de rigtige informationer.

De andre problemstillinger besvarede jeg hovedsageligt ved brug af forskelligt materiale fra internettet. Her var det hurtigt at finde de informationer, jeg skulle bruge, men til gengæld var det svært at finde materiale, som forklarede stoffet forståeligt på mit niveau.

Delkonklusioner

1. Hvad er fossile brændstoffer, og hvordan er de dannet?

Fossile brændstoffer er olie, kul og naturgas. Fossile brændsler kommer fra organisk materiale, der levede for mange millioner år siden. Dengang har fotosyntesen sørget for, at planterne kunne vokse og danne det organiske materiale. Det vil sige, at fossile brændsler egentlig er dannet af gammel energi fra Solen.

Det organiske materiale indeholder hydrogen og carbon, og det er de grundstoffer, som fx olie består af.

Bilaget nedenfor viser, hvordan olie dannes.

Side 4

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

3

Aksen til venstre viser tid, og tid er meget vigtigt i dannelsen af olie. Det tager mellem 10 og 160 mio. år at

danne olie.^{1} Det første billede i bilaget viser, at det organiske materiale er dødt og lander på havbunden.

Med tiden kommer der til at ligge et lag med meget organisk materiale. Hvis der ikke er ilt nok til stede, kan materialet ikke blive omdannet, så det bliver liggende. Der kommer langsomt nye lag af sedimenter til, så der kommer altså til at ligge ler og sand ovenpå det organiske materiale. Det organiske materiale synker længere ned i undergrunden, og derfor stiger temperaturen. Billede 3 viser, at temperaturen er 100-150°C, og ved denne temperatur begynder carbonatomerne at sætte sig sammen i lange kæder. Billede 4 viser, at olien søger opad. Det gør den, fordi trykket der er lavere. Man skal forestille sig, at olien ikke kan trænge gennem det mørkegrønne lag. Nu er der dannet et oliereservoir.

2. Hvordan forløber en forbrændingsreaktion, og hvordan afstemmes den?

En forbrændingsreaktion er en reaktion med dioxygen, O

2

. Når vi brænder fossile brændsler af for fx at lave elektricitet, sker der altså en reaktion med dioxygen. Hvis der er nok ilt til stede, bliver forbrændingen fuldstændig, og så dannes der CO

2 2 og H

O. Forsimplet ser en forbrænding af fossile brændstoffer altså sådan ud:

Organisk stof + O → CO + H 0

2 2 2

                                                                               2
Alkaner er forbindelser af carbon og hydrogen, og en stor del af benzin består af heptan og octan. I det

følgende beskrives en fuldstændig forbrænding af C H (octan).

8 18

En model af octan kan ses på bilaget ovenfor. Det består af 8 carbonatomer og 18 hydrogenatomer. Hvert carbonatom har 4 enkeltbindinger, så alkanen opfylder oktetreglen. I en forbrænding er octan og dioxygen reaktanterne, dvs. dem, der står på venstre side af reaktionspilen. Produkterne er som beskrevet ovenfor kuldioxid og vand. Reaktionen ser sådan ud:

C H (l) + O (g) → CO (g) + H O(l)

8 18 2 2 2

Men denne reaktion er ikke afstemt. Der er nemlig ikke lige mange atomer på hver side af reaktionspilen.

Der er 8 carbonatomer på venstre side, så det skal der også være på højre side. Men så er der et ulige antal oxygenatomer på højre side og et lige antal på venstre. Derfor sættes koefficienten 2 foran octan og 16 foran CO. Nu er der 36 hydrogenatomer på venstre side, og derfor sættes koefficienten 18 foran H O på

2 2 højre side, så der er lige mange H-atomer. Nu er der 50 O-atomer på højre side, så koefficienten 25 sættes foran O på venstre side. Reaktionen er nu afstemt:

2

1

http://viden.jp.dk/galathea/undervisning/temaer/default.asp?cid=27853

2

Mygind, Helge m.fl. Basiskemi C. 1. udgave. Haase & Søns Forlag, 2015, side 90-92

Side 5

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

4

2C H (l) + 25O (g) → 16CO (g) + 18H O(l)

8 18 2 2 2

3. Hvilken betydning har drivhuseffekten?

Drivhuseffekten sørger for at holde Jorden varm, og den er altså meget vigtig for livet på Jorden. Bilaget nedenfor viser Jordens strålingsbalance, og i den kan drivhuseffektens betydning ses. Den gule pil viser, at Solen sender kortbølgede stråler til Jorden, hvoraf 51 % absorberes af jordoverfladen. Der sker en langbølget varmestråling tilbage ud i atmosfæren, og her er det, drivhusgasserne kommer ind i billedet.

Drivhusgasserne sørger nemlig for, at noget af den langbølgede stråling kastes tilbage mod Jorden.

Drivhusgasserne fungerer som en dyne for Jorden.^{3}

Vand er den vigtigste drivhusgas, men da opgaven handler om konsekvenserne af forbrænding af fossile brændsler, fokuseres der i det nedenstående på de andre reaktionsprodukter.

Ved en fuldstændig forbrænding af et fossilt brændstof udledes kuldioxid til atmosfæren. Det fører til, at koncentrationen af drivhusgasser i atmosfæren stiger. Ser vi på bilaget, svarer det til, at tilbagestrålingen bliver endnu større. Jorden bliver så at sige bedre til at holde på varmen, og derfor stiger temperaturen.

Man kan sige, at strålingsbalancen rykker sig.

3

http://www.dmi.dk/laer-om/temaer/klima/drivhuseffekten/

Side 6

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

5

4. Hvorfor kan biobrændsel blive vigtig i fremtiden?

Fotosyntese er en biologisk proces, som sker i planternes grønkorn, hvor Solens energi, CO i luften og vand

2 omdannes til energi i planterne. Reaktionen ses her:

6CO + 6H O → C H O + 6O

2 2 6 12 6 2

Når planterne vokser, forbruger de altså kuldioxid. Den kuldioxid kommer fra luften, og så er koncentrationen af kuldioxid lavere i atmosfæren. Når vi bruger planterne ved forbrænding, frigives kuldioxiden godt nok igen, men biobrændsel kaldes CO

2

-neutralt, fordi det ikke ændrer på

                                 4
kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren. Biobrændsler er lavet af biologisk materiale, som har levet for

nyligt. Når det brændes af, udleder vi altså ikke CO

2

, som har været bundet i millioner af år, ligesom når vi bruger fossile brændsler. Ved brug af fossile brændsler tilfører man carbon til atmosfæren, som ikke burde

                                                                           5
være en del af det nutidige carbonkredsløb. Derfor kan biobrændsel blive vigtigt i fremtiden.

Især 2. generations-biobrændsel kan blive meget vigtigt. Det er nemlig ikke lavet af potentielle fødevarer.

Konklusion

Fossile brændstoffer kommer fra organisk materiale, som blev dannet ved fotosyntese for mange millioner år siden. De fossile brændstoffer indeholder grundstoffet carbon, og når vi bruger fossile brændstoffer er konsekvensen, at kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren stiger. Det ses fx gennem forbrændingsreaktionen for oktan, hvor et af reaktionsprodukterne er CO. Når kuldioxidkoncentrationen í

2 atmosfæren stiger, rykkes Jordens strålingsbalance, så temperaturen stiger. Kuldioxid fungerer nemlig som en drivhusgas. I strålingsbalancen indgår drivhusgasser i det, som kaldes drivhuseffekten. Drivhuseffekten hjælper Jorden med at holde på varmen, men når balancen rykkes, vil Jorden blive endnu varmere.

Der er ikke uendeligt mange fossile brændsler. Derfor er en anden konsekvens af brugen af fossile brændsler også, at vi må finde andre energikilder. Biobrændsel kan blive en meget vigtig energikilde, fordi det er CO

2 2

-neutralt. Det vil sige, at man ved forbrænding kun tilfører CO til atmosfæren, som allerede er en del af carbonkredsløbet.

Spørgsmål til videre undersøgelse

Det følgende afsnit indeholder spørgsmål, som ville være relevante at arbejde videre med i forbindelse med projektet.

Hvad er kulstofkredsløbet, og hvordan bliver det påvirket, når man forbrænder fossile brændsler eller biogas?

Hvilke andre former for grøn energi findes der?

Hvad sker der, hvis forbrændingen modsat eksemplet med octan ikke er fuldstændig?

4

http://klimaleksikon.dk/opslag/biobr%C3%A6ndsel

5

Grosen, Anders m.fl. “NF-grundbogen”. 1. udgave. Lindhardt og Ringhof, 2015, side 168

Side 7

Evalueringsopgave i NF om fossile brændstoffer

6

Litteraturliste

Bøger

Grosen, Anders m.fl. “NF-grundbogen”. 1. udgave. Lindhardt og Ringhof, 2015

Mygind, Helge m.fl. “Basiskemi C”. 1. udgave. Haase & Søns Forlag, 2015

Internetmateriale

Andresen, Katrine og Kjaer, Carsten R. “Sådan dannes olie”. Jyllands-Posten.

http://viden.jp.dk/galathea/undervisning/temaer/default.asp?cid=27853 (besøgt )

Danmarks Meteorologiske Institut. “Drivhuseffekten”. http://www.dmi.dk/laer-
om/temaer/klima/drivhuseffekten/ (besøgt )

Klimaleksikon.dk. “Biobrændsel”. http://klimaleksikon.dk/opslag/biobr%C3%A6ndsel (besøgt )