Om energie op te wekken hebben we een energiebron nodig, zoals brandstof.
Maar wat als alle brandstof in de toekomst op raakt?
Gelukkig hebben we veel nieuwe manieren gevonden om energie op te wekken.
Mest en tuinafval bijvoorbeeld! Dat zie je hier:
Elke dag verbranden we grote hoeveelheden biomassa om in onze energiebehoefte te voorzien.
Eerst waren dat vooral fossiele brandstoffen, maar fossielen brandstoffen raken op.
Mede daarom is er steeds meer belangstelling voor biobrandstoffen.
Koolzaadolie, suikerriet, bietenpulp of mest, al deze bronnen zijn in principe geschikt om energie uit te halen.
Verbranding van biomassa heeft alleen een groot nadeel: er komt CO2 vrij.
Daardoor zal het CO2 gehalte van de atmosfeer stijgen, met alle gevolgen daarvan (zie module Kringlopen).
Kan het niet anders? De zon is als energiebron voorlopig nog lang niet uitgeput!
Onderzoekers proberen de natuur na te doen en net als planten de energie van de zon rechtstreeks te benutten.
Hebben jullie ook al zonnepanelen op het dak? Steeds meer mensen willen hun steentje bijdragen!
Ook planten leggen maar één procent van de invallende energie vast in biomassa.
Kunnen we misschien planten kweken met een hoger rendement, bijvoorbeeld doordat ze minder ‘bijproducten’ maken of doordat ze een groter deel van het lichtspectrum kunnen benutten? Of kunnen we kunstmatige bladeren maken?
Om deze vragen te kunnen beantwoorden gaan je eerst nog meer in detail kijken naar de fotosynthese en daarna naar de verliezen die in een plant optreden. In de laatste stap verdiep je je in de energiebronnen van de toekomst.
Wat ga ik leren?
Aan het eind van deze module kun je:
het fotosyntheseproces in cellen met bladgroenkorrels beschrijven;
de assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen;
dissimilatieprocessen beschrijven en hierbij onderscheid maken tussen anaerobe en aerobe dissimilatie;
assimilatie- en dissimilatieprocessen beschrijven met behulp van de reactievergelijkingen;
beschrijven hoe in de biotechnologie gebruikgemaakt wordt van het metabolisme van micro-organismen.
Deelconcepten
Autotroof, heterotroof, fotosynthese, bladgroenkorrel, verbranding, aeroob, anaeroob, gisting, alcohol, melkzuur, ADP en ATP, bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen, enzymen, fosfolipiden, tussencelstof, koolhydraten (mono-, di- en polysachariden, zetmeel, glycogeen, cellulose), vet (vetzuren en glycerol), eiwit, aminozuren, DNA, recombinant-DNA, pH.
Wat ga ik doen?
Aan de slag
Stap
Inhoud
Stap 1
Er wordt gezegd dat fotosynthese wordt gezien als bron van leven op de aarde. Na het kijken van een video ga je hierover met een klasgenoot in gesprek.
Stap 2
Zonlicht kan, met behulp van een spinazieplant worden omgezet in energie. Hoe dat zit, leer je hier.
Stap 3
Je bestudeert het proces van dissimilatie en de koolstofkringloop.
Stap 4
Wat heeft bierbrouwen met dissimilatie te maken? Dat ontdek je in deze stap.
Stap 5
Samen met je klasgenoten vorm je een subgroep die een generatie biogrondstoffen bestudeerd.
Afronding
Onderdeel
Kennisbank
Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht
Je voert een discussie met je klas over drie verschillende stellingen rondom energiebronnen.
D-toets
Je maakt een d-toets om je kennis over deze module te testen.
Terugkijken
Terugkijken op de opdracht.
Tijd
Voor deze opdracht heb je 7 SLU nodig.
Aan de slag
Stap 1: Licht en donker
Licht en donker: een verschil van dag en nacht
Wij hebben planten nodig om te ademen.
Planten zelf hebben daar weer water, aarde en zonlicht voor nodig.
Dat noemen we fotosynthese. Kijk daarvoor naar de volgende video.
Bespreek na het kijken met een klasgenoot waarom fotosynthese wordt gezien als de bron van al het leven op aarde.
Maak een korte samenvatting van de eerste drie schermen. Bewaar deze samenvatting in je portfolio.
Stap 2: Stroom uit spinazie
Stroom uit spinazie
Al meer dan 40 jaar geleden ontdekten wetenschappers dat de fotosystemen ook nog werken als ze uit de spinazieplant worden gehaald. Ze zetten zonlicht om in elektrische energie, met een rendement van bijna 100%. Dat inspireerde onderzoeksteams over de hele wereld om uit te zoeken of deze fotosystemen gebruikt kunnen worden om efficiënte zonnecellen te maken.
De meeste planten hebben dezelfde fotosystemen als spinazie.
Deze zonnecellen zouden dus gemaakt kunnen worden van goedkope planten, in plaats van dure materialen zoals indium en platina.
Sinds de oorspronkelijke ontdekking is er langzaam maar zeker vooruitgang geboekt.
Er zijn manieren ontwikkeld om fotopigmenten uit bladeren te halen en om er siliciumcellen mee te maken die stroom leveren als ze worden belicht. Zowel het rendement als de levensduur van deze biohybride zonnecellen wordt steeds beter.
Spinazie
Wat zit er eigenlijk in spinazie?
Download het werkblad Chromatografie van spinazie en voer het experiment uit.
Zonnecel
De productie van zonnecellen op basis van silicium is vrij duur.
De onderzoeker Grätzel zocht naar een veel goedkopere manier.
Kijk hier naar zijn ontdekking:
Het principe van deze cel wordt hier uitgelegd.
Herhaal zo nodig uit de Kennisbank het volgende onderwerp:
Energie uit glucose
Wat doet een plant met de gevormde glucose? Zoals je al in module Suiker hebt geleerd kunnen er allerlei producten van worden gemaakt die de plant nodig heeft. Denk aan eiwitten, nucleïnezuren, vetzuren, fosfolipiden, enzovoort. Dat kost wel energie! Ook allerlei andere processen kosten energie.
Denk bijvoorbeeld aan de opname van zouten in de wortel.
Een deel van de glucose wordt gebruikt om de vastgelegde zonne-energie weer vrij te maken. Dat proces heet dissimilatie. De plant kan die energie gebruiken bij alle energievragende reacties in de cellen.
ATP
Je hebt het molecuul ATP al leren kennen.
Herhaal eventueel uit de Kennisbank het volgende onderdeel:
Optimale temperatuur
De optimale temperatuur voor de fotosynthese ligt tussen de 20 en 25°C. Vooral boven de 30°C neemt de fotosynthesesnelheid sterk af.
De temperatuur heeft ook een grote invloed op de dissimilatie.
Bij dagtemperaturen van 20 - 25°C en nachttemperaturen van 10 - 12°C wordt al 20 tot 25 % van de geproduceerde droge stof in de dissimilatie weer verbruikt. Bij hogere temperaturen liggen die waarden nog hoger.
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Opbouw en afbraak
Download het werkblad Opbouw en afbraak en voer de proeven uit.
Koolstofkringloop
Bekijk de video over de koolstofkringloop
Bespreek na of tijdens het kijken samen de volgende vragen:
Welk proces vermindert het CO2 gehalte van de atmosfeer?
Wat moet je doen om het CO2 gehalte van de atmosfeer constant te houden?
Beredeneer waarom het in dit verband gunstiger is biobrandstoffen te gebruiken dan fossiele brandstoffen.
Tip: bedenk wanneer de CO2 in fossiele brandstoffen is vastgelegd.
Stap 4: Dissimilatie zonder zuurstof
Dissimilatie zonder zuurstof
De meeste organismen hebben voor het vrijmaken van energie uit glucose zuurstof nodig.
Maar er zijn ook organismen die dat zonder zuurstof kunnen. Je kent ze vast wel wel.
Bekijk de video. Welk organisme wordt in de video gebruikt? Bespreek het met een klasgenoot.
Gisten
Werk in drietallen.
Bij de bereiding van voedsel wordt regelmatig gebruik gemaakt van het proces gisting.
Daarvoor worden bepaalde micro-organismen aan de voedingsmiddelen toegevoegd.
Bestudeer elk de bereiding van twee van de volgende producten:
Wijn, zuurkool, gistbrood, zuurdesembrood, yoghurt, kaas.
Zoek hiervoor informatie op internet.
Noteer:
de naam van de gebruikte micro-organismen en het eindproduct dat zij vormen.
het effect dat de gisting heeft op het eindproduct?
de omstandigheden waaronder het productieproces optimaal verloopt.
Wissel de gegevens uit en noteer overeenkomsten en verschillen.
Wist je dat je zelf heel eenvoudig yoghurt kunt maken?
Ga naar bioplek en probeer het uit!
Keuzeopdracht Biobrandstof
Werk nu in tweetallen.
Ieder voert een van de opdrachten A of B uit. Daarna wissel je samen de antwoorden uit.
Leg in eigen woorden uit wat de onderzoekers hebben gedaan.
Hoe heet deze techniek?
Azijnzuur en glycerol zijn bijproducten van de stofwisseling van het gist.
Bedenk waarvoor de gist deze bijproducten zou kunnen gebruiken.
De onderzoekers willen van de bijproducten af. Leg uit waarom.
Opdracht B
Bio-ethanol haarden zijn “hot”. Zoek uit hoe bio-ethanol gemaakt wordt.
Gebruik daarvoor dit filmpje.
Op welke manier hebben de wetenschappers hun kennis van het evolutie proces gebruikt om het proces te verbeteren?
Stap 5: Biomassa
Biomassa als brandstof, alternatieve energiebronnen
In deze laatste stap gaan we kijken naar de manier waarop mensen de biomassa die planten vastleggen niet alleen als voedsel, maar ook voor hun energievoorziening kunnen gebruiken.
In stap 4 ben je in het artikel Meer biobrandstof uit plantenafval de term ‘eerste generatie biobrandstoffen’ tegengekomen.
Er bestaan ook tweede en derde generatie biobrandstoffen.
Ronde 1
Alle leerlingen krijgen een nummer: 1, 2 of 3. De leerlingen met hetzelfde nummer gaan bij elkaar zitten. Binnen deze groep worden subgroepen van drie gevormd. Elke groep verdiept zich in een van de drie generaties.
Beschrijf in elk geval:
enkele voorbeelden uit deze generatie.
de technieken die gebruikt worden om de brandstof te winnen.
de voor- en nadelen van deze generatie.
Bronnen: Biogrondstoffen hoofdstuk 1 t/m blz 15 en hoofdstuk 5 t/m blz 62.
Gebruik voor verdere informatie de bronnen die genoemd worden bij ronde 2.
Ronde 2
De klas wordt verdeeld in drietallen, zodanig dat in elke groep elk nummer voorkomt.
Bespreek in de groep
waarom biobrandstoffen de voorkeur hebben boven fossiele brandstoffen;
welke voorwaarden er gesteld moeten worden aan de productie van deze brandstoffen;
welke generatie daar het meest aan voldoet.
Ieder doorzoekt als voorbereiding van de discussie één van de bronnen en wisselt gevonden informatie uit met de groep.
Let op: je kunt niet alles helemaal lezen. Bedenk dus eerst wat je zoekt.
Afronding
In de klas wordt een discussie gevoerd over de volgende stellingen.
Kies een vorm voor de discussie, bijvoorbeeld een open stoel discussie.
Voor de uitvoering daarvan lees je de onderstaande tekst.
Bij de ‘open stoel'-discussie wordt de groep (klas) gesplitst in een binnen- en een buitencirkel.
De discussie, die meestal over een van te voren ingeleid of bestudeerd onderwerp gaat, vindt plaats in de binnencirkel. De buitencirkel luistert naar de discussie in de binnencirkel, waarin één stoel onbezet is.
Leden uit de buitencirkel mogen daarop plaats nemen en eventjes aan de discussie meedoen, als zij vinden dat de discussie niet goed verloopt, of van mening zijn dat zij een andere belangrijke bijdrage kunnen leveren.
De gespreksdeelnemers uit de binnencirkel staat het vrij al dan niet in te gaan op de suggesties en ideeën van degenen, die gebruik maken van de open stoel'.
Leerlingen die te lang de ‘open stoel' bezet houden (de ‘zetelklevers'), moeten tijdig door de voorzitter naar de buitencirkel worden gedirigeerd.
Zon, wind en waterkracht zijn de oplossing voor het energieprobleem;
voor bio-energie is er geen plaats in een duurzame wereld.
Het probleem is niet het aanbod, maar de vraag.
Er moet geïnvesteerd worden in onderzoek naar energiebesparing in plaats van in onderzoek naar biobrandstof.
De ontwikkeling van biobrandstoffen is een goede zaak.
Onderzoekers zijn in staat steeds betere biobrandstoffen te ontwikkelen.
Daarvoor zijn ook technieken geoorloofd. waarbij organismen genetische worden veranderd.
Je wordt tijdens je deelname aan de discussie beoordeelt door je docent.
Je docent let bij de beoordeling van je deelname op de volgende punten:
De standpunten werden duidelijk en op een georganiseerde manier overgebracht.
Alle argumenten zijn onderbouwd met relevante feiten en voorbeelden.
Er worden alleen maar sterke en overtuigende argumenten gebruikt.
Er wordt tijdens het debat duidelijk en goed verstaanbaar gesproken.
D-toets
Toets
De opdracht sluit je af met het maken van de toets 'Energie'.
De toets bestaat uit verschillende soorten vragen.
Als je alle vragen beantwoord hebt, zie je je score.
Je krijgt van de vragen die je fout hebt, het goede antwoord te zien.
Klik op de knop om de toets te starten.
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Lees de leerdoelen van deze module nog eens door.
Kun je wat je moet kunnen?
Hoe ging het?
Tijd
Ben je ongeveer 7 SLU met deze module bezig geweest. Heb je alle stappen kunnen doorlopen?
Inhoud
Was jij al bezig met de energiebronnen van de toekomst? Waarom wel of waarom niet? Denk je daar na het maken van deze module anders over?
Eindopdracht
Hoe verliep de discussie die je had met je klas? Wat vond je van je eigen rol? Was je tevreden over de manier waarop je jouw mening hebt kunnen beargumenteren? Vind je het lastig om zo in de klas je mening te geven?
D-toets
Heb je de D-toets gedaan? Ging het goed? Heb je met de d-toets kunnen controleren of je de leerdoelen beheerst?
Het arrangement Module: Energiebronnen van de toekomst - h45 is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor havo leerjaar 4/5. Dit is thema ’Leven van de zon'. Het onderwerp van deze les is: energiebronnen van de toekomst.
Aan het eind van deze module kun je:
het fotosyntheseproces in cellen met bladgroenkorrels beschrijven;
de assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen;
dissimilatieprocessen beschrijven en hierbij onderscheid maken tussen anaerobe en aerobe dissimilatie;
assimilatie- en dissimilatieprocessen beschrijven met behulp van de reactievergelijkingen;
beschrijven hoe in de biotechnologie gebruikgemaakt wordt van het metabolisme van micro-organismen.
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor havo leerjaar 4/5. Dit is thema ’Leven van de zon'. Het onderwerp van deze les is: energiebronnen van de toekomst.
Aan het eind van deze module kun je:
het fotosyntheseproces in cellen met bladgroenkorrels beschrijven;
de assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen;
dissimilatieprocessen beschrijven en hierbij onderscheid maken tussen anaerobe en aerobe dissimilatie;
assimilatie- en dissimilatieprocessen beschrijven met behulp van de reactievergelijkingen;
beschrijven hoe in de biotechnologie gebruikgemaakt wordt van het metabolisme van micro-organismen.
Om energie op te wekken hebben we een energiebron nodig, zoals brandstof.
Licht en donker: een verschil van dag en nacht
Stroom uit spinazie
Spinazie
Energie uit glucose
Dissimilatie zonder zuurstof
Biomassa als brandstof, alternatieve energiebronnen
Kan ik wat ik moet kunnen?
