Module: Energiebronnen van de toekomst - v456

Module: Energiebronnen van de toekomst - v456

Energiebronnen van de toekomst

Intro

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.

Bekijk de video.  Welke vormen van groene energie komen voorbij? Bespreek de vormen en hun mogelijkheden voor de toekomst met een klasgenoot.

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. 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?
Maar het rendement is nog niet zo hoog, de opslag van de energie is gebrekkig, en de productie van de panelen is vervuilend en kost ook weer energie.

Planten leggen maar één procent van de invallende energie vast in biomassa.
Is het mogelijk planten te kweken met een hoger rendement, bijvoorbeeld doordat ze minder bijproducten maken waar wij niets aan hebben, of doordat ze een groter deel van het lichtspectrum kunnen benutten?
Of kunnen we kunstmatige bladeren maken als zonnepanelen?

Om deze vragen te kunnen beantwoorden gaan we eerst op molecuulniveau kijken naar de fotosynthese.
Daarna naar de bruto en netto-opbrengst van een plant.

Eindproduct
Deze module sluit je af met een toets over nieuwe energiebronnen.

Wat ga ik leren?

Leerdoelen
Aan het eind van deze module kan ik:

  • beschrijven dat cellen stoffen opnemen en afgeven, dat de stoffen in de cellen verwerkt worden in chemische reacties (opbouw en afbraak), gekatalyseerd door enzymen;
  • beschrijven dat er verschillende vormen van energie zijn: chemische energie (zoals in ATP), lichtenergie, kinetische energie, warmte, en beschrijven dat deze vormen in elkaar kunnen overgaan;
  • het fotosyntheseproces in cellen met chloroplasten beschrijven;
  • assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen;
  • dissimilatieprocessen beschrijven. Hierbij anaerobe en aerobe dissimilatie onderscheiden;
  • met behulp van reactievergelijkingen assimilatie- en dissimilatieprocessen (ook van de deelreacties daarvan) toelichten;
  • beschrijven waar en op welke wijze enzymen reacties, zoals assimilatie- en dissimilatieprocessen, katalyseren en hoe de temperatuur en pH deze beïnvloeden);
  • toelichten hoe in de biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het metabolisme van micro-organismen;
  • verschillen tussen fotosynthese en chemosynthese uitleggen en verklaren onder welke omstandigheden beide processen plaats kunnen vinden.

Deelconcepten
Autotroof, heterotroof, fotosynthese, C-assimilatie, chloroplast, licht- en donkerreactie, chemosynthese verbranding, aeroob, anaeroob, glycolyse, citroenzuurcyclus, oxidatieve fosforylering, gisting, alcohol, melkzuur, methaan, ADP en ATP, NAD, NADP, 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 ik hierover met een klasgenoot in gesprek.
Stap 2 Zonlicht kan, met behulp van een spinazieplant worden omgezet in energie. Hoe dat zit, leer ik hier.
Stap 3 Ik bestudeer het proces van dissimilatie en de koolstofkringloop.
Stap 4 Wat heeft bierbrouwen met dissimilatie te maken? Dat ontdek ik in deze stap.
Stap 5 Ik zoek uit hoe organismen aan de benodigde energie kunnen komen als er geen licht is.
Stap 6 Samen met mijn klasgenoten vorm ik een subgroep die een generatie biogrondstoffen bestudeerd.
Afronding
Onderdeel  
Kennisbank Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht Ik maak een d-toets om mijn kennis over deze module te testen.
Terugkijken Terugkijken op de opdracht.

 

Benodigdheden

Tijd
Voor deze module heb je ongeveer 8 SLU nodig.

Aan de slag

Stap 1: Fotosynthese

Wij hebben planten nodig om te ademen. Planten zelf hebben daar weer water, aarde en zonlicht voor nodig. Dat noemen we fotosynthese.

Bekijk de volgende video. Bespreek na het kijken met een klasgenoot waarom fotosynthese wordt gezien als de bron van al het leven op aarde.

Lees uit de Kennisbank:

Zonne-energie vastleggen


Maak een korte samenvatting van de eerste drie schermen. Bewaar deze samenvatting in je portfolio.

Stap 2: 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:

Vastleggen van koolstof en voortgezette assimilatie

Doe de oefening.

Kleurstof zonnecel
Overleg met je docent of je zelf een kleurstof zonnecel kunt maken, bijvoorbeeld in het kader van je profielwerkstuk.

Bronnen:

Stap 3: Energie uit glucose

Wat doet een plant met de gevormde glucose? Een plant kan allerlei producten maken die hij zelf 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.

Lees in de Kennisbank de volgende twee onderwerpen:

ATP

Oogsten van chemische energie

Stap 4: Gisting

De biomassa die door planten is opgebouwd, wordt ook weer afgebroken. Door de plant zelf, of door allerlei organismen die deze biomassa kunnen opnemen. De meeste organismen hebben voor het vrijmaken van energie uit glucose zuurstof nodig. Maar er zijn er ook die dat zonder zuurstof kunnen. Dat heet anaeroob.

Bestudeer de informatie in de Kennisbank.

Anaërobe dissimilatie: zonder zuurstof

Gisten zijn eencellige schimmels. Ze leven in suikerrijke milieus. Eencellige schimmels vergisten de suikers tot alcohol en koolstofdioxide, zowel met als zonder zuurstof. Ze vermenigvuldigen zich door knopvorming. Ook verschillende soorten bacteriën kunnen organische stoffen vergisten. Daarbij ontstaan stoffen zoals melkzuur en azijnzuur. Gisting wordt ook wel fermentatie genoemd.

Bekijk de volgende video. Wat van de informatie die je hierboven hebt gelezen zie je terug in de video? Bespreek het met een klasgenoot.

Stap 5: Als er geen licht is

Elk organisme heeft energie nodig om biomassa op te bouwen.
Beantwoord de volgende vragen:

Stap 6: Biomassa

Biomassa als brandstof, alternatieve energiebronnen
In deze laatste stap kijk je naar de manier waarop mensen de biomassa die planten vastleggen niet alleen als voedsel, maar ook voor hun energievoorziening kunnen gebruiken.

Je bent eerder de term ‘eerste generatie biobrandstoffen’ tegengekomen. Niet zo verwonderlijk dat er ook tweede en derde generatie biobrandstoffen bestaan.

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.

Bronnen:
Biobrandstoffen
Wat zijn biobrandstoffen
Opiniestuk energie gewassen
Biobrandstoffen: laat de algen met rust

Afsluiting

Samenvattend

Eindopdracht

De opdracht sluit je af met het maken van de toets 'Energiebronnen van de toekomst'.

Terugkijken

Kan ik wat ik moet kunnen?

  • Lees de leerdoelen van deze module nog eens door.
    Kun je wat je moet kunnen?

Hoe ging het?

  • Tijd
    Ben je ongeveer 8 SLU met deze module bezig geweest.
  • Inhoud
    Heb je alle stappen doorlopen?
    Welke stap heb je het meest van geleerd? Hoe komt dat?
  • Eindopdracht:
    Deze keer geen praktische opdracht maar een toets. Had je door het maken van deze module voldoende voorbereiding voor de toets? Heb je met de toets kunnen controleren of je alle leerdoelen beheerst?

  • Het arrangement Module: Energiebronnen van de toekomst - v456 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    2025-04-22 13:28:47
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding 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.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor vwo leerjaar 4/5/6. Dit is thema ’Energie om van te leven'. Het onderwerp van deze les is: energiebronnen van de toekomst. Aan het eind van deze module kun je: beschrijven dat cellen stoffen opnemen en afgeven, dat de stoffen in de cellen verwerkt worden in chemische reacties (opbouw en afbraak), gekatalyseerd door enzymen; beschrijven dat er verschillende vormen van energie zijn: chemische energie (zoals in ATP), lichtenergie, kinetische energie, warmte, en beschrijven dat deze vormen in elkaar kunnen overgaan; het fotosyntheseproces in cellen met chloroplasten beschrijven; assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen; dissimilatieprocessen beschrijven. Hierbij anaerobe en aerobe dissimilatie onderscheiden; met behulp van reactievergelijkingen assimilatie- en dissimilatieprocessen (ook van de deelreacties daarvan) toelichten; beschrijven waar en op welke wijze enzymen reacties, zoals assimilatie- en dissimilatieprocessen, katalyseren en hoe de temperatuur en pH deze beïnvloeden); toelichten hoe in de biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het metabolisme van micro-organismen; verschillen tussen fotosynthese en chemosynthese uitleggen en verklaren onder welke omstandigheden beide processen plaats kunnen vinden.
    Leerniveau
    VWO 6; VWO 4; VWO 5;
    Leerinhoud en doelen
    Dynamisch evenwicht; Biologie; Zelforganisatie van ecosystemen, dynamiek en evenwicht; Ecosysteem;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    8 uur 0 minuten
    Trefwoorden
    arrangeerbaar, biologie, biotechnologie, chemosynthese, fotosynthese, metabolisme, micro-organismen, ph, stercollectie, vwo4/5/6

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    VO-content Biologie. (2021).

    Module: Energiebronnen van de toekomst - h45

    https://maken.wikiwijs.nl/63266/Module__Energiebronnen_van_de_toekomst___h45

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Energiebronnen van de toekomst

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van