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 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.
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 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
Je zoekt uit hoe organismen aan de benodigde energie kunnen komen als er geen licht is.
Stap 6
Samen met je klasgenoten vorm je een subgroep die een generatie biogrondstoffen bestudeerd.
Afronding
Onderdeel
Kennisbank
Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht
Je maakt een d-toets om je kennis over deze module te testen.
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:
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:
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.
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: Biogrondstoffenhoofdstuk 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.
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 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.
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.
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;
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.
Om energie op te wekken hebben we een energiebron nodig, zoals brandstof.
Benodigdheden
Wij hebben planten nodig om te ademen. Planten zelf hebben daar weer water, aarde en zonlicht voor nodig. Dat noemen we fotosynthese.
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.
Spinazie
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.
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.
Biomassa als brandstof, alternatieve energiebronnen
Kan ik wat ik moet kunnen?
