11.1 Fossiele brandstoffen

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

11.1 Fossiele brandstoffen

Leerdoelen

Aan het einde van de les kun je:

• de drie belangrijkste toepassingen van fossiele brandstoffen beschrijven.
  
• uitleggen hoe een ‘gewone’ energiecentrale elektrische energie produceert.
  
• berekeningen uitvoeren met (elektrische) energie, vermogen en tijd.
  
• uitleggen hoe een kerncentrale kernenergie omzet in elektrische energie.
  
• toelichten wat wordt bedoeld met de afvalwarmte van een energiecentrale.
  
• uitleggen wat thermische verontreiniging is en hoe je die kunt voorkomen.
  
• milieuproblemen beschrijven die horen bij het gebruik van fossiele brandstoffen.

Fossiele brandstoffen vind je in de aarde:

3 verschillende soorten

- aardolie

- steenkool

- aardgas

Gebruik fossiele brandstoffen

De drie belangrijkste toepassingen van fossiele brandstoffen zijn:

 

• Verwarming van gebouwen
  

• Wegvervoer en vliegverkeer
  

• Opwekking van elektriciteit
  

Hoe produceert gewone electriciteitscentrale energie?

Steenkool

Conventionele energiecentrale

Fossiele brandstoffen

Bewegingsenergie

Chemische energie

Warmte

Bewegingsenergie

Rekenen met energie

Energie berekenen

E = P x t

Energie

in Joule

Vermogen

in Watt

tijd

in seconden

Berekeningen met (elektrische) energie, vermogen en tijd.

grootheid                      Energie                  E

eenheid                          Joule                      J

1 Joule is de energie die je nodig hebt om een massa van 100 gram over een afstand van 1 meter omhoog te tillen.

Voorvoegsels bij eenheden

 1 kiloJoule       =      1 kJ       = 1000 J                                   = 1 x 10³ J

1 MegaJoule    =      1 MJ      = 1000 000 J                         = 1 x 10⁶ J

1 GigaJoule       =      1 GJ      = 1000 000 000 J                = 1 x 10⁹ J

1 TeraJoule        =      1 TJ       = 1000 000 000 000 J      = 1 x 10¹² J

Je kunt uitleggen hoe een kerncentrale kernenergie omzet in elektrische energie.

Kerncentrale

• Uranium wordt gespleten in een reactorvat door het te beschieten met neutronen.
• Door de kettingreactie komt veel warmte vrij.
• Water wordt verwarmd tot stoom.
• De stoom drijft een turbine aan.
• De turbine laat een generator draaien die elektriciteit maakt.

Milieuproblemen die horen bij het gebruik van fossiele brandstoffen.

Bij een kolen- of gascentrale:

koolstofdioxide -> versterkt broeikaseffect 

zwaveldioxie en stikstofdioxide -> zure regen en smog

Bij een kerncentrale:
kernafval -> blijft miljoenen jaren straling uitzenden

Natuurlijk en versterkt broeikaseffect

Wat wordt bedoeld met de afvalwarmte van een energiecentrale?

Bij een kolen- of gascentrale:

koolstofdioxide -> versterkt broeikaseffect

zwaveldioxie en stikstofdioxide -> zure regen en smog

Bij een kerncentrale:
kernafval -> blijft miljoenen jaren straling uitzenden

WARMTE

Energietransitie

De overheid heeft besloten om het gebruik van fossiele brandstoffen sterk terug te dringen. 

Rond 2050 mag er in Nederland bijna geen ‘fossiele energie’ meer worden gebruikt. 

Daarvoor zal het aandeel van andere energiebronnen, zoals zon en wind, de komende dertig jaar sterk moeten stijgen. 

Dit wordt de energietransitie genoemd.

Kernramp Tsjernobyl

Voordelen fossiele brandstoffen

• eenvoudig en  goedkoop in gebruik, opslag en transport
• ook als grondstof in de chemische industrie
• Een elektrische centrale die gebruik maakt van fossiele brandstoffen kan bijna overal worden gebouwd.
  
• De calorische waarde van (energie in) fossiele brandstoffen is relatief hoog.
  
• betrouwbare bron van energie. Duurzame energiebronnen zijn vaak afhankelijk van weer, klimaat en geografische ligging.

Nadelen Fossiele energie

• broeikasgassen die bijdragen aan opwarming van de aarde, versterkte broeikaseffect
• schadelijke stoffen die milieu aantasten.
  
• schaars: op een gegeven moment raken ze op.
  
• aardbevingen- en schokken in Groningen of olievlekken in de oceaan.
  

Veel landen moeten fossiele brandstoffen importeren uit het buitenland. Sommige landen gebruiken de ‘afhankelijkheid’ van andere landen als pressiemiddel in een politieke dialoog. Dit kan resulteren in conflicten.

Milieuschade en klimaatverandering

1. Stikstofdioxiden (NOx) 
2. Zwavelgas
3. Koolmonoxide (CO)
4. Fijnstof
5. Broeikasgassen, zoals koolstofdioxide (CO2) en methaan (CH4).

Afvalwarmte

• Het is niet mogelijk om alle chemische energie om te zetten in elektrische energie. 
• De warmte die overblijft noem je afvalwarmte.

Wat is thermische verontreiniging en hoe je die kunt voorkomen?

kolen

of

gas

energie-

centrale

voorkomen van thermische verontreiniging

Thermische verontreiniging

Thermische verontreiniging:

Vervuiling met warmte, doordat heet koelwater van bijvoorbeeld een energiecentrale rechtstreeks op een rivier wordt geloosd.

Gevolg: vissen en andere waterdieren krijgen zuurstofgebrek. 

Het broeikas-effect

Broeikas-effect:

Het tegenhouden van warmtestraling door broeikasgassen.

Versterkt broeikas-effect:

De laag broeikasgassen wordt dikker, waardoor er meer warmte blijft hangen op aarde. 

Energietransitie 

Overgang van een niet duurzame energiebron, naar een duurzame energiebron wordt een energietransitie genoemd.

Zure regen en smog

Bij de verbranding van steenkool ontstaan de volgende verbrandingsgassen (uitlaatgassen):

• Zwaveldioxide
• Stikstofoxiden

Deze uitlaatgassen reageren met water tot 'zure regen'.

Smog: een geelbruine nevel die ’s zomers boven veel 

grote steden hangt. De stoffen in smog irriteren en 

beschadigen je slijmvliezen, ogen en luchtwegen. 

Leerdoelen

Aan het einde van de les kun je:

• de drie belangrijkste toepassingen van fossiele brandstoffen beschrijven.
  
• uitleggen hoe een ‘gewone’ energiecentrale elektrische energie produceert.
  
• berekeningen uitvoeren met (elektrische) energie, vermogen en tijd.
  
• uitleggen hoe een kerncentrale kernenergie omzet in elektrische energie.
  
• toelichten wat wordt bedoeld met de afvalwarmte van een energiecentrale.
  
• uitleggen wat thermische verontreiniging is en hoe je die kunt voorkomen.
  
• milieuproblemen beschrijven die horen bij het gebruik van fossiele brandstoffen.