9.4 duurzame ontwikkeling

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

9.4 duurzame ontwikkeling

Deze les:

- 9.4 dl 1: leerdoelen 9 en 10 Duurzaamheid en energietransitie (biobrandstof)

- 9.4 dl2: leerdoelen 11 en 12 Verduurzamen voedselsystemen

- Uit het examen

- Opdrachten 9.4

Leerdoelen 9.4

9. Je beschrijft duurzame ontwikkeling

10. Je beschrijft de rol van biobrandstoffen in de energietransitie. 

11. Je beschrijft hoe we onze voedselsystemen kunnen verduurzamen. 

12. Je legt maatregelen uit die bijdragen aan duurzaam gebruik van grondstoffen. 

Wat is duurzaamheid?

 In een duurzame wereld zijn mens, milieu en economie met elkaar in evenwicht, zodat we de aarde niet uitputten.

Energietransitie:
Welke duurzame (hernieuwbare)
energiebronnen kennen we?

Biobrandstoffen

• Eerste generatie: Voedsel (koolzaad, suikerbieten, mais, suikerriet) wordt gebruikt voor biobrandstof
• geproduceerd door fermentatie en transesterificatie
• Bio-ethanol (geproduceerd uit suikerriet of maïs).
• Biodiesel (geproduceerd uit plantaardige oliën zoals sojaolie of raapzaadolie).

Voordelen/Nadelen 

Voordelen:

Technologie is goed ontwikkeld en breed beschikbaar.

Kan direct worden gebruikt in bestaande verbrandingsmotoren.

Nadelen:

Concurreert met voedselproductie, wat kan leiden tot hogere voedselprijzen.

Beperkte duurzaamheid vanwege intensieve landbouwpraktijken.

2de generatie

Grondstoffen: Niet-eetbare delen van planten zoals stengels, bladeren, en houtachtige biomassa.

Afvalmateriaal zoals landbouw- en bosbouwresiduen.

Technologie: Geavanceerdere technieken zoals thermochemische omzetting (pyrolyse, vergassing) en biochemische conversie (enzymatische hydrolyse).

Voorbeelden: Cellulose-ethanol (geproduceerd uit houtachtige biomassa).

Fischer-Tropsch diesel (geproduceerd uit vergassing van biomassa).

Voordelen/Nadelen

Voordelen:

Maakt gebruik van restmateriaal en niet-eetbare biomassa, wat de concurrentie met voedselproductie vermindert. Kan potentieel lagere uitstoot van broeikasgassen hebben.

Nadelen:

Technologieën zijn vaak complexer en duurder dan die van de eerste generatie. Infrastructuur voor productie is minder ontwikkeld.

3de generatie biobrandstof

Grondstoffen: Algen en andere micro-organismen die in staat zijn om lipiden of andere energierijke verbindingen te produceren.

Technologie: Productie van biobrandstoffen door middel van biotechnologische technieken zoals genetische modificatie en aquacultuur.

Voorbeelden: Algenbiobrandstoffen (zoals algen-olie die kan worden omgezet in biodiesel).

Voordelen/ Nadelen

Voordelen:

Zeer hoge opbrengst per hectare in vergelijking met traditionele gewassen.

Kan groeien in gebieden die niet geschikt zijn voor traditionele landbouw (zoals woestijnen en zoutwater).

Nadelen:

Technologie is nog in ontwikkeling en commercieel niet wijdverbreid.

Huidige productiekosten zijn hoog.

Biodiesel wordt geproduceerd uit oliehoudend afval of frituurvet.
Biodiesel hoort dus bij de:

1. 1e generatie
2. 2e generatie
3. 3e generatie

Licht toe dat het verbranden van biomassa een CO2-neutrale manier van energieopwekking kan zijn.

Olifantsgras

• Olifantsgras is zeer geschikt als biobrandstof
• Olifantsgras wordt niet gegeten
• Tweede generatie biobrandstof

Je kan olifantsgras niet direct in de gasleiding stoppen. Het moet eerst anaeroob omgezet worden in:

1. CO
2. CO2
3. CH4
4. een mengsel van koolwaterstoffen

Leerdoelen 9.4

9. Je beschrijft duurzame ontwikkeling

10. Je beschrijft de rol van biobrandstoffen in de energietransitie. 

11. Je beschrijft hoe we onze voedselsystemen kunnen verduurzamen. 

12. Je legt maatregelen uit die bijdragen aan duurzaam gebruik van grondstoffen. 

Biologische landbouw

= Geen chemische bestrijdingsmiddelen en geen kunstmest, maar groenbemesting en dierlijke mest 

Een andere duurzame landbouwmethode is kringlooplandbouw (bron 18) = gesloten kringloop

Uit het examen: 

Afbraak door schimmels

Bruinrotschimmels kunnen cellulose, dat in de celwand van alle plantencellen zit, afbreken. Aan het eind van het carboon hadden de verwante witrotschimmels ook nog enzymen die de houtstof lignine in de celwand van bomen konden afbreken.

Bio-ethanol uit houtige gewassen wordt momenteel gedeeltelijk chemisch gemaakt. Onder hoge druk en bij hoge temperatuur breekt in de eerste stap cellulose af tot suiker. De tweede stap is een biologisch proces, waarbij gistcellen suikers afbreken tot ethanol.

De inzet van enzymen van witrotschimmels in de eerste stap zou energie kunnen besparen.

(1p) Leg uit dat de inzet van deze enzymen energie kan besparen.

Antwoord

Het antwoord dient de notie te bevatten dat er bij die stap bij gebruik van enzymen veel minder warmte ( is energie) nodig is.

(Enzymen verlagen de activeringsenergie van een reactie)

Uit het examen: Biogas

In een biogasinstallatie kunnen onderzoekers het product dat vrijkomt bij de afbraak van organische stoffen als mest, afvalstoffen of energiegewassen opvangen en het met behulp van micro-organismen anaeroob vergisten tot biogas. 

Biogas bestaat uit een mengsel van voornamelijk methaan (ongeveer 60%) en CO2 (ongeveer 40%). 25% van de totale energieproductie is nodig voor de verwarming van de biogasinstallatie.

Biogas is een brandstof die geschikt is voor verbranding in vrijwel alle verbrandings-installaties waarin men ook aardgas kan verbranden.

(2p) Noteer een voordeel en een nadeel van het gebruik van een energiegewas in plaats van mest als bron van een te vergisten organische stof.

Antwoord

voordeel: Hoger gehalte aan koolhydraten, dus meer energie. → 1p

nadeel: Energiegewassen zijn geteeld voor de energieproductie (1e generatie), hiervoor in de plaats is ook voedsel te telen / mest is een afvalstof en energiegewassen niet. → 1p

Uit het examen: Energietransitie

Biomassa, te maken uit resten van planten en dieren, is bron van discussie.

(2p) - Noteer een argument om biomassa een duurzame energiebron te noemen.

- Noteer een nadeel van het gebruik van biomassa uit bomen en planten uit de natuur.

Antwoord

voorbeelden van juiste antwoorden:

- Biomassa is geen fossiele brandstof (dus geen netto toename CO2 in snelle kringloop). → 1p

- Als bijvoorbeeld bomen worden gekapt, vermindert daardoor de fotosynthese (sink). → 1p

Uit het examen: Algen voor biobrandstof

Het Deens onderzoekscentrum in Lolland kweekt algen om daaruit biobrandstof te vormen. Het plan is om ook CO2 aan de atmosfeer te onttrekken en afvalstoffen uit rioolwater.

(1p) Leg uit hoe algen CO2 aan de atmosfeer kunnen onttrekken.

Antwoord

De algen nemen CO2 op voor de fotosynthese.

Aan de slag!

- Afronden opdrachten t/m 9.4 leerdoel 12

Klaar? Maken examentraining H9

Maandag --> practicum meting week 1