Fussion

Intro:

fusion betyder sammensmeltning.

Inde for fysikken betyder fusion sammensmeltning af flere mindre atomkerner til større atomkerner samt biprodukter som for eksempel Neutroner.

Fusion bruges meget til hverdag, vi bruger det ikke personligt da det at skabe det kunstigt og kontrolleret, stadig kun er på et eksperimentalt stadie. Fusion ligger bland andet til grunde for solens energiudstråling.

Udover at fusions processen ligger til grunde for solens eksistens og derved ligger til grunde for alt liv på jorden, har fusion også en anvendelighed her på jorden.
Vi har meget få ting vi kan bruge fusion til, de bruges militært i en brintbombe. Det er muligt at bruge fusion i en bombe fordi det ikke behøver at være særlig kontrolleret, hvorimod hvis vi skal bruge det civilt bliver vi nød til at lave kontrolleret fusion, Hvilket stadig kun er i eksperimental fasen.
Solen:

Processen for fussion findes i stjerner også vores sol som jo er en stjerne, processen begynder allerede når stjernerne ikke er andet end en stor brint sky. Først går et brint atom sammen med et andet brint atom hvorved de bliver til helium, når der stjernen er løbet tør for Brintatomer, begynder en ny fusions process, her lægger tre heliumatomer sig sammen til et kulstofatom.

Hvis en stjerne er stor nok kan den fortsætte sin fusions processer indtil den bliver til jern, hvorefter fusions processen ophører. Når stjerner er mere end halvanden gang så tunge som Solen, kan atomerne i kernen ikke klare presset. Elektronerne bliver presset ind protonerne og bliver til neutroner. Når dette sker, bliver de yderste dele af stjernen blæst væk. Den er nu en neutronstjerne Hvis stjerner bliver endnu større, bliver de til sorte huller.

Udover at fusionsprocesser altså ligger til grund for Solens energiomsætning og således er forudsætning for alt liv på Jorden, har teknologi der baserer sig på fusion, såvel civile som militære anvendelser.

Brintbomber udgør forlængst en etableret del af stormmagternes våbenarsenal. En brintbombe skal detoneres af en fusionsbaseret bombe, men overgår så til gengæld denne i sprængkraft med en faktor 1.000

Fusionskraft dvs. el-produktion som bygger på kontrolleret fusion, er endnu i udviklingsfasen. Lykkes det at overvinde de praktiske vanskeligheder, haves en næsten uudtømmelig energikilde, idet brændslet udgøres af deuterium som kan udvindes af vand, og tritium som kan fremstilles af litium beskydning med neutroner. Det væsentligste problem er at opbevare et plasma bestående af deuteriumkerner og tritiumkerner ved en temperatur som er passende høj til at fusionsreaktionen kan forløbe med nettoenergigevinst.

En væsentlig energi barriere af elektrostatiske kræfter skal overvindes, før fusion kan forekomme. På store afstande to nøgne kerner frastøder hinanden på grund af den frastødende elektrostatiske kraft mellem deres positivt ladede protoner. Hvis to kerner kan bringes tæt nok, men tilsammen kan de elektrostatiske frastødning løses ved den attraktive kernekraft, som er stærkere på tæt afstand.

Når en nukleon som en proton eller neutron føjes til en kerne,de nukleare kraft tiltrækker det til andre nukleoner, men først og fremmest til sine umiddelbare naboer på grund af den korte rækkevidde af kraft. Den nukleoner i det indre af en kerne har flere tilstødendenukleoner end på overfladen. Da mindre kerner har en større overflade-til-volumenforhold, de bindende energi pr. nukleon grund en nuklear kraft generelt stiger med størrelsen af kernen, men nærmer sig en grænseværdi, der svarer til den, en kernemeden diameter på omkring fire nukleoner.

Fusioner:

En af fusions processerne er når fire hydrogen kerner smelter sammen til en heliumkerne, som det ses i formlen her under.

hvor e+ og ν betegner hhv. en positron og en neutrino og hvor Ɛ er den frisatte energi, som i dette tilfælde er 26,7 megaelektronvolt.

Man er yderst interesseret i at få fusions energi, fordi hvis man kan overkomme de praktiske vanskeligheder er det en næsten uudtømmelig energikilde, da brændslet består af deuterium (som let kan udvindes af vand) og af tritium (som kan fremstilles af litium ved at beskyde det med neutroner).

Deuterium og tritium fusionen

Det største problem der er ved fusions eneregi er dog at kunne opbevare plasma bestående af tritiumkerner og deuteriumkerner under en temperatur der er høj nok til at man kan udvinde noget brugbart fra det.

De vigtigste fusion processer i naturen er det som holder stjernerne i gang, den sammensmeltningen af fire protoner til en alpha partikel, med udgivelsen af to positroner, to neutrinoer (som ændrer to protoner til neutroner), og energi, men flere individuellereaktioner er involveret, afhængigt af massen af stjernen.

For stjerner som har samme størrelse som solen eller mindre, proton-protonkæden dominerer. I tungere stjerner er CNO cyklus der bliver brugt. Begge processer er ansvarlig for skabelsen af nye elementer som en del af stjernernes nukleosyntese

CNO Cyklus Proton-Proton kæden

Vandenergi

Vand energis former:

  

 Vandkraft udgør ikke en stor del af Danmarks samlede energiproduktion. Men vandkraft er den vedvarende energikilde, der udnyttes i størst grad i hele verden.

Vandkraft er en af de energityper, som mennesket har udnyttet i længst tid. I gamle dage benyttede de vandkraft til at drive møllesten, der malede korn til mel. Senere blev det brugt til vanddrevne maskiner i den voksende industri i 1500-tallet. Her fik vægten af strømmende vand f.eks. i en flod et vandhjul til at dreje rundt, og herved bruger man vandets kinetiske energi (bevægelsesenergi) til drift af maskinen. Vandkraft blev især brugt til at drive savværker, mineindustri og tekstilindustri.

Det første egentlig vandkraftværk blev bygget i 1879 ved Niagara Falls i USA, og da vandkraft var på sit højeste i starten af 1940’erne dækkede det ca. 33 % af USA´s samlede energiforbrug. Efterfølgende blev vandkraft især udkonkurreret af de billige kraftværker drevet af fossile brændstoffer. På et vandkraftværk bliver der produceret elektrisk energi ved hjælp af rindende vand. På Island og Grønland og i Canada, er de rigtig gode til at udnytte vandkraften, og de bruger alle gode muligheder for at alt ved kratværket bliver udnyttet. I USA har man beregnet en kilowatt time produceret på vandkraft koster ca. 5 øre, mens prisen er henholdsvis ca. 20 øre og 10 øre for en kilowatt time produceret ved kulkraft eller atomkraft.

Et typisk vandkraftværk består af tre elementære dele: Et vandreservoir (kunstig eller naturlig sø), en dæmning til kontrol af vandmasserne og et kraftværk, der producerer den strøm, vi har brug for. For at producere strøm, åbnes luger i dæmningen, så at vandet fra reservoiret kan strømme ind i de store rør, der fører hen til turbinerne. Turbinerne drives af det strømmende vand og er forbundet til generatorer, der producerer elektricitet. Herfra kan elektriciteten så transporteres via el-nettet til de enkelte husstande.

På et vandkraftværk, produceres der elektricitet ved hjælp af rindende vand. Energien bliver produceret ved, at vandet bliver ført ind i nogle store kedler, her bliver det opvarmet indtil de begynder at koge og bliver til damp. Der bliver skabt et tryk i kedlerne, og dette gør at en turbine begynder at dreje rundt. Den starter derefter så en generator, som laver strøm. Når dampen har skabt strøm, bliver den kølet af, så den endnu en gang kan lave strøm. Det forurener at lave strøm på et kraftværk.
Et vandkraftværk i bjergene får vandet fra havvand som er fordampet, og derefter faldet som nedbør. Nogle kraftværker har også et reservoir, hvor de kan gemme nedbøren. Hvis der så kommer en tørke periode, hvor der ikke falder noget nedbør, kan de bruge de vand som de har gemt i reservoirerne, og derved stadig producere energi. Dette bruges dog kun hvis der er meget stor efterspørgsel på strøm, fordi det også koster strøm at holde det i disse reservoirer. 

Et pumpekraftværk kan i perioder drive elektromotorer, som pumper vandet tilbage i reservoirerne. Så det hele tiden bliver sikre at vandsen er høj nok, når der skal produceres meget energi.   

Der er to forskellige slags vandkraftværker, nemlig magasinkrafværker og el kraftværker. Magasinkraftværkerne er nogle som kan holde mere vand i perioder hvor der er ikke bliver produceret så meget el, og så bruge det i perioder, hvor der skal produceres mere el end der er vand til. Normalt bliver det tømt ud i efteråret og vinter, og bliver derefter fyldt op igen om sommeren, fordi der bliver brugt mest el om vinteren, fordi folk skal have varmet deres huse op. Derfor fører det til de højeste priser om vinteren, fordi der er stor efterspørgsel om vinteren, og de laveste priser på el om sommeren, da der ikke er ret meget efterspørgsel. Magasinkraftværker lægger i øvrigt for det meste i bjergene, hvor man kan producere strøm ved hjælp af små vandmængder med stor faldhøjde.
På el kraftværker kendetegnes ofte ved at der er en stor vandmængde med en lille faldhøjde. Denne slags el kraftværker er afhængig af vandtilføringen fra elven, som man jo ikke kan regulere, og derfor bruges vandet bare når det kommer. Energiproduktionen er derfor øget i de perioder hvor der er meget snesmeltning og nedbør, og er ikke særlig stor i de perioder der ikke falder så meget regn, og solen skinner.
El kraftværker ligger som regel i lavlandet, på grund af deres store vandmængde med lille faldhøjde.
 

Miljø og Vandkraftværker

Ifølge en ny undersøgelse er vandkraft ikke godt for klimaet. Vandreservoirerne udleder en relativ stor mængde drivhusgasser – i nogle tilfælde mere end et ordinært olie- og kulfyret kraftværk. Alle tror, at vandkraft er meget rent, men det er ikke tilfældet. 

Selvom man fuldstændigt undgår udledning af CO₂, når man producerer strøm ved hjælp af vandkraft, er der alligevel flere miljømæssige problemer ved denne måde at bruge vandkraft på.

Ved at opdæmme floder, kan man forårsage store forstyrrelser i det lokale økosystem, især med hensyn til flodernes dyreliv. For eksempel kan opdæmninger gå ud over fisk, som f.eks. laks og ørred, der normalt vandrer lange strækninger mod strømmen for at lægge æg ved flodens udspring. Hvis fiskebestandene daler, vil der så at sige mangle en brik i form af rovdyr i flodens økosystem, og dette problem kan føre til ubalance i naturen. Man forsøger at minimere generne ved såkaldte ”stiger”, hvor fiskene kan vandre udenom dæmningerne. Desuden kan vådområder oversvømmes og habitater for en lang række organismer forsvinde.  De oversvømmede planter opbygger lagre af metangas, når de går i forrådnelse og gassen udledes, når vandet efterfølgende løber gennem turbinerne. Derigennem sættes produktionen af drivhusgasser i gang. Metan er mere end 20 gange så kraftigt som CO2. 

Vandkraft spiller en noget større rolle i Danmark, end man umiddelbart skulle tro, idet vi køber strøm produceret ved vandkraft fra vores naboer, Sverige og Norge. Især om foråret, hvor smeltevand fylder floderne er deres vandkraft billigt, hvilket vi kan nyde godt af herhjemme

Selvom at vi I Danmark har hverken bjerge eller store brusende floder, har vi alligevel et vandkraftværk, der bidrager med ca. 0,1 % af vores samlede energiforbrug. Gudenåcentralen eller Tangeværket blev bygget helt tilbage i 1921, og ligger ved Bjerringbro i Jylland. Ved at opdæmme Gudenåen er det lykkes at skabe Danmarks største kunstige sø, hvor man formår at producere 14.054.938 kWh om året. Herved forsyner man 3.000 husstande med ren strøm uden udslip af kuldioxid hvert år, hvilket sparer naturen for 5.790 tons CO₂ hvert år.

Solceller

Hvad er solceller?

En solcelle omsætter lys til elektrisk energi. Det gør de ved hjælp af den fotoelektriske effekt, som er når sollyset rammer en overflade, løsriver der sig elektroner fra overfladen, som danner elektricitet. Fotonerne fra sollyset giver elektronerne øget energi, og derfor løsriver elektronerne sig fra overfladen, der bliver belyst med fotoner, og danner elektricitet. Derefter fanger man de negativt ladede elektroner, ved at have en positivt ladet plade, der opfanger elektronerne, og derved opstår et elektrisk kredsløb – ved hjælp af solceller. Så hvis man forbinder pladen der opfanger sollyset, med pladen der opfanger elektronerne og derefter forbinder den plade til f.eks. en elektrisk ledning, kan man danne strøm ved hjælp af solceller, derved har man en elektrisk strøm.

De fleste solceller er fremstillet af Silicium. Solceller er halvledere, eftersom de er fremstillet af Silicium. Til forskel fra ledere som eksempelvis metaller, kan halvledere kun føre strømmen en vej.

Nogle solceller kan omdanne omkring 40%, af den energi de får fra solen til elektricitet, hvorimod andre kun omdanner omkring 10 – 21%.   

Der findes tre forskellige solceller:

Amorfe celler:

Amorfe vil sige, at noget ikke er lavet af krystaller, og at stoffets atomer er placeret tilfældig i forhold til hinanden. Disse celler er lavet af en form for film. I lommeregnere, som er drevet af solenergi, er det Amorfe celler der bliver benyttet. De kan ikke danne så meget strøm, og kan derfor ikke række til meget mere end lommeregnere. De er ikke dyre at fremstille og de danner ikke særlig meget elektricitet.

Monokrystallinske celler:

Mono betyder en enkelt, hvilket vil sige at disse solceller er fremstillet af en Siliciumkrystal. Disse solceller danner meget elektricitet, eftersom at cellerne sidder tæt på hinanden på selve solcelle panelet, på den måde kan de optage mere sollys. Disse solceller er dyre at fremstille, og derfor ikke så anvendt endnu.    

Polykrystallinske celler:

Poly betyder flere, så disse solceller er dannet af flere Siliciumkrystaller. Disse krystaller sidder sammen, og danner derved solcellen.

Hvad gør solceller miljø rigtige?

Vores teknologiske industrielle samfund har et stort behov for el-energi.

I en ganske almindelig dansk husholdning er der flere og flere apparater, der bruger el-energi.

I dag er den primære kilde til elektricitet fossile brandstoffer som kul, olie og naturgas. Når energien fra fossile brandstoffer bliver omdannet til el-energi, er et biprodukt af denne proces CO₂. CO₂ er et af de stoffer, der skaber drivhuseffekten og derved også global opvarmning.

Da kul, olie og naturgas kun er en lagerressource, som ind til videre, kun er til i et begrænset omfang, skal det teknologiske samfund finde løsninger til at dække vores energibehov.

Solen er en energikilde, der er vedvarende og derved en potentiel kilde til at løse vores energiproblem.

Allerede nu omdanner vi solens energi til el-energi ved fx vindenergi, hvor solen opvarmer luften, som bliver til vinde, og ved vandenergi, som kan ses ved vandets kredsløb.

En tredje mulighed for at omdanne solenergi til el-energi er solceller.

Solceller er lavet af to tynde silicium skiver, og når de belyses strømmer der elektroner fra den ene skive og over på den anden, og derfor dannes der en spændingsforskel, så solcellerne fungere som et batteri.

Fordelen ved brug af solceller er, at de ikke forurener vores miljø, da der ikke er nogen biprodukter ved denne proces, men samtidig er det kun en begrænset mængde af solenergien, der bliver omdannet til el-energi. Produktionen af solceller er meget dyr i forhold til solcellernes effektivitet.

Da vi skal bruge miljø rigtig energi til vores samfund, skal der findes alternative løsninger på dette problem. Solceller er et godt alternativ, men da de ikke er effektive nok i forhold til prisen, er vi nødt til at tildele ressourcer til videreudviklingen af solcellerne, så pris og effektivitet kommer til at hænge sammen.

Solceller i hverdagen:

I Danmark  skinner solen omkring 1.800 timer hvert år. Ud af det kommer en masse solstråler fulde af energi. Solen har været der i flere milliarder år før mennesket, den har fået træer, blomster og grønsager til at gro og den får søernes og havets vand til at fordampe, så vi får regn og sne. Men alligevel er det først indenfor de seneste år vi er begyndt at kunne udnytte dens stråler i tekniske apparater.

Ved at bruge solfanger får vi også energi uden at røre en finger. Solen er  for eksempel med til at varme dit hus op, når den skinner ind af vinduerne. Dette kalder man passiv solvarme. Solenergi er en ren energi, men også en meget ustabil energi, da der tit går en sky ind foran solen i Danmark og fordi solen  heller ikke skinner om natten. Dette er et problem da man endnu ikke har fundet ud af hvordan man kan gemme på solenergi på en effektiv måde.

Solvarme kan kombineres med alle andre varmekilder og det er en miljørigtig og økonomisk måde at producere sit eget varme vand på- ved installering af solvarme og kan man ofte spare helt op til 60-70% på udgifterne til produktion af varmt brugsvand.

Man kan godt gemme solenergi i et batteri, men det er stadig rigtig dyrt. Så man kan indtil videre ikke kun nøjes med at bruge solenergi. Vi er afhængig af andre energiformer, når solen ikke længere skinner på himlen. Men det vil sandsynligvis være muligt i fremtiden at man kan bruge solcellerne til at spalte vand i brint og ilt. Briten vil nemlig kunne lagres, så på den måde kan solens energi omsættes til noget vi kan gemme. Men både solfangere og solceller er ret enkle konstruktioner, derfor er de også holdbare og lette at vedligeholde.

Ud fra dette kan vi konkludere at man i fremtiden vil bruge solenergi meget mere, så snart man har fundet en effektiv måde at gemme solenergien på, da dette er en langt mere miljørigtig måde at producere energi på. 

Henriette, Olivia & Frederikke

Brændselsceller

Baggrund:

Brændselsceller er ikke et nyt koncept. Den engelske jurist og fysiker William Grove lavede i 1839 eksperimenter med elektrolyse og snublede i den forbindelse over den modsatte effekt. Under elektrolyse blev der dannet ilt og brint på to elektroder i vandet. Derefter tilsluttede Grove et amperemeter i stedet for strømkilden og opdagede, at der løb en strøm i modsat retning. Rekombinationen af brint og ilt på elektroderne gav strøm.

Efter Grove’s fantastiske opdagelse skrev han et brev til Michael Faraday i 1842, hvori han skriver: “I cannot but regard the experiment as an important one.”

Men der skulle dog gå mere end 100 år, før denne fantastiske opfindelse, blev taget i rigtig anvendelse. 

Det var omkring 1960‘erne, hvor den amerikanske rumforskning gjorde store fremskridt inden for brændselscelle-teknologien. Rumraketter i apollo-programmet blev udstyret med en brændselscelle, som ikke blot kunne forsyne astronauterne med strøm, men den producerede også rent drikkevand til dem, så de kunne få noget at drikke. Man kunne nemlig ikke transportere store mængder vand med op i rummet, da det er for tungt og raketten ville derfor ikke kunne lette. Siden denne opfindelse, har alle raketter og rumfærger frem over haft installeret et brændselscelleanlæg. 

Der er ekstreme krav til elproduktionen i vores verden og man vil for en hver pris prøve at skabe strøm på en eller anden måde. Det var således ikke umiddelbar udsigt til, at prisen kom langt nok ned på brændselsceller til, at det ville blive en god erstatning til elproduktionen i stedet for olie. 

Men med årti-skiftet til 1980‘erne kom endnu en række teknologiske forbedringer og den fortsatte langsomme udvikling af brændselscellerne, havde gjort at dele af brændselcellerne var blevet sænket i pris, så i starten af 1980‘erne begyndte flere firmaer at investere i teknologien og udvikle deres eget forskningsprogram inden for brintceller/brændselsceller. F.eks. begyndte Ballard Power Systems i 1983 et langsigtet forskningsprojekt, som først i 1989 gav dem en brugbar brændselscelle. Dette fremskridt medførte også, at prisen var bragt ned og der var nu tale om en mere rimelig pris for masseproduktion. Processen fik også et yderligere skub, da der kom et politisk pres omkring udvikling af vedvarende energikilder. 

Hvordan virker brændselsceller?

I princippet fungerer en brændselscelle på samme måde som et batteri, dog bortset fra at brændselscellen ikke skal oplades. Den bliver ved med at producere strøm, varme og vand så længe der tilføres brændsel. Reaktionen ser således ud:

Brint adsorberer på anodekatalysatoren, hvor det spaltes og oxideres til H⁺. Reaktionsligningen ser således ud:

H₂(g) → 2H⁺ + 2e⁻

Protonerne (H⁺) passerer gennem elektrolytten (proton udvekslingsmembranen) over til katoden. Elektronerne kan ikke passere gennem elektrolytten og løber i stedet gennem kredsløbet, hvor de trækker en strøm. På katoden er iltmolekylerne adsorberet ved hjælp af spaltning og reduceres af elektronerne:

_1/2 O₂(g) + 2e− → O₂− 

ilten reagerer herefter med protonerne: 

2H⁺ + O₂− → H₂O(g)

Den totale reaktion i cellen bliver således:

H₂(g) + 1 O₂(g) → H₂O 

Som det ses af reaktionsligningerne er det eneste restprodukt vand. Der er altså overhovedet ingen udledning af drivhusgasser under udviklingen af energi. Ovennævnte kemiske forløb er nogenlunde generelt for alle, men der findes flere forskellige typer brændselsceller.

De kemiske processer ved anoden, katoden og membranen foregår ved høje temperaturer og derfor producerer brændselscellen også varme.

(følgende link giver en animation på hvordan det virker: http://www.vvsu.dk/elearning/bc01-05.htm

Er brændselsceller miljøvenlige nok i forhold til prisen?

Udbuddet på brændselsceller er slet ikke så stort endnu og det er derfor svært at skaffe en, men vi har fundet ud af, at brændselsceller bliver brugt i et større omfang i campingverdenen. Vi kiggede lidt på nogle priser til en campingvogn eller autocampere og prisen herpå lå på ca. 35.000 kr. for en brændselscelle, som nogenlunde kunne forsyne en campingvogn eller autocamper med strøm til de forskellige ting. Men det er rigtig mange penge at give yderligere for en brændselscelle. Det kan derfor kun svare sig, hvis man er stor campingentusiast og camper meget.

Faste installationer ville selvfølgelig være lidt billigere, men da efterspørgelsen ikke er stor endnu, er udbuddet også meget begrænset og man skal søge længe, hvis man skal finde én, som kan forsyne din hustand.

Er det muligt at indføre i et fossilt brændstofpræget samfund?

Det bliver en hård opgave at indføre brændselsceller i et brændstofspræget samfund. Olieindustrien har fået et stort forspring i form af at de har forsket meget længe og har sat sig på markedet. De er dyrt at have flere en energikilde så man valgte dengang benzin som den eneste energikilde og senere kom diesel så på markedet. Desværre har andre former for energikilde ikke fået chance for at vise hvor meget de er værd. Det er først inden for de sidste skiftende oliekriser at samfundet har søgt efter andre former for energikilder. Vi kan kun håbe at inden for de næste år får andre former for energikilder såsom brændselsceller en chance for at vise hvad de er værd. Det bliver dog også en dyr omgang at omvende et helt samfund fra at bruge benzin til at gå over og bruge alternative energikilder så som brændselsceller. Hvis vi ser en fuldstændig omvending skal der både udskiftes tankstationer, biler og oliefyr.

Brændselsceller har dog et lille minus man skal bruge energi til at fremstille brint. Dette kan andet løses ved solceller og vindmøller, men nyere teknologi er på vej så som bølgeenergi. Hvis resultatet er at drivhuseffekten går amok lyder det idiotisk at vi ikke begynder at masseproducere brændselsceller og begynder at sælge det billigt og dropper brændstoffet fuldstændigt. Hvis vi først sætter gang i produktionen af brændselsceller som en nødplan når vores verden begynder at falde fra hinanden, ville det smart hvis vi begyndte at forebygge allerede nu. 

Jeg tror på det er muligt at indføre brændselsceller i vores samfund det bliver dog en hård opgave.

Hvordan kan vi få fat i brint?

90% af universet består af brint. Det er ligeså det første grundstof i det periodiske system, så det er vel ikke noget problem at få fat i det? Eller er det?

Der findes flere forskellige måder at anskaffe brint på. Den mest brugte måde er, at sende strøm gennem vand, der herefter bliver spaltet i H₂(brint)og O₂(ilt). 

Da vands kemiske formel er H₂0, søger hydrogen mod den negative pol, da den selv er positiv, om oxygen mod den positive pol. Hermed har vi isoleret brinten, som efterfølgende kan bruges i brintceller, til at danne strøm. Dette kaldes elektrolyse. Der skal også bruges en katalysator for at starte processen og her bruges ofte svolvsyre.  Denne måde er vedvarende ved at vi altid vil have vand, og strøm vil vi også altid kunne fremstille. Problemet er bare at hvis strømmen er lavet på et kulkraftværk, forurener den ligeså meget som en benzinmotor havde gjort. Indtil videre er det mening at teknologien skal bruges i biler, som en mere miljøvenlig konkurrent, men hvis strømmen er produceret på et kulkraftværk, er den ikke mere miljøvenlig, og derved får brintmotoren ikke overtaget på bilmarkedet. Men hvis man derimod skaber strømmen på en miljøvenlig måde, som eksempelvis ved vind-, vand- eller solenergi, kan vi lave brint uden miljøet lider. Dette er måden frem for brintcellen, hvis den vil ind på bilmarkedet. 

Der findes dog også andre måde at få brint på. Der forskes lige nu i at udvinde brint fra algers fotosyntese, ved at få algen til at lave vand om til brint. En anden metode er at udvinde brinten fra fossile energikilder som eksempelvis olie, naturgas og kul, men som tidligere nævnt er idéen med brintceller, at de skal være miljøvenlige, og det er de ikke hvis brinten udvindes fra fossile energikilder. Den løsning der foreløbigt ser bedst ud mht. miljøsvineri, tilgængelighed og enkelhed er elektrolyse af vand. Det eneste restprodukt er oxygen, som er ren ilt. Men på denne måde for vi dog ikke skabt energi, men kun oplageret energi. Hvis man finde brint rent i naturen, kan man lave det om til elektricitet, og dermed få næsten gratis energi. Men da man først får energien fra en eksempelvis solcelle, og derefter bruger energien fra solcellen til at skabe brint, som igen kan laves tilbage til energi, er løsningen knap så god. Men det er under alle omstændigheder bedre end at bruge et batteri, da dette hurtigere mister sin evne til holde strøm, end brinten, som aldrig mister sin energi.

Brintbiler

Fordele ved brintceller:
Der er mange fordele forbundet med at anvende brændselsceller (brint celler) til el produktion: Vi sparer på de fossile energikilder og undgår forurening og udledning af giftgasser til atmosfæren. Hydrogen eller brint som det også kaldes, er en god løsning til at opbevare energi i. Denne energi kan f.eks. stamme fra solceller. Da solen ikke skinner altid og ofte skinner den ikke på de tider af døgnet, hvor vi har brug for elektriciteten. Brintceller er en effektiv og ren måde at lagre energi.

Sammenlignet med den batteridrevne elbil er der to store fordele ved brintbiler. For det første tager det ikke otte timer at lade en brintbil op som på en elbil. Det tager 3-4 minutter at overføre brint til en brintbil og derefter kan den køre 300-400 kilometer. Den anden fordel er at brintbilen genererer en del spildvarme som kan bruges til at opvarme bilen om vinteren. Så behøver man ikke tænke over det.

Ulemper:

I denne moderne verden er der opstået en videreudvikling af bilerne. Nye biler skal som alle andre elementer i vores hverdag være gode mod miljøet (grønne mod miljøet). Det sker ved inddragelsen af brint, som brændstof. Dog er det en proces som er meget langsommelig, da opfindelsen af brintbiler er forholdsvis ny. Og som fabrikanterne af brintbilerne siger “For at brintbiler kan blive populære så kræver det at de er enten billige eller har en fantastisk motorkraft. Indtil videre er det ikke lykkedes, som også er forklaringen på brintbilers manglende popularitet”. Desuden venter de fleste mennesker med at købe en brintbil til næste gang de skal have ny bil. Og da finanskrisen stadig raser lidt kan det være nogle år får man rigtig får et billede af om brintbiler er en succes rent salgmæssigt.  

Derudover er også andre ulemper eller problemer ved brintbiler. Fx kræver brintbilers motorsystem meget plads, især de store brinttankene kræver plads. Det går ud over bilens design. Og bilens design er for mange mennesker ret vigtigt. Dertil  er en af de største ulemper ved brintbiler også, at brint (H₂) kan eksplodere. Det kan skræmme folk væk fra ideen om brintbiler. Og som sidste store problem er brint ikke noget man bare lige hurtigt får fat i. For brint fremstilles som oftest, når det gælder brint til brintbiler, ved elektrolyse. En ulempe ved elektrolysen er at man tager energien fra fx en solcelle, bruger den energi til at skabe brint for igen at lave brinten om til strøm og skabe fremdrift til brintbilen. 

Konklusion: 

Brintbiler er både dyre, og har ikke en bedre motor(kraft) end samme slags biler, enten af benzin eller diesel. Derudover tror vi også at den risiko for at brint eksplodere ved en eventuelt trafikulykke, hvis det ikke er på anden form, end gas. Det er de hovedmæssige punkter der indtil idag har gjort at brintbiler kun er produceret i et lille omfang. Først når disse problemer bliver løst kan brintbiler blive konkurrent mod benzin- eller dieselbiler.





Andreas, Jens, Kristian, Kristoffer og Mads
Signatur

SOLKRAFTVÆRKER

Hvad er et solkraftværk?

I flere lande tættere ved ækvator, hvor solen skinner mere stabilt end i Danmark har man bygget større eller mindre forsøgsanlæg, der ved hjælp af solenergi producerer elektricitet.

En almindelig solcelle omsætter ca. 15 % af solenergien til elektrisk energi.

Derfor forsøger man - med spejlsystemer - at koncentrere strålingen, så denne virkningsgrad bliver større.

Med et stort antal spejle, der langsomt følger Solens bevægelse, kan man fokusere lyset på samme sted og derved opnå så høj temperatur, at der kan produceres damp, der kan drive en turbine og en generator.

Der afprøves flere forskellige principper, men prisen pr kWh er stadig så høj, at de ikke kan konkurrere med konventionel el-produktion.

Og så skal man huske, at solen aldrig skinner effektivt mere end 8-10 timer af døgnet, - og da man ikke kan gemme elektrisk energi, kan solkraftværker højst give et supplement til elforsyningen.

Der er snak om at bygge kilometerbrede solkraftværker i rummet, der skal sende strøm til Jorden. Fordelen ved at udnytte sollyset uden for Jordens atmosfære er, at hver kvadratmeter modtager 1.366 kilowatt solstråling. På jorden giver solens stråler kun 260 watt per kvadratmeter, fordi lyset svækkes på vej gennem atmosfæren og ikke er tilgængelig om natten.

De solkraftværker hvor man bruger spejle, forgår energiproduktionen således: solens stråler reflekteres til et 160 meter højt tårn. Varmen herfra bliver brugt til at opvarme vand til 260 grader, så det producerer damp. Dampen driver tubiner, der producerer elektricitet. En anden slags solkraftværker, er hvor samme metode bruges, dog med et rør med vand i, istedet for et tårn med vand i. I nogle solkraftværker, er der olie i rørerne, istedet for vand. Olien bliver så på samme måde, som med vandet, varmet op og dette driver så en turbine, der skaber energi. Denne form for solkraftværk, både med vand og olie, er teknologien der kaldes dampturbine. 

Problemet med solkraftværker er, at ligegyldigt hvor man ligger dem, vil der altid være nogle problemer, der skal tages stilling til.  Hvis man lokalisere et solkraftværk i en ørken har man de fordele, at der er så varmt, at solen slev hjælper til at varme vandet op til damp. Dermed har man ikke brug for så meget energi til at varme det op. En anden fordel ved det er, at arealet solkraftværket her tager op, ikke vil være frugtbar jord og jord der alligevel ikke bliver brugt. En ulempe ved at lokalisere det her er, at der skal bruges rigtig meget vand til at nedkøle kraftværket, og da det er i en ørken, er dette ofte en mangelvare. Herefter skal energien også transporteres ud til forbrugerne, fordi det ofte ligger meget øde.

For at løse dette problem ville man måske synes, at havet ville være en god ide. Altså at lokalisere vores solkraftværker tæt på havet, hvor man kunne bruge havvandet til at nedkøle det. Her har man så et problem med det areal man tager op, da det ofte er frugtbar jord, der kunne bruges til at dyrke afgrøder på, når det nu ligger tæt på havet.

Fremtiden

Fremtiden ser både lys og mørk ud. Da udviklingen inden for solkraftværker har set megen udvikling inde for materialer og nye teknologier i den seneste tid. Dog møder solkraftværkerne mange udfordringer og mange forhindringer på vejen.

Omkostninger

Til gengæld er der mulighed for, at solceller kan bidrage til energiproduktionen gennem mindre projekter i løbet af de kommende år. Men omkostningerne ved at opføre solceller anskues til at være på over 1.230 kroner per MWh, mens prisen for solkraftværker ligger på omkring 820 kroner per MWh, fremgår det af rapporten.

Udviklingen af teknologien inden for solkraftværker er i øjeblikket bremset af manglende udstyr og økonomi.

Omkostningerne ved at opføre vindenergi, vandkraft, geotermisk energi og biomasse skønnes til på nuværende tidspunkt at være langt mindre end solenergi. Men vindenergi har kun potentiale til at levere 1500 MW, mens de resterende vedvarende energiformer kun kan producere maksimalt 175 MW.

et bedste af det hele er ifølge Ausra selv prisen: Mens solcellestrøm normalt er dyr, så vil de nye værker fra starten kunne levere strømmen til godt 50 øre per kWh, hvilket ikke er langt fra vindmøllestrøm. 

Ausra prøver endda at slippe af med solcellernes begrænsning: At de kan leverer strøm, når solen skinner. Store tanke med varmt vand og damp skal kunne holde turbinerne kørende natten igennem. 

Salt i stedet for olie

I damptubinerne hvor der bruges olie i kollektor-rørene, har forskere i Simens undersøgt muligheden for at udskifte olien med salt. Dette ville både blive billigere i længden, da salten er mere energiudnyttende, men salten skaber samtidig en mere vedvarende energi. Dog er der problemer da salten skal have en høj varme i forhold til olie, fordi det ellers sætter sig fast i rørende da blandingen af kalium- og natruimnitrat, vil størkne. Når temperaturen stiger, bliver varmetabet derved større, så derfor skal man finde den optimale udnyttelse. Altså hvor damptemperaturens høje gevinst minus tabet fra kollektor-rørende skal være minimal. 

Verdens største kraftværk: USA eller Indien?

USA og Indien kæmper hver især med at bygge det største solkraftværk, og i år skal det største stå færdig i USA. Men er det det største?

USA

I California ligger Mojaveørkenen, som skal ligge jord til det USA kalder verdens største solkraftværk, som kommer til at fylde 23 kvadratmeter. Dette  kommer til at forsyne ca. 400.000 husstande med sin effekt på 553 MW.

Indien

Indien derimod vil bygge verdens største solkraftværk i Gujarat, som vedhjælp af en damptubine vil give strøm til dele af Indiens befolkning. Denne del af befolkningen vil dog være stor, for kapacitet skønnes til at blive på 5 GW. Dog skal prisen holdes i bund, hvilket tit er svært når der skal bygges solkraftværker, derfor har man i værksat at ”lave” en hel by, hvor alle materialer skal produceres, lige fra råmaterialer til det færdige objekt, af indbyggerne i byen. Der udover får de hjælp af Bill Clinton Fonden. 

Derudover har man skønnet af prisen for den ellers så dyre solenergi, vil komme ned på omkring de 50 øre pr. kWh. Hvilket er den samme pris, som strømmen fra vind- og vand-energi koster.

Dog er disse planer ret usikre, da der på baggrund af de store omkostninger måske vil være langt til godkendelsen. Men lad os nu se på det, det kan jo være Indien i sidste ende vinder ”kampen” om at bygge verdens største solkraftværk.

Solkraftværker i rummet

Nasa drømte engang om at at solkraftværkerne skulle flyttes ud i rummet. Nu vækker det amerikanske forsvar denne drøm til live, og opfordre nu regeringen til at bygge dette i rummet. Dette ville kunne sende strøm til jorden, hvor det ville modtages i ”net”.

Fordelen ved at udnytte sollyset uden for Jordens atmosfære er, at hver kvadratmeter modtager 1.366 kilowatt solstråling. På jorden giver solens stråler kun 260 watt per kvadratmeter, fordi lyset svækkes på vej gennem atmosfæren og ikke er tilgængelig om natten.

Ifølge NSSO vil et kilometerbredt bånd af solpaneler hele vejen rundt om Jorden hvert år dække energiforbruget svarende til jordens samlede olieressourcer.

I en ny rapport foreslår NSSO, at regeringen bruger 52 milliarder kroner over de næste 10 år på at bygge en test-satellit, der kan sende 10 megawatt ned til Jorden. Men i horisonten lurer planerne om at bygge kilometerlange solcellepaneler, der kan dække 10 procent af amerikanernes energiforbrug i 2050.

Animation af solkraftværk i rummet kan ses her: http://ing.dk/infografik/3

Amalie, Anne, Astrid, Sillas og Tanja, 1.j

Vindenergi

1. Indledning

En vindmølle er en konstruktion, der omdanner vindens energi til brugbart arbejde.
Energien fra vindmøllerne blev tidligere brugt til f.eks. at male korn eller og pumpe vand. I dag omdannes vindens energi til elektricitet. Flere steder i verden, også i Danmark, forskes der i vindmølleteknologi i et forsøg på at udnytte vindens vedvarende energi, ligesom der flere steder er opsat vindmølleparker. Vindenergi betragtes som en miljøvenlig vedvarende energikilde, fordi elproduktionen fra vindmøller ikke medfører brug af fossile brændsler som olie, naturgas og kul.

Miljø og klimamæssigt har elproduktionen fra vindmøller store fordele, fordi den ikke er forbundet

med udslip til atmosfæren af CO2, SO2, NOx og partikler, således som det sker i større eller mindre omfang fra kraftværker, der benytter fossile brændsler.

2.  Historie

De første kendte vindmøller blev anvendt i Kina for ca. 4000 år siden. De blev brugt til at pumpe vand til kunstige vandingssystemer. Vindmøller har så vidt vi ved eksisteret siden det 7. århundrede i Iran og Afghanistan hvor de blev opstillet. Vinden blæste kun fra én retning, de kunne nemlig ikke dreje vandret.
Vindmøllerne kom til resten af Europa med korstogene i starten af 1100-tallet. Det var dog først i middelalderen at man begyndte at bruge vindkraft.  Vindmøllen har været en vigtig maskine, som muliggjorde mekanisk forarbejdning af korn og dermed gjorde arbejdet lettere for landmændene. Møllerne modtog korn fra bonden og malede det til mel ved hjælp af den store møllesten.
De første vindmøller i Danmark var stubmøllen, som nævnes på skrift omkring 1260. Stubmøllen var bygget af træ og stående på en fod således, at hele møllen kan drejes efter vindens retning. Senere kommer den hollandske mølle, hvor det kun er toppen der drejer. Den første hollandske mølle i Danmark kom omkring 1620. I 1680erne blev der opført to oliemøller på Københavns volde. Fra omkring 1700 blev den hollandske mølle opført som korn- og industrimøller overalt i Danmark.

3. Fakta og funktion

Vi står over for en global energiudfordring. Efterspørgslen på energi er stigende, og de konventionelle energiressourcer er ved at være udtømt. Samtidig truer brugen af fossile brændstoffer klimaet. Verden er derfor nødt til at tænke nyt, når det gælder fremtidens energi. Ingen anden energikilde kan stå mål med vindenergien, hverken økonomisk eller miljømæssigt.

En vindmølle er en maskine der omsætter bevægelsesenergi i vinden til elektricitet. Vindmøller udnytter ikke kun vindens tryk på det skråtstillet vingeblad, men den udnytter også, at luftstrømmen omkring bladet skaber et undertryk på vingebladets bagside i forhold til vinden. Kraften fra dette undertryk giver et træk, som får vingerne til at rotere.

Effekten på elproduktion måles i MW (mega watt), mens produktionsomfanget måles i MWh (mega watt hour). En vindmølles mærkeeffekt/vindmøllens størrelse, er den største effekt, som en vindmølle kan producere. En vindmølle på 2 MW kan levere en maksimal effekt på 2 MW, typisk ved vindhastigheder på 15-25 meter/sekund.  Ved maksimal produktion i en time, producere vindmøllen 2 MWh, eller en produktion der svarer til halvdelen af en gennemsnitsfamilies årlige elforbrug.

Vindmøllen har et styre system der sætter den i gang når vindhastigheden er tilstrækkelig til at det kan betale sig (4 meter pr. sekund), og ligeledes når vinden bliver for kraftig (25 meter pr. sekund). Vindmølleindustriens danske produktionssteder havde i 2008 en bruttoomsætning på 53 milliarder kr., og den samlede eksport nåede op på 42 milliarder kr., svarende til 7,2 procent af den samlede danske eksport. Vindmøllebranchen beskæftigede 28.400 medarbejdere ved udgangen af 2008.

Det danske firma Vestas, hvis hovedkvarter ligger i Randers, er en af de førende indenfor vindenergi i hele verden.

4. Landvindmøller

Elproduktionen fra en vindmølle afhænger af vindforholdene. Det blæser ikke altid og vindhastigheden varierer meget fra sted til sted og over tid.

En landvindmølle på en vindmæssig god placering med en maksimal effekt, vil ca. kunne producere 2.500 timer om året. I et gennemsnitligt ”vindår” vil en sådan vindmølle producere omkring 5.000 MWh, svarende til det årlige forbrug i 1.250 enfamiliehuse med et forbrug på 4.000 kWh.

Vindmøllers negative miljøpåvirkning af omgivelserne omfatter bl.a. den visuelle påvirkning, støj, skyggekast, effekt fra lysafmærkning, naturpåvirkning m.v. Vindmøller, der opstilles på land, er ofte meget synlige i landskabet. Det gælder ikke mindst de nyeste MW-vindmøller, hvis roterende vinger når op i mere end 125 meters højde. Selv om nye vindmøller er designet, så støjen begrænses mest muligt, kan vindmøllerne både ses og høres i omgivelserne, og der er derfor fastsat afstandsgrænser til naboer, og kommunerne er forpligtet til at tage landskabsmæssige hensyn i den planlægning, der ligger til grund for placering af nye vindmøller. Vindmøller udsender en forholdsvis svag, men karakteristisk støj. Støjen opstår fra drift af møllens gear og generator samt fra vingernes bevægelse gennem luften.

Store og ensartede landskaber vil typisk også være egnede til opstilling af store vindmøller. Det hænger sammen med, at landskabet matcher de store dimensioner, fordi det ofte er karakteriseret ved fladt eller jævnt faldende terræn med store arealenheder og ”landskabsrum”. Landskaber i lille skala vil ofte være mindre egnede til opstilling af store vindmøller. Disse

landskaber er karakteriseret ved et småbakket eller let kuperet landskab med mindre ”landskabsrum”.

5. VandvindmøllerMølller har indtil nu primært været opstillet på landjorden. Men inden for de seneste par år er flere vindmølleparker blevet oprettet i havet ud for kysten. Fordelen ved såkaldte off-shore vindmøller er kraftigere og mere jævn vind, til gengæld er funderingen til søs vanskeligere og derfor mere bekostelig. Af den grund går udviklingen på mølleområdet i retning af større møller der kan udvikle mere energi på ét og samme fundament.

Det blæser gennemsnitligt mere på havet end på land. I Danmark blæser det mest langs vest- og sydvestvendte kyster og mindst inde i landet. En mølle på den jyske vestkyst producerer derfor typisk dobbel så meget som en vindmølle på samme størrelse, der er placeret inde i landet.

6. Vindmøller til husbehov

Dette er et meget kendt fænomen i England og Skotland. Der bliver monteret en minivindmølle med en rotordiameter på 1,75 m. Sådan en vindmølle kan give op til 700 kWh på et år, det svarer til omkring 1000 kr. af elregningen i husstanden. Tagvindmøller er et godt supplement til den almindelige elektricitet.  Disse vindmølletyper er ikke så udbredte i Danmark, endnu, efterspørgslen er stort. 

7. Konklusion

Efter at have gennemgået alle disse faktorer, kan vi konkludere at vindmøller er en god måde at mindske CO₂-udslippet og udnytte den vedvarende energi som vind skaber. Det er en god økonomisk mulighed for verden at vindmøllerne er blevet så udbredt. Vi er kommet med flere eksempler på forskellige former for vindmøller og vindmøllernes historie, hvilket giver et indblik i hvor gamle vindmøller egentlig er og hvem og hvordan de er blevet skabt.

Kilder:

http://www.windpower.org/download/418/vindmoellepjece_til_net.pdf

http://politiken.dk/klima/klimadig/ECE869673/en-vindmoelle-paa-taget-giver-lys-i-lampen/