NL&T
3. Klimaatproblematiek en duurzame energie
De temperatuur op aarde wordt vooral door de zon bepaald. Slechts een klein deel van de warmte komt
van de aarde zelf als gevolg van processen in de aarde. De zon heeft periodes met meer en minder
straling die daarmee de temperatuur op aarde beïnvloeden. De aarde is leefbaar door de dampkring.
Voor het broeikaseffect zelf hoeven we niet bang te zijn: H2O, CO2 en CH4 en andere stoffen zorgen voor
een evenwicht tussen instraling van de zon, weerkaatsing van zonlicht en uitstraling van warmte. Het
broeikaseffect is een ingewikkeld verschijnsel door de diverse terugkoppelingseffecten. Dit zijn
processen waarbij de uitkomsten van een bewerking van invloed zijn op de oorzaken van diezelfde
processen. Een negatief terugkoppelingseffect is bijvoorbeeld dat de verdamping toeneemt als de
temperatuur toeneemt. Hierdoor ontstaan er meer wolken en neemt de instraling af. Zo daalt de
temperatuur weer. Er is dus een balans. Een positief terugkoppelingseffect is bijvoorbeeld het smelten
van de poolkappen. Dit vermindert de weerkaatsing van straling, waardoor de temperatuur op aarde
nog verder toeneemt.
Het gehalte koolstofdioxide moet verminderd worden omdat dit zorgt dat er minder uitstraling van
warmte is.
Informatieblok 1
Vermogen (P): hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet (W).
P = ΔE / t E in Joule t in seconden
E=P*t P in Watt
Joule = wattseconde (Ws). 1 Joule is de energie die nodig is om een voorwerp van 100 gram 1 meter op
te tillen. 1 Joule is de energie die omgezet wordt als een apparaat met een vermogen van 1 watt
gedurende 1 seconde aanstaat. Een joule is dus erg weinig. Er wordt daarom gebruik gemaakt van de
eenheid kWh. 1 kWh is de energie die omgezet wordt als een apparaat met een vermogen van 1000
Watt gedurende 1 uur aanstaat.
E (in kWh) = P (kW) * t (h)
1 kWh = 1000 W * 3600 s = 3600000 J.
Informatieblok 2
Er heersen diep in de aardbol temperaturen van duizenden graden, maar deze worden niet gebruikt als
energiebron, omdat dit te duur is om grootschalig te gebruiken. Warmte uit de bodem die door het
zonlicht daar gekomen is, wordt gebruikt door een warmtewisselaar.
Waterkracht of Hydro-elektriciteit
Stromend water kan energie leveren.
Windenergie
Voordeel aan windenergie: wind raakt niet op, geen uitstoot dus het is duurzaam. Een nadeel is dat er
veel ruimte voor nodig is: de molens moeten een halve km uit elkaar staan. Vuistregel: een molen met
een piekvermogen van 1 MW heeft ongeveer 25 ha nodig. Het gemiddelde vermogen is ongeveer 25%
van het piekvermogen.
Biomassa (biobrandstof / biogas)
Biomassa is het drooggewicht van organisch materiaal dat direct afkomstig is uit planten en dieren. De
verkregen brandstoffen kunnen direct gebruikt worden als brandstof, maar ze kunnen ook gebruikt
worden in elektrochemische brandstofcellen. Er zijn brandstofcellen die gevoed worden met afvalwater.
Voordelen: energieopwekking zonder extra uitstoot en afbraak van afval waardoor milieuvervuiling
tegengegaan wordt.
1
, Zonne-energie
In Nederland schijnt de zon gemiddeld 600 uur per jaar. Een vierkante meter grondoppervlak in
Nederland ontvangt gemiddeld per jaar 1050 kWh. Het gemiddelde vermogen dat dus op een zonnecel
valt is 1750 W/m2
P = E / t P = = 1,75 kW/m2 = 1750 W/m2
Alle beschreven vormen van duurzame energie zijn (op diepe aardwarmte na) vormen van zonne-
energie. De hydrologische kringloop (waterkracht) wordt aangedreven door de zon. Wind ontstaat
doordat de zon de aarde ongelijk verwarmt, waardoor de lucht op sommige plaatsen opstijgt en andere
plekken daalt. Biomassa is een vastlegging van zonne-energie via het proces van fotosynthese. Een
andere manier om zonne-energie te gebruiken is Blue Energy.
Het doel is om zonne-energie te vangen. Heel veel van de opgevangen zonne-energie wordt namelijk
niet gebruikt: per seconde is er op de aarde genoeg zonne-energie opgevangen om het gehele
energieverbruik van de wereld voor drie uur te dekken.
De hydrologische kringloop en Blue Energy
Zonne-energie vangen is mogelijk door gebruik te maken van de hydrologische kringloop. Door de
zonnewarmte verdampt het water aan het oppervlak van zeeën en oceanen. De waterdamp stijgt op en
een deel condenseert tot wolken die met de wind meedrijven tot boven continenten. Wanneer de lucht
boven land afkoelt, zal een deel van het water als neerslag op de aarde vallen. Water komt dus vroeg of
laat, afhankelijk van de plaats waar de neerslag is gevallen, weer in de wateren terug.
Twee vormen van duurzame energiewinning zijn op deze hydrologische kringloop gebaseerd.
1. Hydro-elektriciteit. Deze methode berust op het hoogteverschil tussen de plaats waar de neerslag
terechtkomt en de plaats waar het water weer in zee stroomt. De zwaartekracht speelt een cruciale rol.
Grote turbines worden aangedreven door vallend of stromend water. Het is het principe van een
fietsdynamo, maar de hoeveelheid energie is veel groter. Deze hoeveelheid hangt af van de hoeveelheid
water en het hoogteverschil. Er zijn hoge en lage drukcentrales. Voordeel hoge: het water kan men laten
stromen als de behoefte aan elektriciteit het grootst is (dmv relatief weinig water). Hiermee ontlast je
piekcentrales die uitsluitend extra elektriciteit produceren als de vraag het hoogst is, dus overdag als de
meeste bedrijven werken. De piekcentrales zijn per kilowattuur het duurst.
2. Blue Energy. Hiermee maak men gebruik van de menging van zoet en zout water op de plek waar het
uitgeregende water via rivieren weer terugstroomt in de zee.
Het opwekken van Blue Energy moet gebeuren op een plek waar zoet en zout water bij elkaar komen.
Dit kan niet zonder maatregelen, want bij open riviermondingen wordt het zoete rivierwater geleidelijk
zout. De inlaat van zout en zoet water moet dus gescheiden van elkaar gebeuren en ook de afvoer van
brak water (minder zout dan zeewater) moet gescheiden van de instroom gehouden worden.
4. Wat is Blue Energy eigenlijk?
Enthalpie
Er zijn exotherme en endotherme reacties. Exotherme reacties (stollen) zijn reacties waarbij energie
vrijkomt en endotherme reacties (smelten) zijn reacties waarbij energie nodig is. De reactie stopt als er
geen energietoevoer meer is.
Een reactie kan plaatsvinden bij constante druk of bij constant volume. Als er bij de reactie gassen
ontstaan, hebben de reactieproducten een groter volume dan de uitgangstoffen. De reactieproducten
moeten daarom arbeid (volumearbeid) verrichten om dit grotere volume in te nemen.
W = p ΔV
2
3. Klimaatproblematiek en duurzame energie
De temperatuur op aarde wordt vooral door de zon bepaald. Slechts een klein deel van de warmte komt
van de aarde zelf als gevolg van processen in de aarde. De zon heeft periodes met meer en minder
straling die daarmee de temperatuur op aarde beïnvloeden. De aarde is leefbaar door de dampkring.
Voor het broeikaseffect zelf hoeven we niet bang te zijn: H2O, CO2 en CH4 en andere stoffen zorgen voor
een evenwicht tussen instraling van de zon, weerkaatsing van zonlicht en uitstraling van warmte. Het
broeikaseffect is een ingewikkeld verschijnsel door de diverse terugkoppelingseffecten. Dit zijn
processen waarbij de uitkomsten van een bewerking van invloed zijn op de oorzaken van diezelfde
processen. Een negatief terugkoppelingseffect is bijvoorbeeld dat de verdamping toeneemt als de
temperatuur toeneemt. Hierdoor ontstaan er meer wolken en neemt de instraling af. Zo daalt de
temperatuur weer. Er is dus een balans. Een positief terugkoppelingseffect is bijvoorbeeld het smelten
van de poolkappen. Dit vermindert de weerkaatsing van straling, waardoor de temperatuur op aarde
nog verder toeneemt.
Het gehalte koolstofdioxide moet verminderd worden omdat dit zorgt dat er minder uitstraling van
warmte is.
Informatieblok 1
Vermogen (P): hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet (W).
P = ΔE / t E in Joule t in seconden
E=P*t P in Watt
Joule = wattseconde (Ws). 1 Joule is de energie die nodig is om een voorwerp van 100 gram 1 meter op
te tillen. 1 Joule is de energie die omgezet wordt als een apparaat met een vermogen van 1 watt
gedurende 1 seconde aanstaat. Een joule is dus erg weinig. Er wordt daarom gebruik gemaakt van de
eenheid kWh. 1 kWh is de energie die omgezet wordt als een apparaat met een vermogen van 1000
Watt gedurende 1 uur aanstaat.
E (in kWh) = P (kW) * t (h)
1 kWh = 1000 W * 3600 s = 3600000 J.
Informatieblok 2
Er heersen diep in de aardbol temperaturen van duizenden graden, maar deze worden niet gebruikt als
energiebron, omdat dit te duur is om grootschalig te gebruiken. Warmte uit de bodem die door het
zonlicht daar gekomen is, wordt gebruikt door een warmtewisselaar.
Waterkracht of Hydro-elektriciteit
Stromend water kan energie leveren.
Windenergie
Voordeel aan windenergie: wind raakt niet op, geen uitstoot dus het is duurzaam. Een nadeel is dat er
veel ruimte voor nodig is: de molens moeten een halve km uit elkaar staan. Vuistregel: een molen met
een piekvermogen van 1 MW heeft ongeveer 25 ha nodig. Het gemiddelde vermogen is ongeveer 25%
van het piekvermogen.
Biomassa (biobrandstof / biogas)
Biomassa is het drooggewicht van organisch materiaal dat direct afkomstig is uit planten en dieren. De
verkregen brandstoffen kunnen direct gebruikt worden als brandstof, maar ze kunnen ook gebruikt
worden in elektrochemische brandstofcellen. Er zijn brandstofcellen die gevoed worden met afvalwater.
Voordelen: energieopwekking zonder extra uitstoot en afbraak van afval waardoor milieuvervuiling
tegengegaan wordt.
1
, Zonne-energie
In Nederland schijnt de zon gemiddeld 600 uur per jaar. Een vierkante meter grondoppervlak in
Nederland ontvangt gemiddeld per jaar 1050 kWh. Het gemiddelde vermogen dat dus op een zonnecel
valt is 1750 W/m2
P = E / t P = = 1,75 kW/m2 = 1750 W/m2
Alle beschreven vormen van duurzame energie zijn (op diepe aardwarmte na) vormen van zonne-
energie. De hydrologische kringloop (waterkracht) wordt aangedreven door de zon. Wind ontstaat
doordat de zon de aarde ongelijk verwarmt, waardoor de lucht op sommige plaatsen opstijgt en andere
plekken daalt. Biomassa is een vastlegging van zonne-energie via het proces van fotosynthese. Een
andere manier om zonne-energie te gebruiken is Blue Energy.
Het doel is om zonne-energie te vangen. Heel veel van de opgevangen zonne-energie wordt namelijk
niet gebruikt: per seconde is er op de aarde genoeg zonne-energie opgevangen om het gehele
energieverbruik van de wereld voor drie uur te dekken.
De hydrologische kringloop en Blue Energy
Zonne-energie vangen is mogelijk door gebruik te maken van de hydrologische kringloop. Door de
zonnewarmte verdampt het water aan het oppervlak van zeeën en oceanen. De waterdamp stijgt op en
een deel condenseert tot wolken die met de wind meedrijven tot boven continenten. Wanneer de lucht
boven land afkoelt, zal een deel van het water als neerslag op de aarde vallen. Water komt dus vroeg of
laat, afhankelijk van de plaats waar de neerslag is gevallen, weer in de wateren terug.
Twee vormen van duurzame energiewinning zijn op deze hydrologische kringloop gebaseerd.
1. Hydro-elektriciteit. Deze methode berust op het hoogteverschil tussen de plaats waar de neerslag
terechtkomt en de plaats waar het water weer in zee stroomt. De zwaartekracht speelt een cruciale rol.
Grote turbines worden aangedreven door vallend of stromend water. Het is het principe van een
fietsdynamo, maar de hoeveelheid energie is veel groter. Deze hoeveelheid hangt af van de hoeveelheid
water en het hoogteverschil. Er zijn hoge en lage drukcentrales. Voordeel hoge: het water kan men laten
stromen als de behoefte aan elektriciteit het grootst is (dmv relatief weinig water). Hiermee ontlast je
piekcentrales die uitsluitend extra elektriciteit produceren als de vraag het hoogst is, dus overdag als de
meeste bedrijven werken. De piekcentrales zijn per kilowattuur het duurst.
2. Blue Energy. Hiermee maak men gebruik van de menging van zoet en zout water op de plek waar het
uitgeregende water via rivieren weer terugstroomt in de zee.
Het opwekken van Blue Energy moet gebeuren op een plek waar zoet en zout water bij elkaar komen.
Dit kan niet zonder maatregelen, want bij open riviermondingen wordt het zoete rivierwater geleidelijk
zout. De inlaat van zout en zoet water moet dus gescheiden van elkaar gebeuren en ook de afvoer van
brak water (minder zout dan zeewater) moet gescheiden van de instroom gehouden worden.
4. Wat is Blue Energy eigenlijk?
Enthalpie
Er zijn exotherme en endotherme reacties. Exotherme reacties (stollen) zijn reacties waarbij energie
vrijkomt en endotherme reacties (smelten) zijn reacties waarbij energie nodig is. De reactie stopt als er
geen energietoevoer meer is.
Een reactie kan plaatsvinden bij constante druk of bij constant volume. Als er bij de reactie gassen
ontstaan, hebben de reactieproducten een groter volume dan de uitgangstoffen. De reactieproducten
moeten daarom arbeid (volumearbeid) verrichten om dit grotere volume in te nemen.
W = p ΔV
2
