Teksti
Video
Pelit ja leikit
Kilpailu
Äänitallenne
Tehtävä
Tietokirjallisuus
Opettajan ohje

Unohtunut salasana?

 

Oppimistavoite

{{learningObjectiv.description}}

Tehtävä on nyt palautettu

{{assignment.Index}} {{assignment.Type}}

Kommentti

Tehtävät

{{assignment.Comment}}

Mene tehtäviin
print

Tulevaisuuden polttoaine?

Luokka-aste 7.-10. luokka Aine Luonnontiede Tyyppi Teksti Oppimisen tavoite Luonto ja ympäristö Teema Energialähteet Aihe Sähkö Kemia
Brintenergi

 

Ennen kuin vety voidaan ottaa käyttöön polttoaineena, on ratkaistava useita ongelmanasetteluja. Ne koskevat hintaa, kestävyyttä ja tapaa, jolla vetyä säilytetään ja jolla se asetetaan saataville. Tästä huolimatta kyse on teknologiasta, jolla on monia ympäristöetuja – minkä takia monet tutkijat ja poliitikot yrittävät ratkaista ongelmat.


Hinta ja kestävyys


Vedyn hinta on erittäin korkea. Sen tuottaminen on kallista, eikä vielä ole mitään vakiintuneita järjestelmiä, joilla voitaisiin tuottaa suuria määriä halpaa vetyä käyttäen uusiutuvaa energiaa, kuten tuuliturbiineista ja aurinkokennoista saatavaa energiaylijäämää.


Itse polttokennojenkin hinta on korkea, ja niiden on vaikeaa kilpailla hinnoissa perinteisten kaasukattiloiden ja keskitetyistä voimaloista saatavan sähkön kanssa, joka tulee pistorasiasta.


On myös jatkuva ongelma, ettei polttokennoteknologia kestä kauan. Polttokennoissa tapahtuvan voimakkaan kemiallisen prosessin takia yksittäisen kennon osat tuhoutuvat valitettavan nopeasti.


Tulevaisuuden energiavarasto


Jotkin polttokennot voivat tuottaa sekä vetyä että sähköä ja lämpöä. Prosessi voi toisin sanoen toimia molempiin suuntiin. Idea on itse asiassa peräisin tavallisesta akusta, joka voidaan ladata tuomalla siihen energiaa. Jos tämä mahdollisuus tulisi käyttöön, jokainen talo voisi tuottaa energiaa katon aurinkopaneeleiden avulla aurinkoisella säällä. Olisi myös mahdollista, että jokainen yksittäinen talous tekisi sopimuksen tuulipuistoja merellä tai talon läheisyydessä omistavien energiayhtiöiden kanssa. Kun tuulee paljon, voi syntyä sähkön ylijäämää, ja tulevaisuudessa jokainen asunto voi tällä tavalla varastoida energiaa myöhempää käyttöä varten polttokennojen avulla. Kun tuulta ei ole, polttokenno voi toisaalta tuottaa sähköä ja siten auttaa energian tasaamisessa – muuallakin kuin yksittäisessä taloudessa. Tutkijat työstävät tämän tyyppisiä ideoita kehittämällä ns. älykästä sähköverkkoa, josta käytetään myös sen englanninkielistä nimitystä "smart grid".


Muita käyttöalueita


Polttokenno toimittaa vain erittäin vähän sähköä. Tyypillinen on 1 voltin jännite-ero. Jos halutaan suurempi jännite, kennoja voidaan rakentaa yhteen. Tätä kutsutaan kennopinoksi, ja näin voidaan toimittaa juuri se jännite, joka halutaan. Tällä hetkellä tutkitaan kennopinojen tekemistä polttokennoista, jotka voivat tuottaa yhtä paljon energia kuin voimalaitokset. Mutta on ehkä yhtä kiinnostavaa, että voidaan myös tuottaa pieniä pinoja, jotka voivat korvata akut matkapuhelimissa ja paristot leikkikaluissa.


Varastointiratkaisuja


Vety on maailman kevyin kaasu, ja siinä on pienimmät molekyylit. Koska se on samalla erittäin räjähtävää, on käytettävä monia varotoimenpiteitä, jotta sitä voidaan käyttää polttoaineena sen katoamatta tai olematta liian vaarallista. Nykyään käytetään useita erilaisia säilytystapoja. Vety voidaan jäähdyttää, jolloin siitä tulee juoksevaa. Se voidaan puristaa kokoon korkeapaineessa ja säilyttää painesäiliöissä, ja vety voidaan varastoida erilaisiin metallipölymuotoihin.


Tällä hetkellä käytetyin menetelmä on vedyn säilytys painesäiliöissä. Tähän liittyy kuitenkin useita ongelmia. Paineen alainen kaasu edellyttää erittäin vahvaa kaasusäiliötä – ja räjähdysriski on silti aina olemassa. Jos vedystä tehdään juoksevaa, siitä on tehtävä erittäin kylmää. Tarkasti sanottuna se jäädytetään -254 asteeseen. Tämä vaatii suuria määriä energiaa, ja käsittely on vaikeaa.


Lupaavimmalta menetelmältä juuri nyt näyttää se, että tulevaisuuden vetysäiliöt ovat metalleja, jotka voivat rakentaa vetyatomit kiderakenteeseensa, jolloin metallin atomit pysyvät yhdessä.


Tätä voidaan ajatella esimerkiksi autoon. Jotta vety voisi toimia auton polttoaineena, on metallin sisällettävä vetyä sen verran, että se vastaa n. 6,5:ttä prosenttia sen painosta. Tämä on onnistunut magnesium-metallilla. Magnesiumiin liittyy kuitenkin se ongelma, että metallin kiderakenteelta vie kauan sekä luovuttaa vetyä että ottaa sitä vastaan. Siksi tutkijat ovat löytäneet muita materiaaleja, kuten litiumia, natriumia ja alumiinia, joihin on lisätty pieniä määriä raskaampaa metallia, kuten titaania. Nämä aineet voivat varastoida vetyä jopa 20 prosenttia painostaan, ja sekä ottaminen että luovuttaminen tapahtuu paljon nopeammin ja alemmissa lämpötiloissa kuin magnesiumia käytettäessä.
 

Kirjaudu sisään lukemaan lisää

Tehtävät

  • Monivalintatehtävä

  • Teematehtävät

    • 1Teematehtävät

       

      Miten vety voidaan sisällyttää tulevaisuuden energiajärjestelmiin? Kerro mahdollisuuksista ja haasteista.

    • 2Teematehtävät

       

      Etsi täältä Nordeniskolen.org-sivustosta tai netistä kuvaus siitä, miten polttokenno toimii. Näytä ja kerro, miten vetyä voidaan käyttää polttokennossa sähkön ja lämmön tuottamiseen.

  • Ystäväluokat

    • 1Ystäväluokat

       

      Keskustelkaa luokassa, mitä askeleita on otettava sen varmistamiseksi, että voimme tulevaisuudessa kuljettaa itseämme käyttämättä öljyä, kaasua tai muita fossiilisia polttoaineita. Esittäkää julisteessa aikataulu erilaisille toimille, joilla vedystä saadaan energiankantaja. Keskustelkaa erityisesti siitä, mitä ongelmia ja muutoksia se tuo yhteiskunnalle. Tällä hetkellä suuri osa Tanskan ja Norjan energiasta on esimerkiksi sidoksissa öljyn ja kaasun uuttamiseen Pohjanmerellä. Mistä elämme tulevaisuudessa? Kuka maksaa suuret muutokset?


      Jakakaa ajatuksenne ystävyysluokkanne kanssa. Mitä siellä on ajateltu? Kummalla on positiivisin tai negatiivisin tulevaisuudenkuva?