ALGEN ALS ENERGIEBRON Zouden algen voor een groot deel van de energie voorziening kunnen zorgen op scholen in Europa?
QuickTime™ en een -decompressor zijn vereist om deze afbeelding weer te geven.
Fleur de Haan & Elise Nolting Profielmentor: Sandra Elzinga Vakdocent: Peter de Haas Datum: 21 September 2011
Castricum, JPThijsse College
inhoudsopgave Inhoudsopgave
2
Hoofdstuk 1 o Voorwoord
4
Hoofdstuk 2 o Probleemanalyse
5
o Globaal o Europa en het klimaat probleem
5 7
o Het klimaat op lokaal niveau o Programma van eisen
Hoofdstuk 3 o Ontwerpvoorstel
7 8
10 10
o Hoe kunnen algen als schone brandstof dienen?
10
o Algen in de praktijk op het dak
11
Hoofdstuk 4 o Experiment o Aanleiding van het experiment o Experiment o Eisen waaraan het experiment moet voldoen 13 o Formulering van de eisen van het experiment 14 Hoofdstuk 5 o Resultaten o Resultaten o Tabellen zonne-uren
13 13 13 13
15 15 15 17
Hoofdstuk 6 o Berekeningen
18 18
Hoofdstuk 7 o Conclusie
21 21
2
Hoofdstuk 8 o Discussie
Hoofdstuk 9 o Bijlage o Plan van aanpak o Schema van aanpak o Logboek o Ideeentabel
23 23
25 25 25 26 27 31
Hoofdstuk 1 Voorwoord Om jongeren meer met het milieu bezig te laten zijn is het YES!-project opgericht, wat betekent Young Europeaan Specialists. Het YES!-project brengt jongeren in contact met professionals die elke dag met vraagstukken rondom het milieu bezig zijn. De bedoeling is dat de deelnemende scholieren hun eigen onderzoek opzetten waarbij het milieu en Europa centraal staan. Zo worden jongeren meer bewust van de milieu problemen, en staan de professionals meer in contact met de jongere mensen op deze wereld. De professionals komen op deze manier ook de ideeën van de jongeren over het milieu te weten en hiermee kunnen ze misschien zelf weer op andere goede ideeën komen. Zo is er sprake van een wisselwerking.
3
De reden waarom wij meedoen aan het YES!-project is omdat wij erg geïnteresseerd zijn in het milieu. Met het YES!-project krijg je de kans om én iets te onderzoeken wat betrekking heeft op het milieu én je onmoet verschillende professionals. Dit sprak ons erg aan. Daarom schreven wij ons in voor dit project. Ons onderzoek gaat over algen en de energie die zij eventueel kunnen produceren. Verder in dit verslag zullen wij uitvoerig bespreken wat precies onze plannen waren en hoe we die hebben uitgevoerd. Ook hebben wij een experiment gedaan om te kijken of onze plannen realistisch waren. Door ons experiment uit te hebben gevoerd zijn we er achter gekomen dat algen in de toekomst een goede energiebron zouden kunnen zijn, maar dat er op dit moment ook nog veel onderzoek naar moet worden gedaan.
Hoofdstuk 2 Probleemanalyse
QuickTime™ en een -decompressor zijn vereist om deze afbeelding weer te geven.
Globaal De milieu problemen zijn de laatste 20 à 30 jaar veel in het nieuws geweest, vele onderzoeken hebben bewezen dat de aarde opwarmt en dat de aarde verandert.1 Dit heeft verschillende oorzaken. Het gebruik van fossiele brandstoffen is QuickTime™ en een een van de bekendste oorzaken. -decompressor Omdat er bij de verbranding van zijn vereist om deze afbeelding w eer te geven. fossiele brandstoffen koolstofdioxide vrijkomt en dit zorgt voor het versterken van het natuurlijke broeikaseffect. Er wordt onderscheid gemaakt tussen 1
-http://www.algore.com/ http://www.11.be/11/dossiers/klimaat/artikel/detail/detail/1_klimaatopwarming_feit,1 03879 4
het natuurlijk broeikaseffect en het versterkt broeikaseffect. Het natuurlijke broeikaseffect houdt in dat er gassen zoals koolstofdioxide in de atmosfeer zijn die er voor zorgen dat warmte op aarde vastgehouden wordt. Afbeelding 1
Bij het natuurlijke broeikaseffect gebeurt het volgende, de stralen van de zon bereiken de aarde en een deel van de zonne-energie wordt op de aarde omgezet in warmte. Het andere deel wordt weer naar de atmosfeer teruggekaatst. Van die teruggekaatste zonnestralen wordt ook weer een deel tegengehouden door de broeikasgassen. Zie afbeelding 1. Dit effect, het natuurlijk broeikaseffect, is vernoemd naar de kassen die tuinders gebruiken voor het verbouwen van groente, bloemen en planten. De gassen in de atmosfeer hebben dezelfde werking als de glazen of plastic overkapping op broeikassen; namelijk voorkomen dat de ingevangen warmte ontsnapt en zo de temperatuur in de broeikas op laten lopen. Zonder dit broeikaseffect zou er geen leven op aarde mogelijk zijn, de temperatuur op aarde zou namelijk te laag zijn.2 Het versterkte broeikaseffect wordt in tegenstelling tot het natuurlijk broeikaseffect waarschijnlijk door de menselijke activiteit veroorzaakt. Maar hierover zijn onderzoekers het nog niet compleet eens. De versterking van het natuurlijke broeikaseffect gebeurt waarschijnlijk doordat de mensen verschillende gassen uitstoten, die meer warmte op de aarde vasthouden. De grootste oorzaak daarvan is de industriële revolutie. Door het gebruik van fossiele brandstoffen is de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer sterk toegenomen. Zie afbeelding 2.
Afbeelding 2
2
http://globalwarming.berrens.nl/broeikaseffect.htm 5
Daarnaast vermindert de mens de natuurlijke mogelijkheden om kooldioxide op te sluiten in de natuur; door het kappen van bossen komt de koolstofdioxide vrij die door de natuur was opgeslagen in bomen. Koolstofdioxide kan worden opgeslagen door middel van fotosynthese.3 Fotosynthese is een proces waarin lichtenergie wordt gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in koolhydraten, zoals glucose. Licht wordt opgevangen door chlorofyl en met behulp van de energie van het licht wordt water en koolstofdioxide omgezet in zuurstof en glucose. 4 Onder andere door de toename van het gebruik van fossiele brandstoffen en door het kappen van bossen stijgt de temperatuur op aarde. De afgelopen 100 jaar is de temperatuur op aarde 0,6 graad Celsius gestegen. Dat lijkt weinig maar zelfs een kleine stijging van de gemiddelde temperatuur wereldwijd kan al problemen geven voor mensen, dieren en planten. Door de temperatuurstijging zullen bijvoorbeeld de ijskappen smelten en daardoor zal de zeespiegel stijgen. Delen waar nu bijvoorbeeld mensen, dieren en planten leven zullen onder water komen te staan. Daarbij is er een veel grotere toename in temperatuur voorspeld voor deze eeuw. 1 Men dacht lange tijd niet na over het gebruik van fossiele brandstoffen, er zat genoeg in de grond en het was gemakkelijk te verkrijgen. Tegenwoordig wordt er ook veel gesproken over het probleem dat de fossiele brandstoffen dreigen op te raken. Door deze oorzaken wordt er op dit moment erg veel onderzoek gedaan naar schonere energiebronnen zoals windenergie, waterenergie en zonne-energie. Met schonere energiebronnen bedoelt men bronnen die langer meegaan of zelfs niet op kunnen raken en daarbij veel minder zwaar op het milieu drukken doordat er minder koolstofdioxide bij wordt uitgestoten. Maar aan deze soorten energie zitten ook nadelen. De kosten en de hoeveelheid koolstofdioxide die wordt uitgestoten bij de plaatsing van windturbines en zonnepanelen is bijvoorbeeld nog erg hoog. 5 Waterenergie heeft bijvoorbeeld weer als nadeel dat het niet overal mogelijk is om op te wekken, je hebt wel een waterbron nodig. Daarbij heeft een waterkrachtcentrale veel ruimte nodig waardoor er bijvoorbeeld veel natuur verloren gaat. 6 Een andere bron van energie is biomassa. Biomassa bestaat uit organische materialen, zoals hout, gft-afval, maar ook plantaardige olie, mest en (delen van) speciaal hiervoor geteelde gewassen. Door biomassa te verbranden krijg je energie. In Nederland komt 90% van onze duurzame energie uit de verbanding van biomassa. Het nadeel van het speciaal verbouwen van voedselgewassen die kunnen dienen als biomassa is dat dankzij de stijgende vraag de prijs sterk kan stijgen. Het verbouwen van niet-eetbare gewassen alleen voor de biobrandstof is ook geen optie omdat hierdoor veel
3
http://globalwarming.berrens.nl/broeikaseffect.htm http://www.vcbio.science.ru.nl/virtuallessons/leaf/photosynthesis/ 1 http://globalwarming.berrens.nl/broeikaseffect.htm 5 www.energievergelijker.nl/energie-soorten.html 6 www.lenntech.nl/water-energie-faq.htm 4
6
waardevolle landbouwgrond verloren gaat. Dit dilemma wordt ook wel food vs. fuel genoemd en staat momenteel flink in de aandacht. Een goede oplossing zou kunnen zijn het verbouwen van algen. Microalgen zijn eencellige fotosynthetische micro-organismen die in een waterige omgeving leven. Fotosynthetisch wil zeggen dat de algen zonlicht gebruiken als energiebron om minerale verbindingen om te zetten in levende biomassa. Algen zouden dus ook kunnen dienen als energiebron. Het grote voordeel van algen is dat ze ook in het water kunnen groeien en op onbruikbare plekken voor de landbouw.7
Europa en het klimaatprobleem De Europese Unie neemt de strijd tegen klimaatverandering zeer serieus en spant zich zowel op Europees als internationaal niveau in om klimaatverandering tegen te gaan. De volgende drie doelstellingen voor 2020 (ten opzichte van 1990) waren al in maart 2007 overeengekomen: • -
20% vermindering van de uitstoot van broeikasgassen (dit kan oplopen tot 30% wanneer er een internationaal klimaatakkoord wordt gesloten)
• -
20% minder energieverbruik
• -
20% van het totale energiegebruik moet afkomstig zijn uit hernieuwbare energie, zoals wind- en zonne-energie
Bovendien moet in 2020 10% van de totale behoefte aan brandstoffen in de vervoerssector gedekt worden door biobrandstof. Het doel van deze afspraken is de gemiddelde, wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot minder dan 2°C: het niveau van vóór de opkomst van de industrie. Dus van voor de periode dat er veel extra koolstofdioxide werd uitgestoten. De eerste doelstelling sluit goed aan bij ons onderzoek naar de algen.8 Dit zijn ambitieuze doelstellingen waarvoor veel zal moeten veranderen in Europa. Het klimaatprobleem op lokaal niveau Het klimaatprobleem mag dan wel een wereldwijd probleem zijn. De verschillen moeten juist op lokaal niveau gemaakt worden. Scholen en kantoren gebruik erg veel energie. De energie komt nog niet altijd van schone energiebronnen. Daar zou veel verbetering in kunnen worden gemaakt. Neem bijvoorbeeld onze school het Jac. P. Thijsse college. Er zitten ongeveer 2000 leerlingen op deze school. De school is dus erg groot en verbruikt erg veel energie. Al deze energie wordt verkregen door het gebruiken van fossiele brandstoffen, en zoals eerder is uitgelegd komt er hierdoor veel 7 8
http://www.clubgreen.nl/vraag/Microalgen.html http://www.europa-nu.nl/id/vhesf063wxu9/europese_aanpak_klimaatverandering 7
koolstofdioxide vrij. Hoe zou een school gebruik kunnen maken van een schonere energie vorm en daar ook zelf voor kunnen zorgen? Programma van eisen Op een school worden elke week heel veel leerlingen ontvangen en het is dan ook meer dan logisch dat de school heel veel energie gebruikt om te zorgen voor licht, verwarming en elektriciteit. Maar tot nu toe wordt er op veel scholen gebruik gemaakt van fossiele brandstoffen die zoals eerder genoemd helemaal niet goed zijn voor het milieu. Het zou daarom goed zijn als de school groene energie zou gaan gebruiken in plaats van bijvoorbeeld fossiele brandstoffen. Maar er zijn wel veel eisen waaraan moet worden voldaan om het gebruik van groene energie mogelijk te maken.
-
Er moet voldoende energie geleverd worden. Het aanzicht van de school moet hetzelfde blijven Het moet milieuvriendelijker worden
Met al deze eisen is de volgende ideeëntabel tot stand gekomen Idee 1
Idee 2
Idee 3
Idee 4
Energie
Fossiele brandstoffen
Zonnecollectoren op het dak
Zonneboiler op het dak
Algen op het dak
Aanzien van de school Milieu vriendelijk
Onder de grond
Op het dak
Isolatie beter maken
Recyclen van dingen zoals het afval water
Alternatieve energiebronnen gebruiken
Aan de hand van deze ideeëntabel kun je een aantal oplossingen bedenken. Je zou door kunnen gaan met het stoken van fossiele brandstoffen om de school te voorzien van energie, maar dit is slecht voor het milieu en de voorraden fossiele brandstoffen raken op. Daarom is het een goede oplossing om met alternatieve energiebronnen energie op te wekken. Dit kan zoals in de ideeëntabel staat op meerdere manieren gebeuren. Ook is het belangrijk dat het aanzien van de school blijft zoals het was toen er nog fossiele brandstoffen gebruikt werden. Je kunt daarom installaties bouwen onder de grond of op het dak. Onder de grond is echter geen oplossing als je gebruik wilt maken van bijvoorbeeld zonnecollectoren, zonneboilers en algen omdat deze oplossingen alle drie zonlicht nodig hebben. De oplossingen die overblijven zijn zonnecollector, een zonneboiler of algen op het dak plaatsen. Algen zijn bacteriën die heel snel groeien, en biobrandstof kunnen leveren. Het leek ons daarom een goede oplossing om algen op het dak te kweken en daar energie vandaan te halen. 8
Hoofdstuk 3 Ontwerpvoorstel De kweek van algen lijkt een goede oplossing te zijn voor het milieu probleem. Alle eisen komen bij de kweek van algen aan bod - er wordt energie geleverd - Het aanzien van de school blijft hetzelfde want vanaf de straat is niet te zien dat er algen op het dak groeien
9
-
De school gebruikt groene energie dus is heel milieuvriendelijk bezig. Dit werkt ook goed voor het imago van de school.
Maar hoe kunnen algen eigenlijk als een schone brandstof dienen? Door biomassa te verbranden komt er energie vrij die kan dienen als brandstof. Algen zijn geschikter als biobrandstof dan bijvoorbeeld maïs. De productiviteit van algen is namelijk veel hoger dan die van landbouwgewassen en bovendien kunnen algen op zeewater groeien. Op dit moment zijn de kosten van de biomassa uit algen halen voor biobrandstoffen nog 10 keer te hoog om te concurreren met huidige brandstoffen. 9 Er wordt echter wel voorspeld dat de algen de toekomst hebben. Het grote voordeel van algen is dat algen niet op kostbare landbouwgrond hoeven te groeien. Algen zouden juist ook op verloren plekken kunnen groeien zoals op daken en in zee. Veel daken vooral in warmere landen zijn plat en daarop zou best in de toekomst een algen installatie gemaakt kunnen worden. Een ander belangrijk voordeel van algen boven bijvoorbeeld maïs is dat algen geen schoon water nodig hebben. Algen kunnen even goed gekweekt worden in zout-, brak- of afvalwater, en dit is voldoende aanwezig. Doordat algen verschillende mineralen uit het water onttrekken, hebben ze ook nog een zuiverende werking, en laten ze in veel gevallen schoner water achter. Dit laatste is niet nieuw: het gebruik van algen voor waterzuivering vindt al jaren op verschillende manier plaats.10 Algen in de praktijk op het dak Er zijn diverse kweeksystemen zoals buisreactoren en de klassieke ‘open vijver’. In een buisreactor worden de algen in water opgelost en in een dichtsysteem rond gepompt. De buizen zijn van glas gemaakt zodat er wel zonlicht bij kan komen voor de groei. Doordat de buizen zijn afgesloten heb je bij een buisreactor geen last van invloeden van buitenaf en zullen de algen sneller groeien dan in een ‘open’ vijver. 11 In afbeelding 2 zie je hoe een buisreactor in zijn werk gaat.
9
http://www.wur.nl/nl/nieuwsagenda/archief/nieuws/2010/Wageningen_UR_bouwt_on derzoeksfaciliteit_voor_algen.htm 10 http://www.twanetwerk.nl/default.ashx?DocumentId=10159 11 www.elsevier.com/locate/biotechadv 10
afbeelding 2 De kweek van algen in een ‘open vijver’ is makkelijker. Denk daarbij maar aan de vervelende algen in bijvoorbeeld je eigen sloot, zonder enige hulp groeien ze alsnog snel. Bij een ‘open vijver’ heb je eigenlijk alleen een vijver nodig met daarin een zuurstofpompje en een voedingsregelaar zodat de algen zo snel mogelijk groeien maar wel met zo min mogelijk hulp. De kweek van algen kan natuurlijk op het platte dak van een school, maar is ook goed mogelijk in bijvoorbeeld kantoorgebouwen. Vanzelfsprekend kun je algen in heel Europa op platte daken kweken. Natuurlijk zouden de algen op een dak in een land met meer zonuren beter groeien dan in een land met minder zonuren. Omdat voor heel Europa van elke plaats bekend is wat de zonintensiteit is, hebben we doorgerekend waar de hoogste opbrengst behaald zou kunnen worden. Het grensgebied tussen Spanje en Portugal krijgt substantieel meer zonne-uren dan de rest van Europa.12 Voor de groei van algen is vanzelfsprekend zonlicht nodig. Algen groeien net zoals alle andere planten door middel van fotosynthese. In landen in Europa met meer zonuren zullen de algen sneller groeien en levert het kweken van algen dus veel meer op.
12
http://www.kennislink.nl/publicaties/het-veredelen-en-melken-van-algen
11
Hoofdstuk 4 Experiment Aanleiding van het experiment Met de theorie uit de vorige hoofdstukken en de ideeëntabel hebben wij een experiment gedaan om te kijken of algen kunnen bijdragen aan de energie behoefte op scholen in Europa. Hiervoor gaan wij kijken naar de algen. Hoeveel energie leveren ze eigenlijk zodra het hele dak volstaat? En hoeveel energie verbruikt de school zonder de hulp van de algen? Vraag Zouden algen voor een groot deel van de energie voorziening kunnen zorgen op scholen in Europa? Hypothese Wij denken dat de algen goed zullen gaan groeien op het dak. In principe zijn alle middelen aanwezig die er voor zorgen dat de algen optimaal kunnen groeien. Op sommige zaken hebben we geen invloed zoals bijvoorbeeld de zonintensiteit maar doordat het experiment in de lente/zomer wordt gedaan gaan wij er van uit dat de zonintensiteit redelijk groot is. Materiaal -2 aquariums -Algen (chlorella) -luchtpompje -medium -aluminiumfolie -roervlo -brander -bekerglazen 12
Methode We hebben 2 aquariums op het dak geplaatst en in elke aquarium 50 ml algen (chlorella) gestopt. Beide aquariums hebben we aangevuld tot 4 liter met gedestilleerd water. Ook hebben we met een luchtpompje ervoor gezorgd dat het water in beweging bleef zodat de algen niet naar de bodem zouden zakken. Het medium van de algen hebben we in de juiste hoeveelheden gemaakt en bij de algen gevoegd. Over beide bakken hebben we aluminiumfolie geplaatst zodat we geen last hadden van invloeden van buitenaf en zodat we minder water zouden verliezen door verdamping doordat het opgestegen vocht wordt tegengehouden door het aluminiumfolie. De overige 100 ml algen hebben we op een roervlo geplaatst als reserve voor als het mis zou gaan. Bij elke meting hebben we 50 ml uit beide bakken gehaald. Dit hebben we ingedampt en gewogen. Eisen waaraan het experiment moet voldoen -De bakken moeten in het zonlicht staan -De algen hebben koolstofdioxide nodig -De algen hebben voedingstoffen nodig -De algen moeten continu in ‘beweging’ zijn -De hoeveelheid in de bakken moet 4 liter blijven Formulering van de eisen van het experiment We hebben zonlicht nodig voor de groei van de algen en daarom hebben we ervoor gekozen om de algen in een aquarium op het dak te zetten. Op het dak heb je het minste last van schaduw en doordat de aquariums van glas zijn houdt dat het zonlicht ook niet tegen. Daarbij is dit natuurlijk ook de meest logische plek om in de toekomst reactoren te bouwen en zouden we dus vergelijkbare resultaten krijgen. Koolstofdioxide zit in de lucht en doordat scholen meestal in bebouwde gebieden liggen is er zeker geen tekort aan koolstofdioxide in de lucht. Voedingstoffen kan je natuurlijk maken met het medium dat we hadden. Om ze algen in beweging te houden was er een luchtpompje nodig. Doordat er 2 gaten in de onderkant van de bak zaten was het mogelijk om via een slang continu zuurstof in de bak te pompen. Hierdoor bleef het in beweging. Door regelmatig bij te vullen met gedestilleerd water bleef de hoeveel op 4 liter. Dit experiment is vergelijkbaar met een open systeem.
13
QuickTime™ en een -decompressor zijn vereist om deze afbeelding weer te geven.
Afbeelding 3; onze bakken op het dak
Hoofdstuk 5 resultaten groei Algen
0,25 0,2 bak 1 bak 2
0,15 0,1 0,05 0 28 -4 -2 01 1 5520 11 12 -5 -2 01 1 19 -5 -2 01 26 1 -5 -2 01 1 2620 11
drooggewicht algen
0,3
meetpunten
14
bak 1 28-apr 10-mei 23-mei 30-mei 6-jun
bak 2 0,062 0,133 0,285 0,245 0,227
0,15 0,121 0,173 0,124 0,137
In deze grafiek zie je hoeveel de algen gegroeid zijn, op de x-as staan de data’s waarop wij gemeten hebben. Op de Y-as kun je het drooggewicht van de algen aflezen in gram. Je ziet dat de bak 1 het meest groeit t.o.v. bak 2.
Aantal zonuren
totaal aantal uren
140 120 100 80 60 40 20 0 28-apr
10-mei
23-mei
30-mei
6-jun
datum
In deze grafiek is te zien hoeveel uren zon de algen gehad hebben in de periodes tussen de meetmomenten.
15
gem. groei uitgezet tegen het gem. aantal zonuren 0,08
gem. groei
0,06 0,04 0,02
gem. Groei bak1 gem. Groei bak2
0 -0,02 0
5
10
15
-0,04 -0,06 gem. aantal zonuren
Zonuren gem. Groei bak1 gem. Groei bak2
6,7 0,0109 0,004
8,4 -0,041 -0,006
9,6 -0,002 0,002
10 0,071 -0,002
In deze grafiek is de groei van de algen per bak per dag te zien uitgezet tegen het gemiddelde aantal zonuren per dag.
Tabellen zonne-uren In de tabellen hieronder zijn het gemiddeld aantal zonuren per maand en per jaar aangegeven van verschillende plekken in Europa. 13 Gemiddeld aantal zonuren in Nederland (gemiddeld) jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec Aantal zonuren 1.4 2.6 3.4 5.4 6.8 6.8 6.5 6.2 4.5 3.3 1.8 1.2 gemiddeld per dag Totaal aantal zonuren gemiddeld per jaar in Nederland 1.521 Gemiddeld aantal zonuren Madrid (Spanje) jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec Aantal zonuren 5.0 6.2 6.0 7.8 9.0 10.7 12.4 11.6 8.5 6.6 5.3 4.4 gemiddeld per dag Totaal aantal zonuren gemiddeld per jaar Madrid (Spanje)
2.848
Gemiddeld aantal zonuren Turkse Rivièra (Antalya, Turkije) 13
http://www.zonuren.nl/europa-(n).html 16
jan feb mrt apr mei jun jul Aantal zonuren gemiddeld per dag
aug sep okt nov dec
4.8 6.6 7.3 8.4 10.5 12.3 12.8 12.2 10.8 8.6 6.8 5.4
Totaal aantal zonuren gemiddeld per jaar Turkse Rivièra (Antalya, Turkije)
3.243
Gemiddeld aantal zonuren Reykjavik (IJsland) jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec Aantal zonuren 0.9 1.9 3.6 4.7 6.2 5.4 5.5 5.0 4.2 2.7 1.3 0.4 gemiddeld per dag Totaal aantal zonuren gemiddeld per jaar Reykjavik (IJsland)
1.268
Gemiddeld aantal zonuren Noordkaap (Noorwegen) jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec Aantal zonuren 0.1 1.3 3.3 5.9 5.5 6.7 7.2 5.7 3.2 1.7 0.2 0.1 gemiddeld per dag Totaal aantal zonuren gemiddeld per jaar Noordkaap (Noorwegen)
1.248
Hoofdstuk 6 Berekeningen
17
QuickTime™ en een -decompressor zijn vereist om deze afbeelding weer te geven.
14
De school heeft ongeveer een dakoppervlakte van 5000m 2 De bakken zijn (L*B*H) 50x20x8, de inhoud van deze bakken is dan 8 liter. Oppervlakte van de bakken: 0,08x0,20=0,016m2 Als we het gehele oppervlak van het dak zouden kunnen gebruiken zouden we uitkomen op 5000m2/0,016m2= 312.500 bakken op het dak Bij het meten hebben wij bakjes gebruikt van 50 ml. Deze past 160 x in de bakken van 8 liter want 8000 ml : 50 ml = 160 keer
De grootste toename is in bak 1 en die grootste toename was tussen 28 april en 35 mei. Die toename was in totaal: 0,285-0,062=0,223 gram. De algen waren dus 0,223 gram gegroeid per 50 ml in 25 dagen.
14
https://extranet.jpthijsse.nl/Exchange/5855/Inbox/RE:%20heeeelp!.EML/110407_bio dieselfrommicroalgae.pdf/C58EA28C-18C0-4a97-9AF2036E93DDAFB3/110407_biodieselfrommicroalgae.pdf?attach=1 18
Per dag waren ze dus gemiddeld 0,223/25= 0,00892 per 50 ml gegroeid. 0,00892 x 160 = 1,4272 gram algen per dag per bak 1,4272*312500= 446000 gram = 446,0 kg algen die geproduceerd worden op het hele dak van de school (5000 m2) per dag. areal productivity: 0,035 kg m-2/d-1 Sestem geometry: 978 m2 Bij elkaar produceren ze dus 0,035*978=34,23 kg/dag bij 978 m 2 978 : 34,23 = 28,57 zoveel produceren ze per m 2 bij een totaal oppervlakte van 978 m2 978 : 5000 = 0,1956 0,1956 x 446,0 = 87,23 87,23 : 28,57 = 3,05 99,4 x 3 = 303,51 Als wij ook een oppervlakte van 978 m2 zouden hebben dan zouden we 0,1956 x minder oppervlakte hebben dan dat onze school in werkelijkheid heeft en als je dit getal keer het aantal kg wat we krijgen bij de oppervlakte van ons dak namelijk 446,0 kg krijg je 3,05 keer zoveel algen als wat het tabelletje uitwijst. Dit betekent dat we in plaats van 99,4 m 3 per ha-1, 303,51 m3 per ha-1 krijgt. Wij hebben een oppervlakte van 5000m2 dat is 0,5 ha, dus wij krijgen in totaal 303,51 x 0,5 = 151,755 m3 olie uit de algen. 1 m3 = 1000 liter 151,755 m3= 151755,0 liter olie. De dichtheid van stookolie is 0,84 kg/l Verbrandingsenergie van stookolie15
Stookolie (licht) Stookolie (licht) Stookolie (middel) Stookolie (middel) Stookolie (zwaar) Stookolie (zwaar) 15
41.78, 43.5 MJ/kg 41.5 MJ/L 43.1 MJ/kg 41.9 MJ/L 41.0, 41.13, 42.6 MJ/kg 41.2, 42.0 MJ/L
http://home.kpn.nl/vanadovv/Energ.html 19
Gemiddelde verbrandingsenergie van stookolie: 42,64+41,5+43,1+41,9+41,58+41,6= 42,0533333 151755,0 x 0.84 = 127474,2 kg biodiesel 127474,2 x 42,05 = 5.360.290,11 MJ Uiteindelijk kunnen wij uit onze algen op het dak van de school ongeveer 5.360.290,11 MJ energie halen. Het gemiddelde energiegebruik in een zelfde soort pand als onze school bedraagt 920 MJ/m2 Onze school heeft ongeveer een gebruiksoppervlakte van 1300 m 2 en gebruikt in een jaar dus ongeveer 920 x 13000 = 11.960.000 MJ Hieruit blijkt dat de algen op het dak niet alle nodige energie kunnen maken maar wel bijna de helft. Want: 11.960.000 – 5.360.290,11 = 6.599.709,89
Hoofdstuk 7 Conclusie Als we naar onze onderzoeksresultaten kijken en naar de berekeningen die daarop volgden, kunnen wij concluderen dat de algen voor een groot deel van de energie voorziening op onze school kunnen zorgen. Dit zeggen we wel met de nadruk op kunnen, de algen in de bak 1 zouden iets meer dan 5 miljoen Mega Joule kunnen oplever en dat is erg veel. Daarentegen groeide de andere bak nauwelijks meetbaar en uit deze bak zouden we eigenlijk geen energie uit kunnen halen. De resultaten zijn dus erg verschillend en dit maakt het lastig om de juiste conclusie te trekken. Als we van de positieve bak uitgaan zou de school bijna de helft van de totale energie kunnen besparen! Hierbij moeten we er wel bij vermelden dat we het experiment hebben uitgevoerd tijdens de maanden dat er over het algemeen het meeste zonne-uren per dag zijn. En dat groei van de biomassa van de algen in deze maanden dus hoger zal zijn dan in de winter maanden. Maar
20
als nog is de kweek van algen erg goed voor het milieu en het zou wellicht een goed idee kunnen zijn voor bijvoorbeeld meerdere scholen en kantoorgebouwen. Jammer genoeg kunnen de algen op dit moment nog niet voor de totale energievoorziening op onze school zorgen. Als we van de andere bak zouden uitgaan dan zou de groei minimaal zijn. Wat zou betekenen dat de kweek van algen niet een goede schone energiebron zou kunnen zijn. We zijn er niet erachter gekomen of de algen in de maanden dat er veel zonuren waren sneller groeide dan in de maanden met minder zonuren. In de grafiek kun je niet duidelijk zien of de groei stijging te maken heeft met een stijging van het aantal zonuren. Door de vage uitkomst zijn we er van uitgegaan dat de theorie klopt en dat de algen beter zouden groeien als er meer zonuren in een maand waren. Dit zou beteken dat algen beter zouden groeien in landen met meer zonuren. In de tabellen waarin het gemiddeld aantal zonuren per jaar staan is te zien dat in bijvoorbeeld Madrid het gemiddeld aantal zonuren per jaar bijna 2x zo groot is. Dat betekent dat de algen daar veel sneller zouden groeien. Dus waarschijnlijk kan de algen zeker in andere landen in Europa met meer zonuren een goede energiebron zijn. Algen zouden misschien zelfs op andere plekken in Europa voor de totale energie voorziening kunnen zorgen. De conclusie is dat algen een goede milieu vriendelijke oplossing is voor het dreigende tekort aan fossiele brandstoffen. Voor nu is het misschien nog niet rendabel omdat de installaties etc. nog zeer prijzig zijn en daarbij zou er ook rekening moeten worden gehouden met de bouw van verschillende gebouwen, er zou natuurlijk een extra gewicht op het dak komen en daar moet het gebouw wel voor bestand zijn. Dit zijn nog de obstakels maar in de toekomst is dit zeker een goede oplossing!
21
Hoofdstuk 8 Discussie Als we dit project nog een keer over zouden doen dan zouden we veel dingen kunnen verbeteren. Voornamelijk aan ons experiment zou je veel kunnen verbeteren. We hadden veel beter eerder kunnen beginnen zodat we langer konden doormeten en dus meer gegevens zouden hebben. Doordat we eigenlijk alleen in de lente en de zomer de algen op het dak hadden zijn de resultaten eigenlijk niet reëel voor het hele jaar. In de winter is er vanzelfsprekend veel minder zonlicht en zullen de algen veel minder snel groeien. Daarbij hadden we ook een erg goed voorjaar en waren er erg veel zonuren, welke er normaal gesproken niet altijd zijn. Ook hadden we de algen beter op een meer regelmatige basis kunnen meten. Nu hadden we bijvoorbeeld een meting met 13 dagen ertussen en een meting met 7 dagen. Als je dit experiment echt nauwkeurig zou willen doen zou je de algen bijvoorbeeld elke maandag moeten meten en niet een week overslaan. Maar door verschillende buitenschoolse activiteiten konden wij niet elke week onze metingen verrichten. In de bakken zelf verdampte erg veel water, doordat we niet zelf naar het dak mochten maar altijd onder toezicht het dak op moesten konden we de bakken niet elke dag bijvullen met water. Hierdoor is de groei van de algen misschien ook verminderd. Omdat de algen hierdoor meer op elkaar zaten en uiteindelijk
22
elkaar zonlicht tegen hielden. De meting zou ook veel nauwkeuriger kunnen. Doordat we steeds maar 50 ml algen indampte was er ook maar heel weinig drooggewicht dat we konden wegen. Helaas heeft het Jac.P.Thijsse alleen een weegschaal met 3 cijfers achter de komma, hiermee hebben wij gemeten. Maar de universiteit van Wageningen had ons eigenlijk geadviseerd om een weegschaal te gebruiken met 4 cijfers achter de komma, bij een eventueel vervolg onderzoek zouden we een andere weegschaal moeten gebruiken. Ook is het bij een vervolg onderzoek handiger als we grotere aquaria gebruiken. We kunnen dan meer dan 50 ml algen uit de aquaria halen en zo kunnen we het drooggewicht preciezer meten. Hierdoor zouden we waarschijnlijk betere resultaten krijgen. De laatste verbetering heeft betrekking tot het aantal bakken waarmee we het experiment deden. Wij hadden er nu 2 maar in bak 2 werd er nauwelijks groei geconstateerd. Het drooggewicht schommelde een beetje op en neer en uiteindelijk hebben wij niet heel veel gehad aan deze bak. In het vervolg zouden we meer bakken kunnen plaatsen en kijken of dit vaker voorkomt of dat we met deze bak gewoon “pech” hadden. Vanzelfsprekend worden de meetgegevens bij meerdere bakken nauwkeuriger.
23
Hoofdstuk 9 Bijlage Plan van aanpak Zoals in het schema in de bijlage te zien is hebben we het volgende plan van aanpak gekozen. Allereerst wonen wij de verschillende ‘introductie’ dagen bij die het YES!-project organiseert. We doen daar verschillende ideeën op van professionals en zullen deze informatie meenemen naar school om daar samen met onze vakdocent de brainstormen over ons mogelijke onderzoek. Nadat we onze onderzoeksvraag hebben bedacht met de bijbehorende deelvragen kunnen we gaan kijken hoe we ons onderzoek gaan uitvoeren en wat voor middelen we daarvoor nodig hebben. We zullen kijken of we voor deze middelen misschien contact kunnen opnemen met de universiteit van Wageningen, aangezien het YES!-project samen werkt met de studenten van Wageningen. Zodra we het onderzoek opgezet hebben zullen we nauwkeurig zo vaak mogelijk metingen gaan doen, dit doen wij om zo enigszins betrouwbare resultaten te krijgen. Als we een aantal goede resultaten hebben zullen we deze gaan uitwerken en d.m.v grafieken en dergelijke onze conclusie trekken. Zoals in het schema te zien is hebben wij gekozen om te gaan kijken of het rendabel is, voor bijvoorbeeld een school, om d.m.v het verbranden van algen energie op te wekken waarbij de energie die de school nodig heeft door de algen gegeven word. In het schema staat precies wanneer we wat moeten doen en wanneer er belangrijke milestones zijn. We zullen ons hier goed aanhouden zodat we niet achter gaan lopen op ons schema.
schema van aanpak
24
Logboek Datum 26/27 jan 2011
Wat is er gedaan? Brussel en Wageningen
Door wie is het gedaan? Fleur en Elise
De tijd die we gebruikt hebben 2 dagen
25
2 feb 2011
4 feb 2011 9 feb 2011 28 feb 2011 Week 10/11/12/13
24 maart 2011 Week 14
12 april 2011
20 april 2011 Week 15/16
Week 17
Gebrainstormd over onderzoeksvraag Verder met onderzoeksvraag Onderzoeksvraag vastgesteld Tilburg Bedenken hoe we ons onderzoek gaan doen en op internet naar de mogelijkheden zoeken Den Haag Contact gezocht met Anne Klok van de universiteit in Wageningen, en een afspraak gemaakt voor volgende week Bezoek aan Wageningen, algen + aquariums opgehaald en meegenomen naar school Den Haag Contact opgenomen met de TOA van scheikunde om voor de voedingsstoffen van de algen te zorgen. Klaarzetten van alle middelen die nodig waren voor het opzetten van ons onderzoek op het dak (slangetjes, luchtpomp, aquariums) en het mengsel met de scheikundige stoffen maken.
Fleur, Elise en PHa
30 min
Fleur, Elise en PHa Fleur, Elise en PHa Fleur en Elise Fleur en Elise
20 min
Fleur en Elise Fleur en Elise
1 dag 7 dagen
Fleur en Elise
1 dag
Fleur en Elise Fleur en Elise
1 dag 100 min
Fleur en Elise
150 min.
10 min 1 dag ---
26
28 april 2011
10 mei 2011 23 mei 2011 30 mei 2011 6 juni 2011 Week 24 Week 25/26 5 juli 2011
6 juli 2011
19 september
19 september
Eerste meting op het dak, en goed uitgezocht hoe we de algen het beste kunnen meten. 2e meting uitvoeren 3e meting uitvoeren 4e meting uitvoeren 5e meting uitvoeren Informatie opgezocht Proefwerkweek Resultaten uitgewerkt, verslag in grote lijnen in elkaar gezet Gesprekje gehad met PHa over onze resultaten, bedacht hoe we dat beter konden doen. Nog meer informatie opgezocht en het verslag verder geschreven. En aan het einde van de dag inleveren wat we nu hebben. Alle informatie die voor de vakantie hadden bij elkaar zoeken en kijken wat het commentaar van de vakdocent was Berekent wat de oppervlakte van het dak is en hoeveel energie we uit de algen op het dak kunnen halen
Fleur en Elise
150 min.
Fleur en Elise
100 min.
Fleur en Elise
100 min.
Fleur en Elise
100 min.
Fleur en Elise
100 min.
Fleur en Elise
50 min.
Proefwerkweeek Fleur en Elise
Proefwerkweek 6 uur
Fleur en Elise
6 uur
Fleur en Elise
2 uur
Fleur en Elise
2 uur
27
19 september
20 september
20 september 20 september
Thuis verder alle niet goede dingen verbeterd en de berekeningen bijgevoegd bij de rest wat we al hadden, Hele document doorlezen en alles aanvullen met extra informatie en plaatjes Discussie schrijven Conclusie en het hele document overnieuw schrijven en de inhoudsopgave goed maken
Fleur en Elise
4 uur
Fleur en Elise
2
Fleur en Elise
1
Fleur en Elise
6
28
29
30
