MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA BIOLOGIE

Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ Diplomová práce

Brno 2015

Vedoucí diplomové práce: Mgr. Libuše Vodová, Ph. D.

Vypracovala: Bc. Martina Drozdová

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval/a samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů. Souhlasím, aby diplomová práce byla uložena v knihovně Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně 30. 3. 2015 podpis 3

Poděkování Tímto bych s velkou vděčností poděkovala Mgr. Libuši Vodové, Ph.D. za vedení, užitečné rady a připomínky k vypracování této diplomové práce.

4

OBSAH 1

ÚVOD ........................................................................................................................ 7 1.1. Cíle diplomové práce ............................................................................................... 8 1.2. Stanovené hypotézy ................................................................................................. 8

2

LITERÁRNÍ REŠERŠE ............................................................................................ 9 2.1. Biomasa...................................................................................................................9 2.1.1. Vznik rostlinné biomasy ..................................................................................... 9 2.1.2. Rozmnožování rostlinné biomasy .................................................................... 11 2.1.3. Růst a vývoj biomasy ....................................................................................... 12 2.1.4. Složení rostlinné biomasy ................................................................................ 14 2.2. Druhy biomasy....................................................................................................... 15 2.2.1. Odpadní biomasa .............................................................................................. 15 2.2.2. Cíleně pěstovaná biomasa..................................................................................17 2.3. Technologie zpracování biomasy......................................................................... 27 2.3.1. Spalování...........................................................................................................27 2.3.2. Pyrolýzy............................................................................................................29 2.3.3. Zplyňování........................................................................................................29 2.3.4. Aerobní fermentace...........................................................................................29 2.3.5. Anaerobní fermentace.......................................................................................30 2.3.6. Alkoholové kvašení...........................................................................................30 2.3.7. Esterifikace........................................................................................................31 2.4. Výhody biomasy..................................................................................................31 2.5. Nevýhody biomasy..............................................................................................32

3

METODIKA ............................................................................................................ 33 3.1. Metodika analýzy učebnic.....................................................................................33 3.2. Metodika tvorby prostředků výuky........................................................................33 3.3. Metodika pretestu/posttestu...................................................................................35

5

3.4. Použité metody por vyhodnocení dat......................................................................36 4

POSTAVENÍ PROBLEMATIKY BIOMASY V PLATNÝCH KURIKULÁRNÍCH

DOKUMENTECH A UČEBNICÍCH PRO ZÁKLADNÍ ŠKOLY ................................ 38 4.1. Kurikulární dokumenty ........................................................................................ 38 4.1.1. Charakteristika vzdělávací oblasti Člověk a příroda.........................................38 4.1.2. Vzdělávací obory...............................................................................................40 4.1.3. Průřezová témata...............................................................................................42 4.1.4. Charakteristika tematických okruhů průřezového tématu Environmentální výchova.......................................................................................................................44 4.2. Platné učebnice.......................................................................................................44 5

VÝSLEDKY ............................................................................................................ 51

6

DISKUZE ................................................................................................................ 68

7

ZÁVĚR .................................................................................................................... 71

8

SEZNAM LITERATURY ....................................................................................... 72

9

SHRNUTÍ ................................................................................................................ 76

10 SEZNAM PŘÍLOH .................................................................................................. 78

6

1 ÚVOD Fosilní paliva, na kterých je naše současná společnost nepochybně závislá, mají omezené množství zásob. Tyto zásoby, i přes pokrok v technologii jejich těžby, se zmenšují alarmující rychlostí a jejich dodávky budou po celém světě nakonec vyčerpány. Fosilní paliva poskytují přibližně 60 % světové globální energie. Jen v roce 2013 se spotřeba vyšplhala na 78,4 % světové spotřeby. Spalováním fosilních paliv vzniká velké množství emisí, které vysoce znečišťují ovzduší. Tyto látky, jako jsou oxidy uhlíku, dusíku, síry a další polutanty, způsobují vznik kyselých dešťů a posilují skleníkový efekt, a s tím spojené globální oteplování a změnu klimatu. Z důvodu ochrany ovzduší, snížení eskalace změny klimatu, předpokládaného vyčerpání fosilních paliv a omezení závislosti na dodávkách těchto paliv z tzv. rizikových států, se pozornost v poslední době přesouvá na zkoumání alternativních zdrojů energie. Obnovitelné zdroje energie (OZE) jsou přírodní zdroje, které mají schopnost částečné nebo úplné obnovy v řádu desítek let, na rozdíl od paliv fosilních, kde se obnova pohybuje v řádech stovek a tisíců let. Dle primárního zdroje se dělí na sluneční energii a geotermální energii. Využíváním energie Slunce získáváme energii solární, větrnou, vodní a energii biomasy. Světová spotřeba obnovitelných zdrojů pokrývá pouhých 19 %, z čehož nejvýznamnější podíl energetické bilance představuje biomasa, a to asi ze 73 %. Biomasa je veškerá organická hmota vytvořená rostlinami a živočichy. Při spalování biomasy se do ovzduší uvolňuje oxid uhličitý (dále CO2) a vodní pára. Přičemž množství CO2 téměř odpovídá množství CO2 spotřebovaného při růstu a tvorbě biomasy. Proto se energie z často označuje jako „CO2 neutrální“ Využívání biomasy je žádoucí z hlediska ohleduplnosti k životnímu prostředí. Bioenergie je získávána, buď z cíleně pěstované biomasy, anebo z odpadní biomasy. V obou případech se využívá k výrobě teplené energie, elektrické energie, anebo v jejich kombinaci. Biomasa má tedy z alternativních zdrojů energie největší potenciál a v budoucnu by mohla nahradit podstatnou část fosilních paliv. Průřezové téma Environmentální výchova má směřovat k souladu člověka s přírodou, s životním prostředním a s trvale udržitelným rozvojem. Jeho hlavním cílem je vytváření pozitivních postojů k životnímu prostředí a také slouží jako preventivní nástroj k jeho ochraně. Jedním z témat Environmentální výchovy jsou právě obnovitelné a neobnovitelné zdroje energie. 7

Stav životního prostředí a jeho vylepšení se žákům dostává do povědomí zcela okrajově. Diplomová práce bude zaměřena na vylepšení přístupu k výuce obnovitelných zdrojů energie a to konkrétně tématu biomasa

Cíle diplomové práce Vymezené cíle pro diplomovou práci jsou: -

analýza

postavení

tématu

biomasa

v

platných

kurikulárních

dokumentech a učebnicích, -

vymezení základních pojmů týkající se tématu,

-

přehled rostlinných taxonů pěstovaných jako biomasa pro energetické využití,

-

zhodnocení výhod a nevýhod využívání biomasy jako energetického zdroje,

-

návrh materiálních prostředků pro výuku problematiky biomasy na ZŠ, jejich následného vyzkoušení a otestování znalostí žáků,

-

získaná data budou diskutována.

Stanovené hypotézy V rámci výzkumu byly stanoveny následující hypotézy, jako předběžná predikce výsledků: -

První hypotéza: Žáci navštěvující městské školy budou mít lepší vědomosti týkající se problematiky biomasy než žáci z vesnickou školu.

Důvodem této domněnky je lepší vybavenost městských škola a lepší informovanost učitelů. -

Druhá hypotéza: Chlapci budou mít lepší vědomosti než dívky.

Tato hypotéza byla stanovena na základě vyvrácení obecně známého klišé, že jsou dívky chytřejší než chlapci.

8

2

LITERÁRNÍ REŠERŠE

2.1. Biomasa Biomasa je definována jako hmota organického původu, buď rostlinného, kterou můžeme označovat jako fytomasa, nebo živočišného, kterou označujeme jako zoomasa (Pastorek a kol., 2004; Cenek a kol., 2001; Murtinger a Beranovský, 2008).

2.1.1. Vznik rostlinné biomasy Rostliny z hlediska výživy patří mezi organismy autotrofní. Tento způsob výživy spočívá v získávání živin z anorganických látek a z energie záření. Díky tomuto systému příjmu energie, se rostliny též nazývají fotoautotrofní. Fotoautotrofní organismy mají schopnost fixovat sluneční energii procesem, který se nazývá fotosyntéza (Procházka, 1998). Fotosyntéza představuje jeden z nejdůležitějších procesů na Zemi. Je to primární zdroj kyslíku. Bez této funkce by nebyl na Zemi možný život. Z hlediska fotosyntézy jsou morfologicky nejdůležitějšími rostlinnými orgány listy, které obsahují chloroplasty. Uvnitř chloroplastů se vyskytují tylakoidy obsahující chlorofyl. Na sebe do sloupců poskládané váčky tylakoidů tvoří tzv. grana. Dutina uvnitř tylakoidů se nazývá lumen. Spojení mezi jednotlivými tylakoidy a granami vytváří systém stromálních tylakoidů též zvaných jako lamely (Gloser 1998; Procházka, 1998). Fotosyntéza Fotosyntéza je soubor biochemických reakcí. Z anorganických látek, oxidu uhličitého získaného z atmosféry, pomocí průduchů, a vody získané z půdy, pomocí kořenů, s dopadajícím slunečním záření, vzniká složitější organická látka glukóza a molekulový kyslík (Procházka, 1998). Fotosyntézu lze popsat ve dvou etapách nazývaných primární (světelná) a sekundární (temnostní) fáze. Primární fáze se vždy uskutečňuje za světelného záření a její součástí jsou další komplexy: fotosystém I, fotosystém II a fotolýza vody. Fotosystém I probíhá na volných membránách tylakoidů. Jeho základem je molekula chlorofylu a, která je schopna absorbovat světelné záření o vlnové délce 700 nm. Označujeme jako P700. (Procházka, 1998; Mareček a Honza, 2000; Gloser, 1998).

9

Fotosystém II je umístěn na přitisknutých stranách tylakoidů, tedy v granách. Zde dopadají fotony na molekulu chlorofylu a o vlnové délce 680 nm (P680) (Mareček a Honza, 2000; Gloser, 1998). Sekundární fáze, neboli temnostní, probíhá bez přístupu světla ve stromatu chloroplastů. Dochází při ní k biosyntéze sacharidů z oxidu uhličitého pomocí celé řady biochemických reakcí. Mezi nejznámější patří Calvinův cyklus, jehož průběh má tři fáze: karboxylace, redukce a regenerace. Během těchto procesů se z energeticky chudé molekuly oxidu uhličitého vytvoří, za pomocí redukčních ekvivalentů a energie ATP, organická sloučenina, glukóza (Mareček a Honza, 2000; Gloser, 1998). Celý tento obtížný a zdlouhavý proces vystihuje zcela jednoduchá rovnice fotosyntézy (po vyčíslení) (Mareček a Honza, 2000). 6 CO2 + 12 H2O

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O záření

oxid uhličitý + voda

glukóza + kyslík + voda

Plodiny často pěstované pro energetické účely mají ještě jiný typ metabolismu, ve kterém je primárním produktem fotosyntézy čtyř uhlíkatá sloučenina. Rostliny využívající tento typ metabolismu, jsou zkráceně označovány jako C4 rostliny. Tento proces je založen na tvorbě čtyř uhlíkaté sloučeniny – kyseliny oxaloctové v Calvinově cyklu. Schopnost vázat větší množství uhlíku, je dáno enzymem fosfoenolpyruvát karboxylázou (PEP karboxyláza) než Rubiscem u C3 rostlin (při fixaci Calvinovým cyklem vzniká pouze tří uhlíkatá sloučenina). Rostliny využívající tento efektivnější způsob metabolismu mají vyšší nároky na intenzitu a dobu slunečního záření a teplotu. Tyto C4 rostliny mají díky efektivnějšímu způsobu tvorby asimilátů větší produkci na jednotku sluneční radiace a také na jednotku průduchů vytranspirované vody. Z toho lze usuzovat, že za příznivých podmínek, mohou být tyto rostliny velice úspěšné, co se týče produkce biomasy (Gloser 1998; Procházka, 1998). Respirace Díky fotosyntéze rostliny vyrábí glukózu, kterou si mohou ukládat jako zásobní látku. Pokud rostlina potřebuje získat energii z glukózy, využívá k tomu soubor biochemických reakcí nazývaných dýchání neboli respirace. I když rostliny získávají energii ze slunečního záření, je pro ně stejně důležitý zdroj energie z dýchání zejména v době klíčení nebo za nepřístupu světla. V tomto procesu rozkladu glukózy rostliny 10

spotřebovávají kyslík, přičemž výslednými produkty jsou oxid uhličitý a voda. Lze tedy říci, že respirace je opakem fotosyntézy (Mareček a Honza, 2000; Gloser, 1998). Stejně jako fotosyntéza i respirace probíhá ve fázích: glykolýza, citrátový cyklus, dýchací řetězec a oxidační fosforylace (Gloser, 1998). Glykolýza probíhá v cytoplazmě buňky za anaerobních podmínek. Vstupuje do ní glukóza, která se devíti kroky s užitím deseti různých enzymů štěpí na jednodušší formu, pyruvát (Gloser, 1998). Další komplex reakcí tzv. citrátový cyklus nebo Krebsův cyklus, probíhá v mitochondriích. Teoretická produkce energie z jednoho molekuly glukózy je 38 molekul ATP (Procházka, 1998; Mareček a Honza, 2000; Gloser, 1998). 2.1.2. Rozmnožování rostlinné biomasy Díky metabolickým a anabolickým procesům rostliny rostou a vyvíjejí se. Další součástí jejich životaschopnosti je jejich rozmnožování. Rozmnožování rostlin probíhá třemi způsoby: vegetativní, nepohlavní a pohlavní rozmnožování. Rozmnožování rostlinné biomasy probíhá na úrovni vegetativní a pohlavní reprodukce (Procházka, 2002). Význam vegetativního rozmnožování spočívá ve vzniku nového jedince z tkáně nebo orgánu mateřské rostliny. Právě rychle rostoucí dřeviny jsou nejčastěji rozmnožovány pomocí vegetativní reprodukce. Jsou vysazovány a pěstovány v tzv. výmladkových plantážích (WEGER, 2011). Hlavním genovým zdrojem dřevin pro plantáže jsou klonové archivy a matečnice (WEGER a kol., 2002). Pojmem matečnice se označují reprodukční plantáže, ze kterých se získávají dřevité osní řízky a jsou tedy hlavním zdrojem pro výsadbu plantáží (WEGER a kol., 2003). Při vegetativním rozmnožováním má tedy nový jedinec stejný genotyp jako jeho mateřská rostlina. Existují i další způsoby vegetativního rozmnožování, jako jsou šlahouny, oddenky, hlízy, roubování očkování a odkopky (Procházka, 1998, Procházka, 2002). Tyto metody se při pěstování biomasy k energetických účelům nepoužívají. Schopnost pohlavního rozmnožování je založeno na splynutí svou haploidních buněk za vzniku jedné diploidní buňky zygoty. Pro tento proces musí být vyvinuty reprodukční orgány, u rostlin tedy květy, ve kterých se nacházejí samčí i samičí pohlavní orgány (Procházka, 2002; Procházka, 1998). Samčí pohlavní orgán představují tyčinky, které jsou rozlišené na prašník a nitku. 11

Pestík, samičí pohlavní orgán, se dělí na tři části: semeník, čnělku a bliznu. (Rozsypal, 2004). Přenos pylu z prašníku na bliznu pestíku se nazývá opylení. Opylení bývá uskutečňováno větrem, v tom případě se jedná se o tzv. větrosprašnost – anemofilie, nebo hmyzem tedy hmyzosprašnost – entomofilie a vodou - hydrogamie. Samosprašnost neboli autogamie je opylení rostliny vlastním pylem. Oproti tomu cizosprašnost, alogamie je opylení pylem jiné rostliny (Procházka, 1998). 2.1.3. Růst a vývoj biomasy Růst rostlin je charakterizováno jako nevratné přibývání hmotnosti, zvětšování objemu, velikosti, délky a tvaru rostlinného těla. S tímto jevem souvisí i množení buněk a jejich diferenciace, což znamená vytváření buněk specializovaných pro určité rostlinné orgány a jejich funkce. S růstem rostliny je úzce spojem také vývoj rostliny. Vývojem jsou označovány celé posloupnosti převážně kvalitativních změn, které jsou v těsném spojení se změnami kvantitativními v časovém sledu. (Procházka, 1998; Gloser, 1998; Procházka, 2002). Projev růstu probíhá ve třech fázích, jimiž jsou: embryonální, prodlužovací a diferenciační fáze (Procházka, 2002). V embryonálním procesu dochází k dělení buněk, a tím zvětšování jejich počtu. Tato fáze, kterou Procházka (1998) a Gloser (1998) označují za fázi dělivou, probíhá v dělivých pletivech. Jedná se především o meristematická pletiva, vyskytující se na vrcholech stonků nebo kořenů, druhotná pletiva, jako je kambium a felogen a v neposlední řadě o vmezeřená pletiva (Gloser, 1998; Procházka, 2002). V prodlužovací neboli objemové fázi dochází k intenzivnímu příjmu vody vakuolami. Zvětšují svůj objem do té doby, dokud nesplynou v jednu velkou vakuolu. Velikost vakuoly tlačí na ostatní organely v cytoplazmě, což vede k nárůstu osmotického tlaku a ke zvýšení plasticity buněčných stěn (Procházka, 1998; Gloser, 1998; Procházka, 2002). V diferenciační fázi růstu se buňky specializují tvarově, funkčně a velikostně. Z pohledu celé rostliny jsou buňky rozlišovány na kořen a prýt. Uvnitř prýtu dochází k diferenciaci na úrovni stonku, listů, květů a plodů. Tyto rostlinné orgány jsou dále rozděleny na pletiva a buňky (Gloser, 1998).

12

Růst rostliny je ovlivňován vnitřními a vnějšími faktory. Pod pojem vnitřní faktory jsou řazeny rostlinné hormony tzv. fytohormony. Fytohormony jsou organické sloučeniny syntetizovány rostlinou. Slouží ke komunikaci souborů buněk a pletiv. Rozdělují se na hormony podněcující růst – stimulátory a brzdící růst – inhibitory. Mezi stimulátory jsou řazeny auxiny, cytokininy a gibereliny. Do skupiny inhibitorů patří např. kyselina abscisová a etylén (Gloser, 1998; Procházka, 2002). Mezi významné vnější faktory patří: světlo, voda, živiny, teplota a čistota prostředí. Zdrojem světelného záření pro rostliny je Slunce. Jeho důležitost pro rostliny je popsána v kapitole 1.1.2, viz výše. Voda je velmi důležitým faktorem v rostlině. Nedostatek vody limituje růst více, než jakýkoli jiný faktor (DesROSCHER et al., 2006). Její význam především souvisí s jejími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Voda představuje rozpouštědlo, vytváří prostředí pro příjem, transport a metabolizmus látek. Svou vysokou teplotní stabilitou, dokáže udržet stálou teplotu v rostlině. Její schopnost soudržnosti molekul vytváří vodní sloupec, díky kterému je zajištěn pohyb vody v rostlině. Další její vlastností je hydratace, přičemž má schopnost výparu, a tím zabezpečuje rostlinu proti přehřátí (PROCHÁZKA et al., 2002). Živiny jsou nezbytnou součástí metabolismu rostlin. Mezi základní prvky, které ovlivňují růst a prospívání rostlin patří: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Fe a Mn. Tyto chemické látky jsou rostlinou přijímány ve formě jednoduchých anorganických iontů pomocí kořenů z půdního roztoku, ale nejen jimi, ale také například listy (PROCHÁZKA et al., 2002). Rostliny velmi citlivě vnímají změnu okolní teploty. Úroveň teploty, aniž by rostlinu poškodila, se pohybuje v rozmezí 5 – 35° C. Teplota především ovlivňuje růstovou rychlost. Optimální teplota způsobuje nejvyšší růst rostliny. Teplota, jež zahajuje růst rostliny, je označována jako minimální teplota. Pokud se teplota okolí zvýší nad 30°C, růst rostliny klesá. Minimální, optimální a maximální teploty se pro každou rostlinu liší, ale pohybují se v úzkém rozmezí. Teplota nemá pouze vliv na růst rostliny, ale také na (Gloser, 1998). Znečištěné prostředí, ať už se jedná o vodu, vzduch nebo půdu, negativně ovlivňují růst a vývoj rostliny (Procházka, 2002).

13

2.1.4. Složení rostlinné biomasy Rostlinná těla jsou tvoře různými sloučeninami. U rostlin se vyskytují především: celulóza, hemicelulóza, škrob, lignin a oleje (Murtinger a Beranovský, 2011). Celulóza Celulóza je polymer, který tvoří velký podíl rostlinné biomasy. Patří mezi nejvíce hojné přírodní polysacharidy. Molekula je tvořena 7 000 – 15 000 monosacharidovými jednotkami (nejčastěji se jedná o glukózu) spojených glykosidovou vaznou seskupené do lineárního řetězce (Dalquist, 2012). V rostlinném těle plní funkci stavební v podobě vláknitých struktur. Celulóza patří mezi látky hydroskopické, ale je nerozpustná ve vodě (Mareček, 2000). Hemicelulóza Na rozdíl od celulózy, hemicelulóza je tvořena různou směsí monosacharidů. Jednotlivé molekuly hemicelulózy obvykle obsahují 80 až 200 hexózových a pentózových monomer ve formě rozvětvených řetězců. Čím je větvení molekuly rozsáhlejší, tím je jednodušeji rozpustná ve vodě. Stejně jako celulóza se podílí na stavbě buněčných stěn, kde funguje jako spojovací článek mezi celulózou a ligninem. Rostlina využívá její vlastnosti především k absorpci energie, pokud je vystavena nějaké dynamické nebo statické síle (např. nárazy větru, sněhu, ledu) (Dalquist, 2012). Škrob Škrob je řazen mezi polysacharidy se zásobní funkcí. Skládá se z amylózy (20 – 25 %) a amylopektinu (70 – 80 %) (Dalquist, 2012). Díky nižšími obsahu vodíkových můstků ve svých strukturách, je méně odolný vůči vodě a snadněji se štěpí. Vyskytuje se především v semenech a hlízách (Mareček, 2000). Lignin Lignin je definován jako aromatická amorfní látka. Patří mezi druhý nejhojnější přírodní polymer v rostlinné biomasy a je tedy významnou složkou dřeva stromů (Dalquist, 2012).

Jeho funkce spočívá ve vyplňování mezer v buněčných stěnách

a cévních svazcích. Obsah ligninu v rostlinách je vysoký, tvoří okolo jedné třetiny hmotnosti dřeva (Murtinger a Beranovský, 2011). 14

Oleje Oleje jsou přírodní sloučeniny. Konkrétně se jedná o estery alkoholů a vyšších mastných kyselin. Vyskytují se především semenech s funkcí primární zásobárny energie pro prvopočáteční růst rostliny (Mareček, 2000; Murtinger a Beranovský, 2011).

2.2. Druhy biomasy Z hlediska obsahu vody můžeme biomasu rozdělit na suchou a mokrou. Pojem suchá biomasa představuje zejména suchý rostlinný materiál a její odpad. Mokrou biomasu naopak tvoří tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2011). Podle primárního účelu můžeme biomasu dělit na zbytkovou (odpadní) biomasu a cíleně pěstovanou. Cíleně pěstovaná biomasa představuje záměrné produkování rostlin pro energetické účely. Do této kategorie řadíme energetické plodiny a rychle rostoucí dřeviny (RRD) (Pastorek a kol., 2004; Cenek a kol., 2001). 2.2.1. Odpadní biomasa Odpadní biomasa je cenný zdroj energie. Mezi odpadní biomasu řadíme např. lesní odpady, odpady ze zemědělské, živočišné nebo průmyslové výroby, kanalizační splašky a komunální odpady (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2011). Lesní odpady Lesní residua, jako jsou pařezy, kořeny, kůra, klest, vršky stromů, větve, části nebo celé stromy zůstávají v lese nevyužity po těžbě dřeva, lesních probírkách a prořezávkách. Okolo 60 % z celkové sklizně jednoho stromu zůstane ponecháno v lese. Tento odpad ovšem představuje cenný zdroj obnovitelné energie (Parikka, 2004). Výhody využívání těchto odpadů je mnoho. Jedná se o snížení rizik šíření chorob a škůdců, vzniku lesních požárů a celkové využití rostliny. I když se z ekologických, technických a ekonomických důvodů reálně využije pouze 40 % residuí (Motlík a Váňa, 2002). Na druhou stranu tyto zbytky představují významné činitele tvorby půd (Vrba a Huleš, 2006).

15

Rostlinné odpady ze zemědělské výroby Dalším zdrojem bioenergie jsou zbytky ze zemědělské výroby, např. obilná, kukuřičná a řepková sláma, seno a přebytečná fytomasa z luk a pastvin (Murtinger a Beranovský, 2011). Tato residua slouží jako krmivo nebo podestýlka pro chovná zvířata nebo se zaorávají zpět do půdy z důvodů vysokého obsahu minerálních látek a živin. Dalším způsobem je využití této přebytečné fytomasy k energetických účelům, a to přímým spalováním nebo k produkci bioplynu (Havlíčková a kol., 2008; Motlík a Váňa, 2002). Odpady z živočišné výroby Do této skupiny odpadní biomasy řadíme chlévskou mrvu (nevyzrálá směs živočišných výkalů a podestýlky), kejdu (částečně prokvašená směs pevných a tekutých exkrementů hospodářských zvířat a vody), močůvku (prokvašená moč stájových zvířat ředěná vodou) a hnojůvku (tekutina, která vytéká ze zrajícího hnojiště). Exkrementy hospodářských zvířat se primárně používají k hnojení zemědělských půd. Mají ovšem větší potenciál, a to jako energetický zdroj (Rosillo-Calle a kol., 2007). V dnešní době je produkce živočišných odpadů více, než je potřeba k hnojení polí. Díky tomu se mohou využít k výrobě bioplynu v bioplynových stanicích (Kajan, 2005). Organické odpady z průmyslových výrob Řada průmyslových výroben produkuje velké množství odpadu. Jedná se především o organický materiál, např. odřezky, piliny, hobliny a kůra z dřevozpracujícího průmyslu, které jsou většinou určeny ke spalování, a tím je získávána energie, např. tepelná. Dalšími odpady jsou residua z cukrovarů, lihovarů, jatek a mlékáren, které se zpracovávají na bioplyn (Zafar, 2013). Komunální odpady Komunální odpady se stávají stále atraktivnějšími, a to nejen proto, že je jich velké množství k dispozici, ale také z environmentálních důvodů. Ročně je produkováno enormní množství tuhého komunálního odpadu (TKO), který byl do značné míry v minulosti ignorovány a pouze se skládkoval (Rosillo-Calle a kol., 2007). V dnešní době je komunální odpad považován za energetickou surovinu s efektivním a ekologickým

16

využitím. Přes 50 % komunálního odpadu tvoří biologicky rozložitelné složky, např. papír, lepenka, dřevo a potraviny (Šejvl, 2013). Odpadní voda Zdrojem biomasy je také odpadní voda. Konkrétně se jedná o kal a shrabky, které mohou být extrahovány a použity pro výrobu bioplynu nebo spáleny (Zafar, 2013). Čistička odpadních vod Brno Modřice využívá získaný kal z odpadní vod pro vlastní výrobu energie, která činí 38 % elektrické energie (ústní sdělení). 2.2.2. Cíleně pěstovaná biomasa Vysoký potenciál alternativních zdrojů energie je pozorován v biomase pěstované pro na orné půdě pro energetické účely, především pak v rychle rostoucích dřevinách (RRD) a energetických plodinách (Pastorek a kol., 2004). V celkové produkci biomasy doposud zaujímaly cíleně pěstované rostliny poměrně nízký podíl. Ve výrazné převaze jsou jednoleté plodiny určené především k výrobě biopaliv charakteru pohonných hmot. Přitom víceleté rostliny mají řadu předností, které jsou dány významně vyššími výnosy sušiny, vyšší čistou energetickou bilancí a příznivějším environmentálním vlivem (Fischer, 2012). Záměrně pěstovaná biomasa pro energetické účely by měla splňovat určitá kritéria, oproti klasickým rostlinám. Vyznačují se rychlým růstem nadzemní biomasy, schopností sekvestrace atmosférického uhlíku, větší odolností vůči škůdcům a chorobám, silnou konkurenceschopností vůči plevelům, schopností delší doby růstu (rašení časně na jaře, hynutí pozdě na podzim), vyšší výnosností sušiny, vysokou výhřevností, ekonomickou spotřebou vody a živin (Havlíčková, 2008; Murtinger a Beranovský, 2011). Pro cílený zisk energie je cela zásadní výběr vhodné energetické rostliny, stanoviště, optimalizace technologie, přírodní podmínky a dostupnost vody pro danou lokalitu (Fischer, 2012). Energetické plodiny Pojem energetické plodiny bývá používán pro rostliny bylinného charakteru určené pro produkci biomasy jako energetického zdroje. Z praktického a uživatelského hlediska jsou děleny na byliny jednoleté, dvouleté, víceleté a vytrvalé. Vybraní zástupci jsou seřazeni hierarchicky dle čeledí. 17

 čirok (Sorghum sp.) – Čirok je zařazen do čeledi lipnicovité. Je to jednoletá rostlina dorůstající výšky od 1 – 3 m. Tato teplomilná bylina je díky hlubokému kořenovému systému odolná vůči suchu. Květy jsou uspořádány do květenství lata. Čirok může být opylován alogamicky nebo autogamicky. Podle fixace uhlíku patří mezi C4 rostliny. Strašil (2006) dále rozděluje druhy čiroku dle hlavních směrů využití: -

čirok obecný (Sorghum vulgare var. eusorghum): pěstován pro zrno

-

čirok technický (Sorghum vulgare var. technicum): pěstován pro výrobu kartáčů a košťat kvůli husté latě

-

čirok cukrový (Sorghum vulgare var. saccharatum): pěstován jako krmivo nebo k silážování

-

čirok súdánský (Sorghum vulgare var. sudanense): nejvhodnější pro energetické využití z důvodů vytváření velkého množství hmoty

Obecně se čirok v České republice téměř nepěstuje. Má ovšem velký potenciál z hlediska velké produkce fytomasy pro energetické využití k tvorbě bioplynu nebo etanolu a spalování. Výhřevnost činí okolo 17,5 MJ/kg (Strašil, 2006).  konopí (Cannabis L.) – Konopí patří do čeledi konopovité. Řadí se mezi teplomilné a jednoleté byliny, které jsou náročné na vodu a živiny, ale na druhou stranu jsou velmi odolné vůči škůdcům. Květenstvím je lata. V současné době se řeší problematika pěstování konopí kvůli zneužívání psychotropní látky THC, kterou tato rostlina obsahuje. Normy Evropské Unie povolují pěstování konopí s maximálním obsahem 0,2 % THC kvůli využití v potravinářském, kosmetické, automobilovém a textilním průmyslu, aby zabránili tak jeho zneužití. Pěstují se tři druhy konopí: -

konopí indické (Cannabis indica Lm.): obsahuje vysoký podíl THC

-

konopí plané (Cannabis ruderalis Janisch): řadí se mezi plevele

-

konopí seté (Cannabis sativa L.): nejrozšířenější druh ve třech formách (severní, jižní a přechodný typ), zdroj vláken (Strašil, 2006).

Konopí má všestranné využití, např. pro výrobu koberců, lan, nití, izolací, bankovek, cigaretového papíru, steliv pro zvířata, pelet, olejů, krémů, mýdel se silným baktericidním účinkem a v neposlední řadě k fytoenergetickým účelům (Malaťák a Vaculík, 2008). 18

 kukuřice (Zea L.) – Tato jednoletá rostlina z čeledi lipnicovité vytváří klas s hrubou hlavní osou, na které jsou zrna uspořádána v řadách. Kukuřice není příliš náročná na typ půdy, nicméně na teplotu náročná je a jedná se tedy o teplomilnou rostlinu. Nejvýznamnějším využití kukuřice z pohledu energetiky, je výroba bioplynu v bioplynových stanicích. K tomuto účelu jsou doporučovány hybridy především k silážování. Dále se používá jako krmivo, potravina nebo osivo a je možné ji i přímo spalovat, což není z ekonomických důvodů doporučováno. -

kukuřice obecná (tvrdá) (Zea mays convar. indurata) – odolná vůči chladným podmínkám, proto se nejvíce pěstuje v horských oblastech.

-

kukuřice koňský zub (Zea mays convar. indentata) – Z pohledu výnosnosti se jedná o velice významný kultivar, který tvoří 73 % světové produkce. Pěstuje se na krmivo pro hospodářských zvířat, na výrobu bioetanolu a olejů.

-

kukuřice polozubovitá (Zea mays convar. semiindentata) (Havlíčková, 2008).

 ozdobnice čínská (Miscanthus sinensis Anderss.) – Botanicky se ozdobnice řadí do čeledi lipnicovité. Je to vytrvalá tráva, která za příznivých podmínek dosahuje vysokých výnosů sušiny (1 ha = cca 30 tun sušiny). Dříve byla ozdobnice pěstována jako ozdobná rostlina. Dnes se o ní uvažuje jako o velmi perspektivní plodině z pohledu využití jako alternativního zdroje energie. Jako surovina je využívána k výrobě tepelné energie přímým spalováním, dále také je využívána k výrobě buničiny a stavebního materiálu (Strašil, 2006; Havlíčková, 2008).  ovsík vyvýšený (Arrbenatherum elatius) – Ovsík patří do čeledi lipnicovité. Je to víceletá, vysoká a kvalitní pícnina. Jedná se o trávu původní v ČR, a z toho důvodu se jí v růstu velice daří oproti zavlečeným druhům. Tato bylina je náročnější na obsah živin v půdě, ale je nenáročná na množství vody, hodí se spíše do oblasti mírnějšího klimatu. Nejčastějším využitím je produkce osiva, výroba bioplynu nebo přímé spalování. Celá rostlina také slouží jako krmivo pro hospodářská zvířata (Strašil, 2006; Havlíčková, 2008).

19

 brukev řepka olejka (olejná) (Brassica napus napus L.) – Řadí se mezi jednoleté nebo dvouleté plodiny z čeledi brukvovité. Z hlavním polních plodin rozkvétá jako první, právě ozimý typ řepky olejné. Opylována může být hmyzem, ale také je možná samosprašnost. V České republice patří mezi nejvýznamnější olejninu. Její podíl na produkci olejnin je asi 95 %. Uplatňuje se v potravinářském průmyslu, je součástí krmných směsí, dále je také úspěšnou alternativou za organická hnojiva a je významnou surovinou pro výrobu bionafty (Malaťák a Vaculík, 2008).  šťovík Uteuša (Rumex patientia L. x Rumex tianschanicus A. Los) – Šťovík Uteuša se řadí do čeledi rdesnovité a jedná se křížence šťovíku zahradního a tjančanského vyšlechtěného metodou víceletého výběru na Ukrajině. Je to vyšší rostlina se šťavnatým stonkem i listy. Plodem je nažka. Výnosy se pohybují v rozpětí 8 – 12 tun suché biomasy z jednoho hektaru. Z jednoho hektaru je možné spalováním získat až 250 GJ energie. V České republice se pěstují vyšlechtěné odrůdy šťovíku Uteuša, a to z důvodu vhodných klimatických podmínek (Strašil, 2006). 

chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) – Tato vytrvalá rostlina z čeledi lipnicovité je velmi náročná, z hlediska vody a živin. Dorůstá do délky dvou metrů a nejčastěji se vyskytuje v blízkosti vody. Květenstvím je lata. Množství výnosů je ovlivňováno klimatickými podmínkami a na danými stanovišti. Pokud jsou podmínky příznivé, může průměrný výnos fytomasy dosáhnout 5 – 10 t/ha. Chrastice rákosovitá se využívá jako krmivo pro hospodářská zvířata, pro výrobu bioplynu nebo se přímo spaluje (Strašil, 2006).



světlice barvířská (Carthamus tinctorius L.) – Jednoletá bylina s jeden metr vysokou lodyhou je řazena do čeledi hvězdnicovité. Typ květenství je u toho druhu úbor a plodem je nažka. Optimální podmínky pro pěstování jsou teplé a suché klima. Dříve se tato rostlina používala k tvorbě přírodních barviv z květů. Dnes se především využívá k získávání oleje lisováním semen. Zbylá sláma se využívá k energetickým účelům (Strašil, 2006).

20



topinambur hlíznatý (Helianthus tuberosus L.) – Tato vytrvalá rostlina patří do čeledi hvězdnicovité. Vyznačuje se hlízovitým oddenkem, lysou nebo chlupatou lodyhou a typem květenství úbor. Topinambur má schopnost růst na různých půdních typech v chladnějším, sušším nebo vlhčím klimatu. Z této byliny se především využívají hlízy v potravinářském průmyslu, ale jsou také vhodné jako krmivo pro dobytek a k výrobě bioetanolu (Strašil, 2006).



sveřep bezbranný (Bromus inermis) – Sveřep bezbranný je vytrvalá rostlina, která je řazena do čeledi lipnicovité. Květenstvím je mohutná lata a plodem je obilka. Stébla mohou dorůstat do výšky 140 cm. Vyskytuje se spíše na sušších lokalitách. Sveřep se primárně pěstuje jako krmivo nebo na semeno. Prozatím se jako energetická plodina ovšem nepěstuje, ale jeho vlastnosti vypovídají, že je vhodným kandidátem na tuto pozici (Strašil, 2006).



psineček velký (Agrostis gigantea) – Psineček se řadí mezi vytrvalé byliny z čeledi lipnicovité. Obvykle dorůstá do výšky mezi 80 a 100 cm. Typem květenství je lata. Roste spíše na vlhčích místech a má schopnost se vyvíjet i v oblastech s nízkou teplotou. Využívá se jako krmná píce, k výrobě bioplynu a v suchém stavu je možné jej přímo spalovat. (Strašil, 2006).



kostřava rákosovitá (Festuca srundinacea) – Kostřava rákosovitá je vysoká tráva z čeledi lipnicovité. Je vytrvalou rostlinou, dorůstá do výšky až 2 metrů. Roste na vlhkých a výživných půdách v okolí potoků, na mokrých loukách, okrajích cest, ve vlhkých příkopech. Toleruje ovšem i suché klimatické podmínky. Květenstvím je převislá lata. Z pohledu energetického využití se používá především sláma ve formě, např. pelet, briket a balíků (Strašil, 2006).



proso prutnaté (Panicum virgatum) – Vytrvalá C4 rostlina z čeledi lipnicovité. Proso roste v husté výsadbě a může dosáhnout do výšky přibližně 2,5 m. Vyskytuje se především na vlhčích stanovištích, ale je vysoce adaptabilní a může se pěstovat na rozsáhlých geografických oblastech. Tato tráva není jen dobrým zdrojem energie, ale také poskytuje úkryt pro volně žijící živočichy a zabraňuje erozi půdy (Rosillo-Calle a kol., 2007). 21

Rychle rostoucí dřeviny Termín rychle rostoucí dřeviny označuje stromy a keře, u kterých je jejich výškový a objemový přírůst je výrazně vyšší než u většiny lesních dřevin mírného pásma (WEGER a kol., 2009). Obvykle jsou tyto dřeviny sklizeny za 3-7 let doby obmytí. Klimatické podmínky střední Evropy a České republiky se nejběžněji pěstují dřeviny rodů Populus a Salix čili topoly a vrby, jako velmi slibný zdroj bioenergie (Fischer a kol., 2011). V Evropě jsou také zakládány výsadby dřevin barevného dřeva např. třešně ptačí (Cerasus avium), ořešáku černého (Juglans nigra) a trnovníku akátu (Robina pseudoacacia). Z jehličnatých dřevin se nejčastěji pěstuje borovice lesní (Pinus sylvestris) a douglaska tisolistá (Pseudotsuga menziesii) (ČÍŽKOVÁ a ČÍŽEK, 2009). Rychle rostoucí dřeviny jsou nejčastěji vysazovány a pěstovány v tzv. výmladkových plantážích. (WEGER, 2011). 

rod topol (Populus) – Tyto opadavé listnaté stromy z čeledi vrbovité dorůstají do značných výšek. Jedná se především o světlomilné, na půdu nenáročné dvoudomé rostliny. Důležitou složkou nároků je ovšem dostupnost vody, jak podzemní, tak i srážkové. Květy pro obě pohlaví tvoří květenství jehnědy a plodem je tobolka (Havlíčková, 2008; http://databaze.dendrologie.cz). Topoly se v přírodě rozmnožují semeny, která jsou roznášena větrem. Při pěstování pro energetické účely se rozmnožují vegetativně pomocí osních řízků. Do rodu Populus se zařazuje 22-85 druhů, které jsou dále nerovnoměrně rozděleny do šesti taxonomických oddílů (ECKENWALDER, 1996 in DICKMANN et al., 2001).

V práci budou uvedeny pouze některé nejčastěji pěstované druhy dle: Seznam rostlin vhodných k pěstování za účelem využití biomasy pro energetické účely z pohledu minimalizace rizik pro ochranu přírody a krajiny, který vydalo Ministerstvo životního prostředí a vytvořila skupina z oddělení fytoenergetiky VÚKOZ, v. v. i. v roce 2014. Seznam je dostupný na webu: http://www.vukoz.cz. -

topol kanadský (Populus ×canadensis) – Tento topol vznikl zkřížením topolu bavlníkového a černého. Vyznačuje se širokou korunou, výškou okolo 40 m, trojúhelníkovitě vejčitými listy a hladkým kmene. Topol kanadský patří mezi světlomilné a teplomilné dřeviny. Roste na vlhkých 22

místech bohatých na minerální látky. Vyskytuje se i v lužních lesích, podél řek a v okolí skládek (Chmelař a Koblížek, 2003).

-

topol vznešený (Populus ×bgenerosa) – Topol vznešený je hybridem topolu bavlníkového a chlupatoplodého. Tento strom má korunu vejcovitě protáhlou, dorůstá do výšky okolo 25 m. Listy jsou okrouhle vejčité nebo kosočtverečně vejčité. Během vegetačního období tento druh vyžaduje bohatý a nepřetržitý přísun vlhkosti. Preferuje spíše písčitohlinité půdy s dobrou propustností vody. Nachází se v blízkosti potoků (Kravka, 2012).

-

topol černý (Populus nigra) – Charakter topolu černého se vyznačuje široce rozkladitou korunou a silnými větvemi. Bývá vysoký 30 – 40 m. Kůra je hnědé barvy s hlubokými rýhami. Listy jsou kosníkové až kosníkově vejčité, trojúhlé nebo vejčité. Tato dřevina je spíše světlomilná a roste na vlhkých místech. V České republice se přirozeně vyskytuje v lužních lesích a na březích velkých řek. Preferuje neutrální a bazické písčité až hlinité půdy (Chmelař a Koblížek,

2003).

-

topol japonský (Populus japonica) – Topol japonský vznikl zkřížením dvou druhů, a to topolu černého a topolu Maximovičovým. Tento druh charakterizuje velká, dlouhá, úzce vejčitá koruna. Listy tvarově odpovídají srdčité formě. Tento klon je více rezistentní vůči onemocněním a škůdcům,

oproti svým rodičovským jedincům. Vyšlechtění japonského topolu bylo za účelem vysokého výnosu dřevní hmoty. Vyznačuje se velmi dobrým růstem, i přes pěstovaní v hustém sponu (DICKMANN et al., 2001). Tento druh má

velkou odolnost vůči klimatickým podmínkám a regenerační schopnost. Pro optimální přírůst dřevní biomasy, vyžaduje minimální roční úhrn srážek 500 mm (WEGER, 2003).

-

topol Simonův (Populus simonii) – Tuto dřevinu vystihuje vejcovitá koruna s převislými větvemi. Tento strom dosahuje výšky pouze okolo 15 – 25 m. Listy jsou obvejčité až kosníkově eliptické a menší než u jiných topolů.

23

Topol Simonův je velmi odolný vůči suchu a nejčastěji je vysazován v pahorkatinách a podhorských oblastech (Chmelař a Koblížek, 2003).

-

topol osika (Populus tremula) – Topol osika je mohutný stroj dorůstající od výšky v rozmezí 15 až 40 m. Koruna je spíše řídká a košatá. Tvar listů je okrouhlý až okrouhle vejčitý. Ze všech druhů topolů je tento konkrétní druh v Evropě nejvíce rozšířen. Tato pionýrská dřevina roste na písčitohlinitých, na živiny bohatých půdách, které jsou značně zásobeny podzemní vodou. Je to dřevina světlomilná až polostinná, která se vyskytuje na pasekách nebo podél komunikací. Topol osika představuje také potravu pro zvěř, používá se ve farmaceutickém průmyslu na výrobu močopudných preparátů, vyrábí se z něj topolová mast nebo čaj. Extrakcí kůry a listů se získávají výtažky (Chmelař a Koblížek, 2003; Úradníček a kol., 2009).

-

topol chlupatoplodý (Populus trichocarpa) – Tato dřevina má protáhle vejcovitě stavěnou korunu. Dosahuje výšky okolo 25 – 30 m. Listy jsou vejčité až podlouhle kosočtverečné. Tento strom je spíše světlomilný a vyskytuje se při březích vodních toků (Kravka, 2012).

-

topol Maximovičův (Populus Maximowiczii) – Tento druh topolu má košatou polokulovitou korunu. Dorůstá do výšky okolo 20 – 40 m. Tvar listů je eliptický, vejčitý nebo oválně eliptický. Vyskytuje se na vlhčích místech s přístupem světla (Kravka, 2012).

-

topol bavlníkový (Populus deltoides) – Topol bavlníkový má velkou rozšiřující se korunu, značně velké, trojúhle vejčité až kosočtverečné listy. Dorůstá do výšky v rozmezí od 22 – 40 m a více. V přírodě se nejčastěji

vyskytuje

v

blízkosti

řek

na

slunných

místech

(http://databaze.dendrologie.cz).

Mezi významné druhy a varianty patří ještě další spousta kříženců, bez českých ekvivalentů, např. Populus ×generosa × P. nigra L, Populus maximowiczii × Populus ×berolinensis, Populus maximowiczii × P. trichocarpa (http://www.vukoz.cz). 24



rod vrba (Salix) – Tyto dřeviny také patří do čeledi vrbovité. Jsou to světlomilné dvoudomé keříčky, keře i stromy, které dávají přednost stanovišti bohatě zásobené vodou. Typem květenství je vzpřímená jehněda a plodem je tobolka. Vrby jsou opylovány hmyzem a v přírodě rozmnožují pomocí semen (Chmelař a Koblížek, 2003; Úradníček a kol., 2009). Při pěstování pro energetické účely se rozmnožují vegetativně. Dřevo vrb je značně ohebné a používá se k výrobě dýh, dřevovláknitých desek nebo kriketových pálek. Vrby se vyskytují téměř všude, kromě Austrálie a Antarktidy. Rod vrba je dále rozdělen do 350 druhů. V České republice roste asi 26 druhů, které se dále mezi sebou kříží (Havlíčková, 2008).

Následující charakteristika vybraných druhů, opět vychází ze seznamu rostlin vhodných k pěstování za účelem využití biomasy pro energetické účely z pohledu minimalizace rizik pro ochranu přírody a krajiny.

-

vrba bílá (Salix alba) – Vrba bílá dorůstá do výšky 20 – 30 m. Vyznačuje se hustě metlovitou korunou. Tvar listů je kopinatý až podlouhle kopinatý. Je to teplomilná dřevina s preferencí dosti vodou zásobené stanoviště. Roste na hlinitých a písčitohlinitých půdách. Tento euroasijský druh se v ČR původně vyskytoval při březích vodních toků, v lužních lesích a na náspech. (Chmelař a Koblížek, 2003; Úradníček a kol., 2009).

-

vrba jíva (Salix caprea) – Pro tuto dřeviny je charakteristická nepravidelně košatá koruna. Tento statný keř nebo strom dosahuje maximální výšky v rozmezí 6 – 12 m. Listy jsou eliptické až vejčité. Patří mezi značně náročné dřeviny na přístup světla. Roste spíše na sušších místech a velmi dobře odolává extrémním klimatickým podmínkám oproti jiným druhům z této čeledi. Vyskytuje se na suťových svazích, pasekách a v prosvětlených lesích (Chmelař a Koblížek, 2003; Úradníček a kol., 2009).

-

vrba lýkovcová (Salix daphnoides) – Koruna tohoto druhu vrby je spíše štíhlá a řídká. Dorůstá do výšky od 18 do 60 m. Listy bývají především dlouhé a kopinaté. Roste na stanovištích s obsahem vápníku podél toků řek a na štěrkových naplaveninách horských bystřin (Úradníček a kol., 2009). 25

-

vrba křehká (Salix fragilis) – Tento druh má řídkou a rozkladitou korunu. Je vysoký 15 m. Tvar listů je podlouhlý nebo vejčitě kopinatý. Vrba křehká se dožívá 60 let. Také patří mezi silně světlomilné druhy. V České republice se vyskytuje téměř všude, a to především v chladnějších oblastech v okolí vodních toků a na okrajích vlhkých luk. (Chmelař a Koblížek, 2003; Úradníček a kol., 2009).

-

vrba košíkářská (Salix viminalis) – Vrba košíkářská je dřevina keřovitého nebo stromovitého typu. Jako keř dorůstá do výšky 4 – 6 m. Stromová forma dorůstá do 10 m. Listy jsou velmi dlouhé a úzké. Vykytuje se při březích rybníků a podél řek spíše v nižších a teplejších polohách do 800 m. n. m. Patří mezi nejznámější pěstovaný euroasijský druh (Úradníček a kol., 2009).

-

vrba červená (Salix ×rubens) – Tento druh vznikl zkřížením vrby křehké a vrby bílé. Je to dřevina stromovitého typu se široce nepravidelnou kulovitou korunou. Listy jsou úzké a kopinaté s šikmým zašpičatěním na konci. Vyskytuje se na odplevelovaných stanovištích podél toků v teplejších i chladnějších oblastech (Úradníček a kol., 2009).

-

vrba Smithova (Salix ×smithiana) – Vrba Smithova je autochtonní hybrid vrby jívy a vrby košíkářské. Tento klon roste v keřovité formě s vejčitými až kopinatými listy. Optimálními podmínkami jsou půdy s vyšší hladinou podzemních vod a teplé nebo chladné oblasti (Chmelař a Koblížek, 2003).

Z jehličnatých stromů se pro energetické účely pěstují druhy borovice lesní a douglaska tisolistá.  borovice lesní (Pinus sylvestris) – Borovice lesní se vyznačuje kuželovitou korunou v mladším věku. Později je koruna nesymetrická a deštníkovitá. Dožívá se stáří okolo 300 – 500 lety a dorůstá do výšky 45 m. Jehlice vyrůstají po dvou ve svazečku. Pro růst preferuje suché, písčité půdy s vyšším obsahem vápníku a stanoviště s dostatečným přístupem světla. Borovice špatně snáší zastínění a

26

znečištěné ovzduší. Je rozšířena po celé severní polokouli a v ČR je původním druhem (Úradníček a kol., 2009). 

douglaska tisolistá (Pseudotsuga menziesii) – Tato jehličnatá dřevina má široce kuželovitou korunu. V optimálních podmínkách může dorůst výšky přes 100 m, ale běžně se dorůstá jen poloviny svého maxima. Řadí se mezi dlouhověké stromy (700 – 1000 let). Ploché a měkké jehlice jsou na větvičkách uspořádány a jsou pro ně typické dva bílé pruhy na spodní straně. Determinujícím znakem jsou trojcípé podpůrné šupiny vyčnívající z šišky. Preferuje hlinité a vlhké půdy s dostatečným množstvím živin. Patří mezi polostinné dřeviny. Douglaska tisolistá

byla

do

ČR

zavlečena

ze

Severní

Ameriky

(http://botany.cz/cs/pseudotsuga-menziesii/).

2.3. Technologie zpracování biomasy Přeměna biomasy pomocí základních technologií může být rozdělena na tři nadřazené procesy: termochemické přeměny (spalování, pyrolýza a zplyňování) slouží ke konverzi suché biomasy, biochemické přeměny, které zpracovávají mokré biomasy (alkoholové kvašení, metanové kvašené) a chemické přeměny, kde se řadí esterifikace olejů (Pastorek a kol., 2004)

2.3.1. Spalování biomasy Přímé spalování biomasy se tradičně používá k získávání tepelné a elektrické energie ve zpracovatelském průmyslu. Spalovací proces umožňuje transformaci chemické energie uložené v biomase na tepelnou energii, a to prostřednictvím fyzikálněchemických reakcí (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Když biomasy vstoupí do spalovacího prostoru, tak se nejprve podrobí zahřívání, což vede k vypařování vody, sušení, následně se zvýší teplota a dochází k odstraňování těkavých látek, k zapalování a k samotnému spalování fytomasy. Díky příslušné hořlavině, vzduchu, se biomasa rozkládá a uvolňuje se uhlíkový zbytek ve formě popela, který je převážně vyroben z minerálních inertních sloučenin. Konečným výsledkem těchto procesů je výroba tepla (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). 27

Emisní látky ze spalování biomasy Během spalování biomasy se uvolňuje hlavně oxid uhličitý a voda jako vodní pára. Důležitým faktorem je složení biomasy a podmínky spalovacího procesu, díky nimž vzniká množství dalších polutantních látek. Jedná se o oxid uhelnatý, oxid dusný, oxidy síry, dále prach, tuhé látky a dioxiny (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Oxid uhličitý je hlavním produktem při spalování biomasy. Během spalování biomasy je bilance CO2 neutrální. Znamená to, že stejné množství, které bylo rostlinou spotřebováno, se opět vrací zpět do ovzduší. V tomto případě se hovoří o neutrálních CO2 emisích. Oxid uhelnatý je jedovatý a hořlavý plyn bez zápachu. Vzniká při nedokonalém spalování, které zapříčiňují nízká teplota a nedostatek vzduchu. Během spalování vznikají ještě oxidy dusíku (oxid dusný, oxid dusnatý, oxid dusičitý). Oxid dusný neboli rajský plyn, vzniká při nízkoteplotním spalování a je řazen mezi plyny posilující skleníkový efekt. Oxid dusnatý se po uvolnění oxiduje na NO2, který působí negativně na ozónovou vrstvu ve stratosféře. Oxid dusičitý je štiplavý plyn, který společně s uhlovodíky a slunečním záření vytváří látky zdraví škodlivé (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Oxid siřičitý je nehořlavý štiplavý plyn. Dobře se rozpouští ve vodě za vzniku kyselého roztoku. Vedlejším efektem vzniku SO2 při spalování je vzrůstání teploty spalin a kyselina H2SO4, která způsobuje rezivění materiálu (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Dioxiny jsou vysoce toxické látky, již ve stopovém množství. Hromadí a ukládají se v tukových tkáních a jejich dlouhodobé působení vede k poškození imunitního a nervového systému (Pastorek a kol., 2004). Spalné teplo a výhřevnost Energeticky nejvýznamnějším parametrem každého paliva je energie, která se získá jeho spálením. Spalováním uvolněné teplo je obsaženo ve spalinách jako fyzické teplo spalin. Jelikož biomasa má v sobě vždy vodu, která má velké výparné teplo, je energetický zisk vždy menší o výparné teplo obsažené ve vodě (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). V praxi se lze setkat se dvěma výrazy, spalné teplo a výhřevnost. Spalné teplo představuje množství tepla získaného a výhřevnost maximální možný zisk. Výhřevnost 28

se udává v mega joulech na kilogram (MJ/kg) (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Pastorek (2004) uvádí průměrnou výhřevnost 18 MJ/kg u listnatých stromů a 19 MJ/kg u jehličnatých stromů. V porovnání s černým (26 MJ/kg) uhlím, biomasa značně pokulhává. Její výhřevnost se spíše vyrovnání uhlí hnědému (16 MJ/kg). 2.3.2. Pyrolýza Pyrolýza biomasy se vztahuje k tepelnému rozkladu za malé nebo žádné přítomnosti kyslíku. V závislosti na proměnných během procesu, jako je čas a teplota, pyrolýza biomasy přináší různá množství plynných, kapalných a pevných produktů různého složení (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Pyrolýza probíhá ve čtyřech fázích. Pro každé stádium je typická jiná teplota. Hlavním produktem pyrolýzy je tmavě hnědá kapalina nebo bio olej, který má přibližně stejné základní složení jako původní biomasa. Potenciál využití biomasy pyrolýzou a následné zušlechťování bio olejů na výrobu biopaliv je stále víc uznávána (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). 2.3.3. Zplyňování Zplyňování je termochemická přeměna, která transformuje pevné hořlavé látky na plynné. Tento proces je považován za nejperspektivnější technologii na výrobu energie z obnovitelných zdrojů energie. Všechny způsoby zplyňování zahrnují čtyři kroky: sušení, pyrolýzu, oxidaci a redukci (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Sušení zahrnuje odpařování vody z biomasy. Pyrolýza je rozklad biomasy při vysokých teplotách bez přístupu kyslíku. Při oxidaci dochází k reakci uhlíku s kyslíkem za vniku oxidu uhličitého a tepla. V poslední fázi se CO2 redukuje na CO. Výhřevnost plynu se pohybuje okolo 5 MJ/m3 (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013; Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). 2.3.4. Aerobní fermentace Aerobní fermentace představuje metabolizaci organických látek pomocí mikroorganismů za přístupu vzduchu. Tento proces je zejména vhodný pro kejdu a průmyslové čištění odpadních vod (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013). 29

2.3.5. Anaerobní fermentace V tomto procesu dochází k rozkládání organické hmoty bez přístupu vzduchu za vzniku bioplynu. Na výrobu bioplynu se používá fytomasa, jak záměrně pěstovaná, tak především biomasa odpadní (výkaly hospodářská zvířat, odpady z průmyslů, komunální odpady aj.). Tento biologický rozklad látek v anaerobních podmínkách se také nazývá metanová

fermentace,

metanové

kvašení,

anaerobní

digesce,

biogasifikace,

biometanizace, biochemická konverze organické látky atd. (Lorenzini a kol, 2010; Dalquist a kol., 2013). Samotný proces získání bioplynu prochází čtyřmi fázemi: Hydrolýza – Během této fáze je zapotřebí přítomnost kyslíku a dostatečné množství vlhkosti (nad 50 % hmotnostního podílu). Uplatňují se zde hydrolytické bakterie, které rozkládají organickou hmotu biomasy na jednodušší organické látky. Acidogeneze – Tato fáze je již zcela bez přístupu vzduchu. Dochází ke vzniku mastných kyselin, oxidu uhličitého a vodíku. Acetogeneze – Tato část bývá někdy označována jako mezifáze, ve které dochází ke vzniku kyseliny octové, oxidu uhličitého a vody. Metanogeneze – V této fází se na rozkládání kyseliny octové podílejí metanogenní acetotrofní bakterie za vzniku metanu a oxidu uhličitého. Dále jsou přítomny hydrogenotrofní bakterie, které produkují metan z vodíku a oxidu uhličitého. Prostředí pro tuto fázi musí být absolutně bez přítomnosti kyslíku, který by byl v tomto případě pro bakterie velmi škodlivý (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Z hlediska obsahu sušiny jsou anaerobní technologie rozděleny na bioplynové stanice pro mokrou fermentaci (obsah sušiny pod 12 %) a zvlášť bioplynové stanice pro suchou fermentaci (obsah sušiny okolo 30 – 35 %) (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). Bioplyn obsahuje 55 – 80 % metanu a další příměsi. Jeho výhřevnost stoupá s jeho čištěním, tento proces se většinou neuplatňuje. Využití bioplynu je významné i pro spalovací motory, protože jeho spalováním nedochází k tvorbě emisí (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008). 2.3.6. Alkoholová fermentace Alkoholové kvašení je biotechnologický proces, který umožňuje výrobu bioethanolu z jednoduchých cukrů (glukózy, sacharózy a manózy) a z polysacharidů 30

s dlouhým řetězcem (škrob, celulóza, hemicelulóza). Vhodnými materiály založeny na cukerných kulturách jsou, např. cukrová řepa, čirok, ovoce a na škrobových jsou především kukuřice a obilí. Mezi hlavní produkty alkoholové fermentace patří: etanol, gylcerol, oxid uhličitý, acetaldehyd, metanol a aromatické látky (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008).

2.3.7. Esterifikace Esterifikace bioolejů je způsob, kterým se získává metylester z listování semen olejnin. Významnou technologií je transesterifikace olejů nízkomolekulárním alkoholem, kde se jako katalyzátor používá KOH nebo NaOH pro bazickou katalýzu a H 2SO4 pro kyselou katalýzu. Nejčastější zdroj pro výrobu metylesteru je řepka. Vzniklý olej se dále míchá s motorovou naftu za vzniku bionafty druhé generace, která má lepší vlastnosti než motorová nafta samotná. Patří sem lepší hořlavost, tišší chod, nižší emise, mazací a čistící schopnost. Nejvýznamnější předností bionafty je její biologická odbouratelnost (Pastorek a kol., 2004; Murtinger a Beranovský, 2008).

2.4. Výhody biomasy V mnoha ohledech je biomasa považována za nový alternativní způsob získávání energie. Ovšem dříve, před průmyslovou revolucí, dřevo sloužilo jako každodenní zdroje energie. Nahrazení fosilních paliv biomasou ve výrobě energie a tepla je silně podporováno dotováno Evropskou unií (Fischer, 2011). Mezi výhody spotřebovávání biomasy se řadí následující fakta. Energie z biomasy, z větší části, nevytváří žádné škodlivé emise oxidu uhličitého. Mnoho zdrojů energie dnes bojuje s ovládnutím emisí oxidu uhličitého, protože posilují účinky skleníkových plynů. Množství vyprodukovaného CO2 při spalování biomasy se následně vrací zpět do ovzduší, odkud byl odebrán. V tomto případě se hovoří o biomase jako CO2 neutrálnímu zdroji. Česká republika představuje optimální klimatické podmínky pro pěstování RRD a energetických plodin. Při zvýšení produkce a následným využití této biomasy by se mohla Česká republika stát více nezávislým státem na dodávkách fosilních paliv od jiných států (Fischer, 2011). Biomasa je tedy bezpečným zdrojem energie nejen z pohledu neznečišťování ovzduší, ale také z hlediska politického. Dalšími výhodami jsou snižování skládek, relativně dobrá skladovatelnost, dostupnost technologií, cenová dostupnost, zvyšování zaměstnanosti aj (Dalquist a kol., 2012). 31

2.5. Nevýhody biomasy Kromě výhod, má i biomasy své slabé stránky. K nevýhodám jsou řazeny tyto skutečnosti. Mechanická přeměna biomasy do využitelné formy spotřeby, např. peletování, štěpkování, briketování aj. Využívání těžké techniky při sklizni a dopravě. Mají nižší výhřevnost a výkonnost oproti fosilním palivům. Spalováním biomasy se sice nezvyšují emise oxidu uhličitého, ale výroba metanu z živočišných exkrementů negativně přispívá k odbourávání ozónové vrstvy. Dalšími nevýhodami jsou delší doba produkce, výstavba skladovacích prostor a značná prašnost při zpracování (Dalquist a kol., 2012).

32

3

METODIKA Diplomová práce s názvem Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje

energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ je rozvržena do několika částí. Teoretická část byla zpracována metodou literární rešerše dostupných odborných zdrojů a kurikulárních dokumentů a učebnic. Praktická část zahrnuje návrh vybraných materiálních prostředků výuky (metodický list pro učitele, prezentace, pracovní list), realizaci výuky a testování znalostí žáků pomocí testu vstupních a výstupních znalostí (pretest, posttest). Získaná data byla následně vyhodnocena programem Microsoft Excel a Statistica.

3.1. Metodika analýzy učebnic Podle Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (dále jen RVP ZV) souvisí téma diplomové práce Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ se vzdělávacími obory – Fyzika, Přírodopis a Zeměpis a s průřezovým tématem Environmentální výchova. K těmto oborům byly vybrány učebnice dle Seznamu učebnic a učebních textů se schvalovací doložkou pro základní vzdělávání platný ve školním roce 2014/2015. Seznam uvádí stav soupisu učebnic ke dni 20. 9. 2014, který je průběžně aktualizován zveřejňován ve Věstníku MŠMT. Pro analýzu byly vybrány čtyři učebnice nakladatelství Fraus, Nová škola, Prodos a SPN, přičemž všechna tato nakladatelství vydávají publikace pro předměty fyzika, přírodopis a zeměpis. Pouze Nová škola zatím nevytvořila učebnici fyziky. Jiná nakladatelství nevydávají učebnice pro všechny tyto předmět. Vyskytující se výrazy a slovní spojení související s problematikou biomasy byly zapsány do tabulek, viz tab. 1, tab. 2, tab. 3.

3.2.

Metodika tvorby prostředků výuky Na základě studia odborné literatury a učebnic pro základní školy, byla vytvořena

PowerPointová prezentace na téma Problematika biomasy (příloha č. 1). Dalším vytvářeným prostředkem výuky je metodický list pro učitele (příloha č. 2), ve které jsou

33

uvedeny organizační, odborné a základní informace k tématu. K fixaci probraného učiva byl vytvořen pracovní list (příloha č. 3). PowerPointová prezentace Prezentace na téma Problematika biomasy byla vytvořena v programu Microsoft PowerPoint. Jedná se o prezentaci s doprovodným textem a obrázky pro učitele, která má sloužit pouze jako vyučovací prostředek při výkladu a vysvětlování učitele v expoziční fázi hodiny. Prezentace je tvořena 13 snímky, které na sebe navazují a rozšiřují téma Problematiku biomasy. Důležitá dělení a klíčové pojmy jsou zvýrazněny tučně nebo podtržením. Velikost písma musí být dobře čitelná, a proto byl pro psaný text použit styl písma Arial vel. 20, pro nadpisy Arial Black vel 44. Text je stručně konstruován a vymezen v bodech. Obrázky byly konvertovány do optimální velikosti. Pod každým obrazem je uveden odkaz webové stránky, kde je možné sis jej stáhnout. Celá prezentace je v nádechu zelené barvy, jako projev „zelené energie“ (ekologické zdroje energie). Tvůrce by měl vhodně používat kontrastní barvy pro pozadí, písmo, rámečky aj., aby byl text dobře čitelný. Metodický list Metodický list je pro celou realizaci výuky nejdůležitějším materiálovým prostředkem výuky. Primární funkcí tohoto souboru je návod pro učitele, jak postupovat a vést výuku. Součástí jsou odborné informace, které rozšiřují znalosti učitele v oblasti alternativních zdrojů energie. Obsahem příručky je téma hodiny, ročník, pro který je hodina navržena, místo realizace, časová dotace, forma výuky z normativního a sociálního hlediska, začlenění do RVP ZV, prostředky výuky, výchovně vzdělávací cíle, kompetence žáka, pojmy nové, opěrné a rozšiřující, dovednosti senzomotorické a intelektuální, organizační podmínky, mezipředmětové vztahy, praktický dopad výuky, vlastní teorie, scénář výuky, otázky použité během výkladu a zdroje literatury. Metodický list byl vytvořen pro hodinu přírodopisu, jelikož byl v tomto předmětu realizován. Po určitých modifikacích, je možné jej použít i v jiných předmětech, tedy konkrétně ve fyzice a zeměpisu.

34

Pracovní list Podle Altmana (1975) pracovní list slouží učiteli k rychlé a objektivní kontrole vědomostí žáků. Řadí je mezi moderní materiální prostředky výuky. Pracovní listy mohou být použity během výuky v kterékoli fázi vyučovací hodiny, nejčastěji se používají ve fixační fázi pro zopakování, upevnění a systematizaci učiva (Švecová, 2000). Petty (1993) uvádí zásady, které by měly být dodrženy při tvorbě pracovních listů:

1. úlohy by měly na sebe navazovat 2. procvičování by mělo vést od jednodušších úloh po složitější 3. jednotlivé úlohy by měly být očíslovány 4. měla by se použít adekvátní velikost a styl písma 5. typy úloh by měly být heterogenní 6. pracovní list by měl být zajímavý, doplněn obrázky a psán na počítači. Cílem tohoto pracovního listu bylo upevnit a procvičit znalosti žáků o problematice biomasy. Do výuky byl zařazen ve fixační fázi vyučovací hodiny. Jednotlivé učební úlohy vycházejí z PowerPointové prezentace. Text byl formátován stylem písma Times New Roman, vel. 12, tučné zvýraznění pro nadpisy a zadání úloh. Při tvorbě byly použity heterogenní úlohy, aby žáci neztráceli motivaci pracovní list vyplnit (příloha č. 3; autorské řešení příloha č. 4).

3.3. Metodika pretestu/posttestu Tvorba testu Cílem výzkumu bylo zjištění účinnosti výuky znalosti žáků na téma Problematika biomasy. Pro zkoumání efektivity výuky autorky byl zvolen test. Metoda pretestu a posttestu neboli testu vstupních a výstupních znalostí, přičemž se jedná o totožný test. Pretest slouží k testování počátečního stavu znalostí před realizací výuky. Posttest má za úkol zjištění výsledného stavu znalostí. Na základě stanovených hypotéz byly k testování vybrány dvě školy: vesnická základní škola ve Velkých Karlovicích a Základní škola Koryčanské paseky v městě Rožnov pod Radhoštěm. Nejprve byl test poslán do škol, aby 35

jej žáci vyplnili. V tomto případě se jednalo o pretest. O týden později nastala samotná výuka autorky, přičemž na závěr hodiny žáci vyplnili opět stejný test, tedy posttest. Didaktický test je podle Byčkovského (1982; in Chráska, 1999) „nástroj systematického zjišťování (měření) výsledků výuky“. Didaktický test by měl být tvořen…Z toho důvodu nelze tento test považovat za didaktický. Test byl vytvořen typem uzavřených úloh s výběrem jedné správné odpovědi (příloha č. 5; autorské řešení příloha č. 6). Úloha je sestavena ze dvou částí, a to z problému nebo otázky, která má být řešena a z nabídnutých odpovědí (Chráska, 1999). Tento typ úloh byl vybrán z důvodu jednoduššího zpracování výsledků programem Statistica12, ve kterém odpovědi figurovaly jako proměnné hodnoty s označením 1 pro správnou odpověď a 0 pro nesprávnou odpověď. Celkem bylo sestaveno 15 úloh. Před odpovídám na konkrétní otázky, žáci vyplnili informační hlavičku, ve které se autorka dotazuje respondenta na pohlaví, místo a typ bydliště. Tyto informace byly stěžejní kvůli stanoveným hypotézám a posloužily jako neproměnné hodnoty ve vyhodnocování výsledků. Testy byly vždy anonymní. Charakteristika testovaného souboru Testování se zúčastnily čtyři třídy devátého ročníku s celkovým součtem 100 žáků, z čehož 47 respondentů pocházelo z vesnice a 53 z města. Porovnání výsledků se provádělo nejen na úrovni místa bydliště, ale také pohlaví. Test tedy podstoupilo 45 dívek a 55 chlapců. Jelikož se jednalo o kvantitativní výzkum, byl počet řešitelů zvolen tak, aby data mohla být vyhodnocena programem Stastica 12.

3.4.

Použité metody pro vyhodnocení dat Získaná data (příloha č. 7) byla graficky zpracována v programu Microsoft Excel.

Přičemž osu y vždy tvoří počet správných odpovědí v procentech a osu x počet stanovených otázek. Pro statistickou analýzu byl použit program STATISTICA 12. Konkrétně se jednalo metodu analýzy rozptylu (ANOVA = Analysis of Variance). ANOVA ověřuje kolísání sledované náhodné veličiny kolem střední hodnoty (v tomto případě se jedná o aritmetický průměr) několika skupin. Tato proměnlivost vzniká v důsledku působení různých vlivů, přičemž každý z nich se podílí na celkové variabilitě určitou částí (LEPŠ, 1996).

36

Základním úkolem ANOVY je určit vliv jednotlivých úrovní určitého faktoru na nějakou měřenou veličinu. V případě, že by zkoumané faktory neměly na příslušnou proměnou žádný vliv, tak by se jejich působení statisticky neprojevilo, byly by statisticky neprůkazné. Oproti tomu, pokud by se významně prokázal vliv daného faktoru, potom by se to projevilo na příslušných statistických charakteristikách měřené veličiny, zejména na míře rozptylu a na aritmetickém průměru. Tentokrát by byly veličiny statisticky průkazné (DRÁPELA, 2000). K vyhodnocování dat byla použita vícefaktorová ANOVA. Tento typ ANOVY byl použit z důvodu posuzování účinku více faktorů na jednu proměnnou (počet správných odpovědí v testu). Jednalo se o tři faktory – pohlaví, místo bydliště a typ testu. Test mnohonásobného porovnání, přesněji – Fisherův LSD test pos-hoc (Least Significant Difference – minimální průkazný rozdíl) uvádí, zda se jedná o pokus statisticky průkazný. Tento test byl použit při celkovém srovnání pretestu a posttestu a u vybraných úloh (4., 8., 10. a 15.), které byly vybrány na základě nejnižšího počtu správných odpovědí v pretestu a posttestu.

37

4

POSTAVENÍ PROBLEMATIKY BIOMASY V PLATNÝCH KURIKULÁRNÍCH DOKUMENTECH A UČEBNICÍCH PRO ZÁKLADNÍ ŠKOLY

4.1. Kurikulární dokumenty Systém kurikulárních dokumentů je zakotven v Národním programu rozvoje vzdělávání v ČR (tzv. Bílé knize) a v zákoně č. 561/2004 Sb., o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělávání. Tyto dokumenty jsou s vydávány na dvojí úrovni, státní a školní. Státní úroveň představuje Rámcové vzdělávací programy (RVP) vytvořené pro jednotlivé etapy vzdělávání. Z nich dále vycházejí dokumenty na školní úrovni tzv. Školní vzdělávací programy (ŠVP) (Jeřábek a Tupý, 2013). Vzhledem k zaměření studia autora diplomové práce, bude používán Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání (RVP ZŠ). 4.1.1. Charakteristika vzdělávací oblasti Člověk a příroda Problematika

biomasy

jako

obnovitelného

zdroje

energie

v

kontextu

environmentální výchovy na ZŠ se podle RVP ZV objevuje ve vzdělávací oblasti Člověk a příroda. Tato oblast zajišťuje prozkoumávání přírody a spojitosti s ní na úrovni základní školy. Pomocí různých metod a prostředků řeší pochopení přírodních poznatků a úkazů žáky. Příroda je žákům prezentována jako systémový celek složený z prvků, které jsou provázány a navzájem se ovlivňují. Nejdůležitějším jevem je porozumění a udržení přírodní rovnováhy v souvislosti se všemi živými organismy a jejich ohrožení. Tato vzdělávací oblast také přispívá k rozvoji logického a kritického myšlení (Jeřábek a Tupý, 2013). Fyzika, přírodopis, zeměpis a chemie jsou vzdělávací obory, které řadí do vzdělávací oblasti Člověk a příroda. Díky těmto oborům jsou žákům ve výuce uváděny zákonitosti přírodních procesů, veškeré informace, fakta a souvislosti pro jejich užití v reálném světě. Pro žáky a jejich vstup do života je zejména podstatný rozvoj dovedností pomocí speciálních metod, jako jsou pozorování, bádání a měření, tvorba a ověřování hypotéz, vyhodnocování výsledků a formulace závěrů.

38

Poznávání přírody bylo žákům přiblíženo již v 1. stupni základního vzdělávání, kterou zaštiťuje vzdělávací oblast Člověk a jeho svět. Na tuto oblast tedy navazuje vzdělávací oblast Člověk a příroda, které je rozvíjena na 2. stupni základního vzdělávání (Jeřábek a Tupý, 2013). Cílové zaměření vzdělávací oblasti Vzdělávací oblast Člověk a příroda je také zaměřena na tvarování a rozvíjení klíčových kompetencí žáka v: 

zkoumání přírodních faktů a jejich souvislostí s využitím různých empirických metod poznávání i různých metod racionálního uvažování



potřebě klást si otázky o průběhu a příčinách přírodních procesů, které mají vliv na ochranu zdraví, životů, životního prostředí a majetku, správně tyto otázky formulovat a hledat na ně adekvátní odpovědi



způsobu myšlení, které vyžaduje ověřování vyslovovaných domněnek o přírodních faktech více nezávislými způsoby



posuzování důležitosti, spolehlivosti a správnosti získaných přírodovědných dat pro potvrzení nebo vyvrácení vyslovovaných hypotéz či závěrů



zapojování do aktivit směřujících k šetrnému chování k přírodním systémům, ke svému zdraví i zdraví ostatních lidí



porozumění souvislostem mezi činnostmi lidí a stavem přírodního a životního prostředí



uvažování a jednání, která preferují co nejefektivnější využívání zdrojů energie v praxi, včetně co nejširšího využívání jejích obnovitelných zdrojů, zejména pak slunečního záření, větru, vody a biomasy



utváření dovedností vhodně se chovat při kontaktu s objekty či situacemi potenciálně či aktuálně ohrožujícími životy, zdraví, majetek nebo životní prostředí (Jeřábek a Tupý, 2013).

4.1.2. Vzdělávací obory Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje energie se dotýká podle RVP ZV vzdělávacích oborů fyzika, přírodopis a zeměpis. Vzdělávací obory fyzika, přírodopis a zeměpis jsou rozděleny do několika tematických celků. Osm tematických celků sestavuje učivo přírodopisu, oproti fyzice a zeměpisu, které jsou tvořeny pouze sedmi tematickými celky. Každý z nich je v RVP ZV tvořen očekávanými výstupy a učivem (Jeřábek a Tupý, 2013).

39

Následující schéma znázorňuje zařazení tématu Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje energie do RVP ZV:  Vzdělávací obor: Fyzika  Tematický celek: Energie  Očekávané výstupy: 

žák určí v jednoduchých případech práci vykonanou silou a z ní určí změnu energie tělesa



žák využívá s porozuměním vztah mezi výkonem, vykonanou prací a časem



žák využívá poznatky o vzájemných přeměnách různých forem energie a jejich přenosu při řešení konkrétních problémů a úloh



žák určí v jednoduchých případech teplo přijaté či odevzdané tělesem



žák zhodnotí výhody a nevýhody využívání různých energetických zdrojů z hlediska vlivu na životní prostředí

 Učivo:  formy energie – pohybová a polohová energie; vnitřní energie; elektrická energie a výkon; výroba a přenos elektrické energie; jaderná energie, štěpná reakce, jaderný reaktor, jaderná elektrárna; ochrana lidí před radioaktivním zářením  přeměny skupenství – tání a tuhnutí, skupenské teplo tání; vypařování a kapalnění; hlavní faktory ovlivňující vypařování a teplotu varu kapaliny  obnovitelné a neobnovitelné zdroje energie  Vzdělávací obor: Přírodopis  Tematický celek: Základy ekologie  Očekávané výstupy: 

žák uvede příklady výskytu organismů v určitém prostředí a vztahy mezi nimi

40



žák rozlišuje a uvede příklady systémů organismů – populace, společenstva, ekosystémy a objasní na základě příkladu základní princip existence živých a neživých složek ekosystému



žák vysvětlí podstatu jednoduchých potravních řetězců v různých ekosystémech a zhodnotí jejich význam



žák uvede příklady kladných i záporných vlivů člověka na životní prostředí a příklady narušení rovnováhy ekosystému

 Učivo:  organismy a prostředí – vzájemné vztahy mezi organismy, mezi organismy a prostředím; populace, společenstva, přirozené a umělé ekosystémy, potravní řetězce, rovnováha v ekosystému  ochrana přírody a životního prostředí – globální problémy a jejich řešení, chráněná území  Vzdělávací obor: Zeměpis  Tematický celek: Životní prostředí  Očekávané výstupy: 

žák porovnává různé krajiny jako součást pevninské části krajinné sféry, rozlišuje na konkrétních příkladech specifické znaky a funkce krajin



žák uvádí konkrétní příklady přírodních a kulturních krajinných složek a prvků, prostorové rozmístění hlavních ekosystémů (biomů)



žák uvádí na vybraných příkladech závažné důsledky a rizika přírodních a společenských vlivů na životní prostředí

 Učivo:  krajina – přírodní a společenské prostředí, typy krajin  vztah příroda a společnost – trvale udržitelný život a rozvoj, principy a zásady ochrany přírody a životního prostředí, chráněná území přírody, globální ekologické a environmentální problémy lidstva (Jeřábek a Tupý, 2013). 41

4.1.3. Průřezová témata Hlavním posláním průřezových témat RVP ZV je přiblížení žákům okruhy aktuálních problémů současného světa z odborného hlediska, protože formují jejich osobnost. Přispívají k formování osobnosti žáka a jeho vědomostí, dovedností a schopností, a také postojů a hodnot. Průřezová témata jsou v RVP ZV podrobně rozpracována do tematických okruhů. Dílčími částmi tematických okruhů jsou témata, která jsou v kompetenci každé školy (škola si může zvolit, jaké témata chce) (Jeřábek a Tupý, 2013). Všechna průřezová témata jsou povinnou součástí základního vzdělávání, jak na prvním stupni, tak i na druhém stupni. Všechna témata nemusí ovšem být realizována v každém ročníku vzdělávání, ale během vzdělávání na ZŠ musí být žákům nabídnuty všechny okruhy průřezových témat. Jakým způsobem bude probíhat jejich realizace a do jaké hloubky již záleží na ŠVP (Jeřábek a Tupý, 2013). RVP ZV vymezuje šest průřezových témat: Osobnostní a sociální výchova, Výchova demokratického občana, Výchova k myšlení v evropských a globálních souvislostech, Multikulturní výchova, Environmentální výchova, Mediální

výchova.

Vzhledem k zaměření diplomové práce bude podrobněji rozebráno pouze průřezové téma Environmentální výchova (Jeřábek a Tupý, 2013). Průřezové téma Environmentální výchova Cílem Environmentální výchovy je přiblížení a pochopení komplexnosti a složitosti vztahů mezi člověkem a životním prostředí. Důležitým a nezbytným prvkem tohoto průřezového tématu je progresivně přistoupit k udržitelnému rozvoji společnosti, přijmout odpovědnost sám za sebe, ale i za jednání společnosti. Environmentální výchova směřuje žáky k aktivnímu zájmu o vztah mezi lidskou společností a přírodou, a ovlivňuje hodnotovou orientaci a životní styl, v zájmu ochrany a rozkvětu lidské civilizace (Jeřábek a Tupý, 2013). Toto průřezové téma bývá uplatňováno téměř ve všech vzdělávacích oblastech. Konkrétně se jedná o vzdělávací oblasti: Člověk a jeho svět, Člověk a zdraví, Člověk a společnost, Informační a komunikační technologie, Člověk a svět práce, Umění a kultura a ovšem Člověk a příroda (Jeřábek a Tupý, 2013). Jelikož se diplomová práce zabývá problematikou biomasy, což patří mezi aktuální problémy dnešní doby, je tedy správně součástí průřezového tématu 42

Environmentální výchova. V diplomové práci bude rozpracována realizace průřezového tématu Environmentální výchova v oblasti Člověk a příroda (Jeřábek a Tupý, 2013). V oblasti Člověk a příroda je kladen důraz na porozumění základním přírodním zákonitostem. Jedná se o vzájemný vztah od nejméně složitých ekosystémů až po biosféru jako celek a jejich vztah k lidské společnosti. Řadí se sem problematika zachování podmínek života, získávání obnovitelných zdrojů surovin a energie s osobní hodnotou, jako jsou např. inspirace, motivace a odpočinek. Environmentální výchova zakládá stanovisko k přístupu a pochopení vazby mezi prvky, jejich hierarchické skladbě a vztahům k okolí v systémovém uspořádání (Jeřábek a Tupý, 2013). Podstatou průřezového tématu je rozvoj osobnosti žáka a jeho vědomostí, dovedností, schopností, postojů a hodnot. V konkrétních případech se jedná o: 

porozumění souvislostem v biosféře, vztahům člověka a prostředí a důsledkům lidských činností na prostředí



uvědomování si podmínek života a možností jejich ohrožování



poznávání a chápání souvislostí mezi vývojem lidské populace a vztahy k prostředí v různých oblastech světa



pochopení souvislostí mezi lokálními a globálními problémy a vlastní odpovědností ve vztazích k prostředí



poskytování znalostí, dovedností a pěstování návyků nezbytné pro každodenní žádoucí jednání občana vůči prostředí



ukazování modelové příklady jednání z hledisek životního prostředí a udržitelného rozvoje žádoucích i nežádoucích



napomáhání rozvoji spolupráce v péči o životní prostředí na místní, regionální, evropské i mezinárodní úrovni



seznamování s principy udržitelnosti rozvoje společnosti



učení se hodnotit objektivnost a závažnost informací týkajících se ekologických problémů



učení komunikace o problémech životního prostředí, vyjadřování, racionální obhajování a zdůvodňování svých názorů a stanovisek



vnímání života jako nejvyšší hodnoty



odpovědnost ve vztahu k biosféře, k ochraně přírody a přírodních zdrojů



pochopení významu a nezbytnosti udržitelného rozvoje jako pozitivní perspektivy dalšího vývoje lidské společnosti



podněcování aktivity, tvořivosti, toleranci, vstřícnosti a ohleduplnosti ve vztahu k prostředí



utváření zdravého životního stylu a vnímání estetických hodnot prostředí 43



angažovanost v řešení problémů spojených s ochranou životního prostředí



vnímavý a citlivý přístup k přírodě, přírodním a kulturním dědictvím (Jeřábek a Tupý, 2013).

4.1.4. Charakteristika tematických okruhů průřezového tématu Environmentální výchova Environmentální výchova je tvořena čtyřmi tematickými okruhy. Jejich cílem je, aby žák lépe porozuměl problematice spojitosti mezi člověkem a životním prostředím. Jedná se o tyto tematické okruhy: Ekosystémy, Základní podmínky života, Lidské aktivity a problémy životního prostředí a Vztah člověka k prostředí (Jeřábek a Tupý, 2013).

Ekosystémy Základní funkční jednotkou přírody je právě ekosystém, v němž jsou v přímém vztahu společenstva a abiotické prostředí. Mezi těmito složkami dochází ke koloběhu látek, převodu energie, přenosu informací a společně se vyvíjejí v určitém časoprostoru. (Jeřábek a Tupý, 2013). RVP ZV uvádí v tematické okruhu ekosystémy následující témata: les, pole, vodní zdroje, moře, tropický deštný les, lidské sídlo – město – vesnice, kulturní krajinu a jejich význam, funkci, vztahy uvnitř ekosystému a s člověkem, vliv vůči lidstvu a naopak, ochrana a způsoby hospodaření. (Jeřábek a Tupý, 2013). Základní podmínky života Do toho tematického okruhu jsou řazeny podmínky nezbytné pro existenci jakýchkoli živých organismů, jejich ochrana, funkce, význam, vliv a jejich využití člověkem. Patří zde tyto jednotlivá témata: voda, ovzduší, půda, ochrana biologických druhů, ekosystémy – biodiverzita, energie a přírodní zdroje. Lidské aktivity a problémy životního prostředí Tematický okruh Lidské aktivity a problémy životního prostředí obsahuje témata, jako jsou: zemědělství a životní prostředí, ekologické zemědělství, doprava a životní prostředí, průmysl a životní prostředí, odpady a hospodaření s odpady, ochrana přírody a 44

kulturních památek, změny v krajině, dlouhodobé programy zaměřené k růstu ekologického vědomí veřejnosti. Vztah člověka k přírodě Poslední tematický okruh přispívá k rozvoji mezi člověkem a společností a přírodou. Jsou zde zařazena témata: naše obec, náš životní styl, aktuální (lokální) ekologický problém, prostředí a zdraví a nerovnoměrnost života na Zemi.

4.2. Platné učebnice Pro pojmovou analýzu byly vybrány následující učebnice, které jsou řazeny abecedně dle nakladatelství stejně, jako jsou tabulky 1., 2., 3.:

FYZIKA - RAUNER, K. Fyzika pro 6. ročník základní školy a primu víceletého gymnázia. 1. vyd. Praha: Fraus, 2004, 120 s. RAUNER, K. Fyzika 8: pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2006, 3 sv. HOLUBOVÁ, R., RICHTEREK, L., KUBÍNEK, R. Fyzika III: učebnice fyziky pro ZŠ a víceletá gymnázia. Olomouc: Prodos, 2012, 4 sv. TESAŘ, J., JÁCHIM, F. Fyzika 5 pro základní školu: energie. 1. vyd. Praha: SPN - pedagogické nakladatelství, 2010-2011, 2 sv.

PŘÍRODOPIS - ŠVECOVÁ, M., MATĚJKA, D., DUPALOVÁ, A. Přírodopis 9 pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2007-2008. MATYÁŠEK, J., HRUBÝ, Z. Přírodopis: učebnice. Geologie a Ekologie. Brno: Nová škola, 2010, 132 s. ZAPLETAL, J., JANOŠKA, M., BIČÍKOVÁ, L., TOMANČÁKOVÁ, M. Přírodopis 9. Olomouc: Prodos, c2000, 95 s. ČERNÍK, V., MARTINEC, Z., VÍTEK, J., VODOVÁ, V. Přírodopis 9: geologie a ekologie pro základní školy. 1. vyd. Praha: SPN pedagogické nakladatelství, 2010, 103 s.

45

ZEMĚPIS – MARADA, M., PEŠTOVÁ, J. Zeměpis 9 pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2008, 3 sv. CHALUPA, P., HÜBELOVÁ, D. Zeměpis: učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia: pro 9. ročník. 3., aktual. vyd. Brno: Nová škola, 2013, 127 s. VOŽENÍLEK, V., FŇUKAL, M., NOVÁČEK, P., SZCZYRBA, Z. Zeměpis 5: hospodářství a společnost. Olomouc: Prodos, c2003, 79 s. CHALUPA, P., DEMEK, J., RUX, J., HOFMANN, E., VRBAS, J. Zeměpis 8: pro základní školy. 2. upr. a rozš. vyd. Praha: SPN - pedagogické nakladatelství, 2009, 2 sv.

46

Tab. 1. Pojmová analýza učebnic fyziky

FYZIKA

Nakladatelství

FRAUS

biologický odpad

elektrárny

jaderná elektrárna

oteplení země

skleníkový plyn

sluneční (solární) elektrárna

štěpení jader

uhlí

vítr

bioplyn

fosilní paliva

neekologický

oxid uhličitý

sláma

sluneční energie

tepelné elektrárny

uran

vodní elektrárna

dřevo

geotermální elektrárna

obnovitelné suroviny

ropa

Slunce

spalování

teplo

větrné elektrárny

zemní plyn

biomasa

fosilní paliva

jaderná elektrárna

obnovitelné

OZE

Slunce

vítr

záření

změna klimatu

energetika

geotermální

jaderná paliva

ovzduší

přírodní

spotřeba

voda

zdroj

znečišťování

energie

jaderná

neobnovitelné

oxid uhličitý

ropa

uhlí

vyčerpatelný

zemní plyn

životní prostředí

biomasa

dřevo

energetika

neobnovitelné

radioaktivní odpad

rychle rostoucí rostliny

uhlí

voda

zemní plyn

bioplyn

energie

jaderná elektrárna

obnovitelný

ropa

Slunce

vítr

zdroj

životní prostředí

NOVÁ ŠKOLA

PRODOS

SPN

V učebnicích fyziky byly uvedeny pojmy a slovní spojení (Tab. 1.), která souvisí s výrazy s návrhem výuky Problematika biomasy. Na první pohled je zřejmé, že učebnice od nakladatelství Fraus a Prodos má rozsáhlejší slovní vybavenost než publikace od SPN. Na druhou stanu nakladatelství SPN a Prodos zmiňují více stěžejních pojmů úzce spjaté s daným tématem – označeny žlutě. Pro výuku jsou tedy doporučovány jako první publikace od vydavatelství Prodos, poté SPN a nakonec Fraus. Nová škola bohužel nevydává učebnice pro předmět fyzika, z toho důvodu je pole prázdné. 47

Tab. 2. Pojmová analýza učebnic přírodopisu

PŘÍRODOPIS

Nakladatelství

energetické rostliny energetický mix

globální oteplování jaderná energie klimatické změny

dřevo

energie

neobnovitelné

dýchání

fotosyntéza

obnovitelný

biopaliva

energie biomasy

dřevo

fosilní paliva

emise

fotosyntéza

geotermální energie globální oteplování hmota biologického původu

alternativní

dřevo

biomasa

alternativní biomasa

FRAUS

NOVÁ ŠKOLA

PRODOS

cyklus uhlíku

emise

oxid uhličitý

přírodní zdroj

ozdobnice čínská perspektivní biomasa pohonné hmoty

radioaktivní odpad rašelina

ropa

sluneční kolektor

rychle rostoucí sluneční záření byliny rychle rostoucí spalování dřeviny

udržitelný rozvoj

voda

uhlí

vyčerpatelný

umělý zdroj

zdroj

recyklace

řepka olejná

šťovík krmný

uran

zemní plyn

produkce

rostliny pro biomasu

skleníkový efekt

technický olej

vítr

životní prostředí

jaderné palivo

obnovitelný

recyklace

Slunce

uhlí

zdroj

klimatické změny

organická hmota

ropa

uran

zemní plyn

neobnovitelný

oxid uhličitý

skleníkový efekt

vítr

životní prostředí

jaderný

obnovitelný

oxid uhličitý

recyklace

sláma

uhlí

zdroje

energie

kyselé deště

oteplování

paliva

ropa

Slunce

uran

zemní plyn

bioplyn

fosilní

neobnovitelné

ovzduší

přírodní zdroje

skleníkový efekt

spotřeba

vyčerpatelný

znečištění

alternativní

emise

ovzduší

ropa

Slunce

smog

uhlí

voda

změna klimatu

elektrárna

energie

oxid uhličitý

spalování

vítr

zemní plyn

znečišťování

sluneční energie trvale udržitelný rozvoj

SPN skleníkový jev sluneční záření

48

Rozbor učebnic přírodopisu (Tab. 2.) přinesl mnoho pojmů přímo i nepřímo spjatých s tématem návrhu výuky. Stejně jako v předchozí tabulce, i zde jsou vyznačené nejdůležitější pojmy žlutou barvou. Úroveň slovní vybavenosti je v učebnicích přírodopisu velice vysoká, co se týká počtu výrazů. Nejvíce se tématu obnovitelných zdrojů energie věnovala publikace od nakladatelství Fraus. V tabulce jsou téměř všechna pole vyplněna žlutou barvou, která označuje důležité a stěžejní pojmy. Konkrétně tématu biomasy, zde bylo dostáno velké pozornosti v porovnání s ostatními učebnicemi. Vyskytovaly se zde výrazy např. energetické rostliny, perspektivní biomasy, ozdobnice čínská, šťovík krmný, řepka olejná, rychle rostoucí rostliny, rychle rostoucí dřeviny, rostliny pro biomasu aj. Nová škola se spíše stručně zmínila o obnovitelných a neobnovitelných zdrojích energie, přičemž alespoň uvedla základní rozdíly a typy zdrojů energií. Vydavatelství Prodos již bylo specifičtější než Nová škola, ale také pojala téma spíše okrajově. Téma v učebnici od nakladatelství SPN bylo uvedeno pouze okrajově a ze širokého pohledu. Tato kniha se pro výuku tématu zcela nehodí. Jednoznačným primárním zdrojem pro učitele, by tedy byla publikaci od nakladatelství Fraus s doplněním a rozšířením informací.

49

Tab. 3. Pojmová analýza učebnic zeměpisu Nakladatelstv í

FRAUS

NOVÁ ŠKOLA

ZEMĚPIS alternativní

dřevo

energie

jaderná elektrárna

obnovitelný

ropa

tepelná elektrárna

biologický původ

elektrický

geotermální elektrárna

neobnovitelný

přílivová elektrárna

sluneční elektrárna

uhlí

alternativní

elektřina

fosilní paliva

jaderná

odpad

pohonné hmoty

ropa

teplo

vítr

elektrárna

energie

geotermální

obnovitelný

palivo

recyklace

sluneční energie

uhlí

vodní

alternativní

elektřina

jaderná elektrárna

paliva

recyklace

solární panely

tepelné elektrárny

voda

výroba

biomasa

energetika

mrva

plyn

ropa

spotřeba

udržitelný rozvoj

vodní elektrárna

zbytky rostlin

cukrová třtina

energie

nevyčerpateln é

pohonný

sluneční

suroviny

uhlí

vyčerpatelné neobnovitelné

zdroj

dřevo

geotermální

odpad

přílivová

snížení spotřeby

škodlivý

větrná elektrárna

vyčerpatelné obnovitelné

zemní plyn

neobnovitelný

oxid uhličitý

ropa

uhlí

větrná elektrárna

voda

zemní plyn

obnovitelný

přílivová elektrárna

skleníkový efekt

uran

vítr

vyčerpatelný

zemské nitro

PRODOS

SPN

geotermální elektrárna jaderná energie

sluneční elektrárna sluneční záření

větrná elektrárna vodní elektrárna

zdroj zemní plyn

Z hlediska množství a okrajově se objevujících pojmů v učebnicích zeměpisu, není doporučováno využít tyto publikace k výuce Problematiky biomasy. Všechny knihy se spíše zmiňují o neobnovitelných zdrojích energie. Což je jednoznačně vidět na převaze bílých polí nad žlutými (označují důležité pojmy pro téma Problematika biomasy). Ovšem nakladatelství Prodos uvádí více výrazů k tématu a je tedy možné použít alespoň tuto publikaci. 50

VÝSLEDKY

5

Získaná data (příloha č. 7) z testů, které proběhly na dvou typech škol, vesnické a městské, byla vyhodnocena a byly zjištěny následující fakta.

110 100 90

počet správných odpovědí [%]

80 70 60 50 40 30

Pretest

20

Postest

10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 1. Srovnání výsledků z pretestu a posttestu Při porovnání všech získaných výsledků z testu vstupních a výstupních znalostí (Obr. 1.) byly u některých položek zjištěny značné rozdíly. Z grafického znázornění je zřejmé, že k největšímu zlepšení došlo u položek 4. (Mezi primární zdroj energie řadíme.), 8. (Mezi energetické plodiny řadíme.) a 10 (Co není odpadní biomasa.). Položky 2. (Obnovitelné zdroje energie jsou.), 11. (Chlévská mrva, kejda a hnojůvka.) a 12. (Mezi lesní odpad řadíme) vykazují 100% úspěšnost v odpovědích posttestu, přičemž v pretestu dosáhly úrovně kolem 90 %. Z čehož lze usoudit, že tyto úlohy nebyly pro žáky obtížné, jak ve vstupním testování, tak ani ve výstupním. Pozitivní výsledky získaly také položky 1. (Neobnovitelné zdroje energie jsou.), 5. (Co je to biomasa.) a 15. (Spotřeba obnovitelné energie v ČR je.), u kterých se zvýšila úspešnost správných odpovědí z původní hodnoty okolo 50 % na téměř 100 %. Všechny položky v testu, kromě čtvrté a desáté, vykazovaly zlepšení v úspěšnosti řešení ve srovnání pretestu a posttestu. Konkrétní data jednotlivých položek, viz příloha č. 7. 51

pretest

posttest

počet správných odpovědí [%]

110

100

90

80

70

60

50

město

vesnice

město

vesnice

Obr. 2. Srovnání výsledků pretestu a posttestu s ohledem na pohlaví a místo bydliště Graf (Obr. 2.) znázorňuje porovnání získaných dat s ohledem na místo bydliště a pohlaví respondenta ve výstupním a vstupním testu. Červená barva odpovídá dívkám a modrá chlapcům. Na vodorovné ose je vyznačen typ místa, ve které se nachází škola každé skupiny, na svislé ose pak počet správných odpovědí v procentech (osa y). Vyhodnocení zobrazuje průměrný počet správných odpovědíspolu s tzv. směrodatnou odchylkou – tj. průměrnou odchylkou od průměru. Při grafickém porovnání, je patrné, že nejúspěšnějšími byly dívky z vesnické v obou testováních. Při srovnání výsledků pretestu a posttestu, dosáhli chlapci z vesnické školy značného zlepšení, přičemž původně měli nejslabší výsledky v prvním testování oproti ostatním. Ve vstupním testování byly zjištěny slabší výsledky u dívek a hochů z městské školy. Na druhou stranu, z grafu je zřejmé, že posttest dopadl pro tyto dvě skupiny velmi dobře, především pro chlapce, kteří dosáhli většího zlepšení. Toto grafické porovnání nás však ještě neinformuje o statistické průkaznosti daných rozdílu. K tom, abychom mohli říct, zda jsou rozdíly statisticky průkazné či nikoliv, je zapotřebí využít tzv. post-hoc testu.

52

Tab. 4. Výsledky Fisherova LSD testu pro kombinaci pretestu a posttestu s ohledem na pohlaví a místo navštěvované školy chlapci

chlapci

chlapci

město

město

vesnice vesnice

pretest

posttest pretest

chlapci město

pretest

chlapci město

posttest 0,00000

chlapci vesnice pretest

chlapci

dívky

dívky

dívky

dívky

město

město

vesnice

vesnice

posttest pretest

posttest pretest

posttest

0,00000 0,04772 0,00000 0,21693 0,00000 0,31419 0,00000 0,00000 0,54627 0,00000 0,88314 0,00000 0,30302

0,04772 0,00000

0,00000 0,48883 0,00000 0,00531 0,00000

chlapci vesnice posttest 0,00000 0,54627 0,00000

0,00000 0,47229 0,00000 0,65164

dívky

město

pretest

dívky

město

posttest 0,00000 0,88314 0,00000 0,47229 0,00000

dívky

vesnice pretest

dívky

vesnice posttest 0,00000 0,30302 0,00000 0,65164 0,00000 0,26146 0,00000

0,21693 0,00000 0,48883 0,00000

0,00000 0,03600 0,00000 0,00000 0,26146

0,31419 0,00000 0,00531 0,00000 0,03600 0,00000

0,00000

Fisherův LSD post-hoc test prokázal pro čtyři možné kombinace (Tab. 4.) ohraničeny tučným rámečkem (tj. ve středu zájmu) statisticky významné rozdíly, vyznačeny červeně. Černě označení čísel nevykazují statisticky významný rozdíl.

53

110

poče správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

chlapci – vesnice muži - vesnice

10

muži - město chlapci – město

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 3. Srovnání výsledků pretestu chlapců z městské a vesnické školy Porovnáním počtu správných odpovědí v testu vstupních znalostí mezi chlapci z vesnice a města (Obr. 3.), byly zjištěny následující skutečnosti. Křivka znázorňující odpovědi chlapců z vesnice (vyznačena modrou barvou) je jednoznačně tvořena body, které dosahují nižší úrovně. Pouze u položek 1., 5., 6., 11. a 12. dosáhly vyšších hodnot než chlapci z města (vyznačena zelenou barvou). Obě křivky vykazují různou obtížnost u jednotlivých úloh. Mezi nejslabší odpovědi chlapců z vesnické školy patřily odpovědi na položky č. 4, 8, 12 a 15. U hochů z městské školy je tento stav podobný, kromě položky 15, jaká je spotřeba obnovitelné energie v ČR. K jejich neúspěchu se spíše řadí otázka č. 5 zabývající se definicí biomasy.

54

počet správných odpovědí [%]

110 100 90 80 70 60 50 40 chlapci – město muži - město

30

muži - vesnice chlapci – vesnice

20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 4. Srovnání výsledků posttestů chlapců z městské a vesnické školy Graf (Obr. 4.) představuje srovnání výsledků posttestů mezi chlapci z městské a vesnické školy. Modře je znázorněna křivka, která označuje maximálně dosažený počet správných odpovědí z vesnické školy. Zelená spojnice představuje odpovědi z městské školy. Respondenti z města dosáhli nejvyšší úrovně znalostí v otázkách 10. a 14. Z celkového pohledu, opět dopadla nejhůře otázka č. 4. Z grafického znázornění vyplývá, že chlapci z vesnice odpovídali více správně než chlapci z města.

55

pošet správných odpovědá [%]

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20

pretest

10

posttest

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 5. Srovnání výsledků pretestu a posttestu chlapců z městské školy Získaná data od chlapců ze vstupního a výstupního testu z městské školy představuje Obr. 5. Značené zlepšení v počtu správných odpovědí nastalo u otázek 1, 4, 5, 8, 10 a 15. Nejvýznamněji především v bodě 8, kde se z původní úrovně okolo 20 % vyšplhala hodnota téměř na 90 %. Třetina otázek (2., 3., 11., 12., 14.) byla zodpovězena se 100% úspěšností. Nejnižší progres nastal u otázky 7, kde rozdíl tvoří pouhá 4 %.

56

110 100

počet správných odpovdí [%]

90 80 70 60 50 40 30 20

pretest

10

postest

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 6. Srovnání výsledků pretestu a posttestu chlapců z vesnické školy Vykreslení grafu (Obr. 6.) zobrazuje rozdíl mezi získanými správnými odpověďmi z pretestu a posttestu u chlapců z vesnické školy. V této skupině dělala největší problém opět otázka č. 4. Na druhou stranu z původní hodnoty úspěšnosti pod 10 %, dosáhla úrovně 80 %. Podobné situace nastaly i u úloh 8, 10 a 15. Nejlepších výsledků, 100%, dosáhli žáci v otázkách 2., 3., 6., 9., 11., 12. a 15.

57

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

dívky město žena -– město

10

žena -– vesnice dívky vesnice

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 7. Srovnání výsledků pretestů dívek z městské a vesnické školy Při porovnání získaných dat z pretestů pro dívčí skupinu z městské a vesnické školy, byly zjištěny skutečnosti, které ilustruje Obr. 7. V počtu správných odpovědí, jednoznačně dosáhly lepších výsledků dívky z vesnice než dívky z městské školy, které lépe odpovídaly pouze u otázek č. 9, 11 a 12. Největší slabinou byly opět úlohy č. 4, 8 a 10. U dívek z města dělala problém ještě otázka 13. Značný rozdíl je zřetelný u bodu 6. a 13. V obou případech měly lepší znalosti žákyně z vesnické školy. Maxima nebylo dosaženo ani v jedné otázce.

58

110 100

počet správných odpovědí [%]

90 80 70 60 50 40 30 20

dívky město žena -– město

10

dívky vesnice žena -– vesnice

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 7. Srovnání výsledků posttestů dívek z městské a vesnické školy Graf (Obr. 7.) porovnává počet dosažených bodů z testu výstupních znalostí u dívek z města a vesnice. Obě křivky jsou znázorněny v rozmezí mezi 80 a 100 % správných odpovědí. Jednoznačně lépe odpovídaly dívky z vesnické školy, které pouze u šesti otázek (1, 8, 9, 10, 13 a 15) nezískaly plný počet bodů. Odpovědi ze skupiny z městské školy dosáhly svého maxima pouze u čtyř úloh (2, 11, 12 a 15). Jako nejslaběji zodpovězené otázky byly č. 4 a 10 pro dívky z města a 8 a také 10 pro dívky z vesnice.

59

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

pretest

10

postest

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 8. Srovnání pretestu a posttestu dívek z městské školy Křivka znázorňující počet správných odpovědí v testu vstupních znalostí (Obr. 8.), vykazuje různou obtížnost jednotlivých otázek pro žákyně. Její rozsah je vymezen cca od 25 % po 95 % správných odpovědí. Oproti tomu odpovědi v testu výstupních znalostí se pohybují v rozmezí okolo 80 % až 100 %. Vyhodnocením dat z pretestu a posttestu u dívek z města bylo zjištěno, že největší progres po výuce nastal u otázky 8, u které se hodnota z 25 % zvýšila na 87,5 %. Maximum bylo zaznamenáno pouze u otázek č. 2, 11 a 12 v posttestu.

60

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

pretest

10

posttest

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 9. Srovnání pretestu a posttestu dívek z vesnické školy Grafické znázornění získaných dat z testu vstupních a výstupních znalostí u dívek z vesnické školy (Obr. 9.), představují dvě spojnice. Červená křivka vykresluje počet správných odpovědí v pretestu, z čehož vyplývá, že jednotlivé otázky byly pro dívky různě obtížné. Nejlépe byly zodpovězeny úlohy 2., 3., 6., 11., 12., 13. a 14. Nejhůře opět otázky č. 4, 8 a 10. Výsledky posttestu jsou vyhodnoceny se 100% úspěšností v devíti bodech (2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 14). Což znamená, že žákyně po výuce odpověděly zcela správně na 60 % testových otázek.

61

110 100

počet správných odpovědí [%]

90 80 70 60 50 40 30 20

chlapci muži

10

dívky ženy

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 10. Srovnání pretestů mezi chlapci a dívkami z městské školy Při porovnání výsledků z testů vstupních a výstupních znalostí mezi dívkami a chlapci ze stejné městské školy (Obr. 10.), bylo zjištěno, že téměř u všech otázek odpovídali více méně stejně. Největší rozdíl je zaznamenám u otázky 5., na kterou lépe odpověděly dívky. Nicméně, u úloh č. 7 a 13 je jednoznačná převaha správných odpovědí chlapců než dívek. Celková hladina počtu správných odpovědí se pohybovala v rozmezí mezi 20 % a 93 % pro chlapce a 25 % a 95 % pro dívky. Z čehož vyplývá, že žákyně odpovídaly lépe než žáci.

62

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

chlapci muž

10

žena dívky

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 11. Srovnání pretestů mezi chlapci a dívkami z vesnické školy Ze srovnání výsledků z pretestů mezi chlapci a dívkami z vesnické školy (Obr. 11.) vyplývá, že počet správných odpovědí znázorněné u dívek červenou křivkou, dosáhl, až na několik výjimek (otázky č. 7 a 12), vyšší úrovně, než odpovědi chlapců vyznačené modrou křivkou. Obě skupiny získaly nejnižší počet správných odpovědí v položce 4., 8., 10. a 15. Naopak na otázky č 2, 3, 6, 11, 12 a 14 odpověděli lépe, kdy se úspěšnost pohybovala v rozmezí okolo 70 % až cca 95 %. Nejvyšší i nejnižší skóre bylo dosaženo chlapci v položce 4 (7 %) a 12 (96 %).

63

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

chlapci muži

10

dívky ženy

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 12. Srovnání výsledků posttestu mezi chlapci a dívkami z městské školy Získaná data z testu výstupních znalostí od chlapců a dívek z vesnické školy představuje Obr. 12. Zeleně je znázorněna křivka, která označuje maximálně dosažen počet správných odpovědí chlapců. Oranžová spojnice představuje odpovědi dívek. Jak z grafu vyplývá, obě skupiny dosáhly svými odpověďmi úrovně úspěšnosti mezi 80 až 100 %. Nejnižší hodnoty nabyly odpovědi na 4. a 10 položku. Naopak nejvyšší hodnotu, tedy 100 %, získali žáci v otázkách 2., 3., 11. a 15. Při porovnání obou křivek je jejich hranice téměř stejná, ale chlapci odpovídali lépe než dívky. Tento fakt představují otázky 3, 6, 10, 13 a 14.

64

110

počet správných odpovědí [%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20

chlapci muž

10

dívky žena

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

počet otázek

Obr. 13. Srovnání výsledků posttestu mezi chlapci a dívkami z vesnické školy Graf (Obr. 13.) znázorňuje srovnání výsledků testu výstupních znalostí mezi chlapci a dívkami z vesnické školy. Světle modrá spojnice vyznačuje odpovědi chlapců, rozmezí jejich je mezi 80 až 100 %. Křivka růžové barvy zvýrazňuje procento správných odpovědí dosažených v jednotlivých otázkách u dívek. Z grafu je zřejmé, že dívky odpovídaly více správně než chlapci. Ti získali vyšší skóre pouze u úloh č. 9, 13 a 15. Největší rozdíl nastal v úloze 4, ve které žákyně dosáhly 100% úspěšnosti, oproti svým spolužákům, kteří získali pouze 80 %.

65

Tab. 5. Výsledky Fisherova LSD post-hoc testu pro položku č. 4 s ohledem na pohlaví žáka a typ navštěvované školy pretest

pretest

pretest

pretest

posttest posttest posttest posttest

chlapci

chlapci

dívky

dívky

chlapci

vesnice město pretest

chlapci vesnice

pretest

chlapci město

pretest

dívky

vesnice 0,02816 0,83931

pretest

dívky

město

vesnice město

vesnice město

dívky

dívky

vesnice

město

0,02993 0,02816 0,12340 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,02993

0,83931 0,58060 0,00001 0,00001 0,00000 0,00002 0,48115 0,00006 0,00007 0,00000 0,00014

0,12340 0,58060 0,48115

0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

posttest chlapci vesnice 0,00000 0,00001 0,00006 0,00000 posttest chlapci město

chlapci

0,89140 0,09877 0,88622

0,00000 0,00001 0,00007 0,00000 0,89140

0,06918 0,98950

posttest dívky

vesnice 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,09877 0,06918

posttest dívky

město

0,07923

0,00000 0,00002 0,00014 0,00000 0,88622 0,98950 0,07923

Fisherův LSD post-hoc test prokázal statisticky významné rozdíly téměř mezi všemi možnými kombinacemi respondentů a typu navštěvované školy u položky 4. (Tab. 5.).

Staticky průkazné rozdíly se nepotvrdily u pretestu dívek z městské školy

v kombinaci s ostatními pretestovými skupinami, dále při porovnání veškerých posttestových skupin mezi sebou a u pretestu dívek z vesnické školy ve srovnání s pretestem chlapců a dívek z městské školy.

Tab. 6. Výsledky Fisherova LSD post-hoc testu pro položku č. 8 s ohledem na pohlaví žáka a typ navštěvované školy pretest

pretest

pretest

pretest

posttest posttest posttest posttest

chlapci

chlapci

dívky

dívky

chlapci

chlapci

dívky

dívky

vesnice

město

vesnice

město

vesnice

město

vesnice

město

pretest

chlapci vesnice

pretest

chlapci město

0,18573 0,76032 0,38270 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

pretest

dívky

vesnice 0,76032 0,11931

pretest

dívky

město

0,18573

0,11931 0,68789 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,26038 0,00000 0,00002 0,00002 0,00003

0,38270 0,68789 0,26038

0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

posttest chlapci vesnice 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 posttest chlapci město

0,34400 0,61874 0,43199

0,00000 0,00000 0,00002 0,00000 0,34400

posttest dívky

vesnice 0,00000 0,00000 0,00002 0,00000 0,61874 0,70157

posttest dívky

město

0,70157 0,90406 0,79780

0,00000 0,00000 0,00003 0,00000 0,43199 0,90406 0,79780

Z tabulky (tab. 6.) je patrné, že statisticky významné rozdíly nastaly pouze při porovnání odpovědí pretestů a posttestů všech možných kombinací na položku č. 8. Z čehož vyplývá, že výuka výrazně zefektivnila správnost odpovědí v posttestu.

66

Tab. 7. Výsledky Fisherova LSD post-hoc testu pro položku č. 10 s ohledem na pohlaví žáka a typu navštěvované školy pretest

pretest

pretest

pretest

posttest posttest posttest posttest

chlapci

chlapci

dívky

dívky

chlapci

chlapci

dívky

dívky

vesnice

město

vesnice

město

vesnice

město

vesnice

město

pretest

chlapci vesnice

0,17194 0,38458 0,86569 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

pretest

chlapci město

pretest

dívky

vesnice 0,38458 0,68959

pretest

dívky

město

0,17194

0,68959 0,24417 0,00001 0,00000 0,00001 0,00026 0,48773 0,00001 0,00000 0,00001 0,00018

0,86569 0,24417 0,48773

0,00000 0,00000 0,00000 0,00001

posttest chlapci vesnice 0,00000 0,00001 0,00001 0,00000 posttest chlapci město

0,66879 0,86426 0,41403

0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,66879

0,81944 0,20954

posttest dívky

vesnice 0,00000 0,00001 0,00001 0,00000 0,86426 0,81944

posttest dívky

město

0,34658

0,00000 0,00026 0,00018 0,00001 0,41403 0,20954 0,34658

Stejný jev jako u položky osmé, nastal také u desáté položky (Tab. 7.). Zde Fisherův LSD test také potvrdil statisticky významný rozdíl mezi pretestem posttestem různých a to v rámci různých kombinací skupin respondentů

Tab. 8. Výsledky Fisherova LSD post- hoc testu pro položku č. 15 s ohledem na pohlaví žáka a typu navštěvované školy pretest

pretest

pretest

pretest

posttest posttest posttest posttest

chlapci

chlapci

dívky

dívky

chlapci

vesnice

město

vesnice město

pretest

chlapci vesnice

pretest

chlapci město

pretest

dívky

vesnice 0,04360 0,20766

pretest

dívky

město

vesnice město

dívky

dívky

vesnice město

0,00049 0,04360 0,06252 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00049

0,20766 0,12262 0,00054 0,00132 0,00470 0,00070 0,82631 0,00001 0,00003 0,00017 0,00002

0,06252 0,12262 0,82631

0,00000 0,00001 0,00005 0,00000

posttest chlapci vesnice 0,00000 0,00054 0,00001 0,00000 posttest chlapci město

chlapci

0,72515 0,65495 1,00000

0,00000 0,00132 0,00003 0,00001 0,72515

posttest dívky

vesnice 0,00000 0,00470 0,00017 0,00005 0,65495 0,89952

posttest dívky

město

0,89952 0,73077 0,66081

0,00000 0,00070 0,00002 0,00000 1,00000 0,73077 0,66081

Výsledky z Fisherova LSD testu odlišily, které kombinace skupin respondentů jsou spolu statisticky průkazné u položky č. 15 (Tab. 8.). Opět jsou všechny odpovědi posttestovcýh skupin statisticky průkazné s pretestovými skupinami.

67

6

DISKUZE Hlavním cílem diplomové práce byla tvorba materiálních prostředků pro výuku

problematiky biomasy na ZŠ. Efektivita navržených prostředků byla zkoumána pomocí pretestu a posttestu na dvou typech škol, městské a vesnické. Výsledky získané z testů vstupních a výstupních znalostí dokazují, že nejúspěšnější testovanou skupinou byly dívky z vesnické školy (Viz Obr. 2.). V pretestu dívky dosáhly průměrné úspěšnosti 66 % a v posttestu 97,14 % (Příloha č. 7). Co se týká výsledků z testu vstupních znalostí, ostatní skupiny dopadly následovně: chlapci z městské školy získali 63 %, chlapci z vesnické školy 57 % a dívky z městské školy 58,9 %. Z těchto faktů jednoznačně vyplývá, že nejhůře dopadli chlapci z vesnické školy a za nimi v těsném závěsu dívky z městské školy. Výsledky z posttestů dopadly zcela jinak, než by se dalo očekávat. Opět sice byly, co se do podílu správných odpovědí týče, první dívky z vesnické školy, ale značný progres nastal u chlapců z vesnické školy, kteří si polepšili na 95,6 % správných odpovědí. Zbývající dvě skupiny, chlapci a dívky z městské školy, dosáhly téměř stejných výsledků z testu výstupních znalostí. Chlapci, s celkovým průměrným skóre 93,7 %, byli o několik desetin lepší než dívky, které získaly 93,3 %. Tyto signifikantní závěry ovšem nejsou v souladu s žádnou ze stanovených hypotéz. První hypotéza předpokládala lepší vědomosti u žáků z městské školy. V druhé hypotéze se uvádí, že chlapci mají lepší znalostní vybavenost než dívky. Důvody vyvrácení hypotéz jsou následující. Výuka ve vesnické škole probíhala významně lépe. Žáci byli velmi tolerantní a projevovali značný zájem o danou problematiku. Tento přístup může být dán i prostředím, ve kterém žijí. Škola se nachází v rozlehlé vesnici v podhůří Beskyd, kde je příroda všudy přítomná. Motivačním prvkem také mohla být změna vyučujícího. Na této škole nejsou žáci zvyklí na praktikanty z pedagogických fakult. Žáci z městské školy již nebyli natolik ohleduplní k praktikujícímu vyučujícímu, zde se mohl projevit demotivující vliv změny vyučující. Při hodině nedávali takový pozor a neprojevili téměř žádnou snahu a zájem o dané téma, v porovnání s třídami z vesnické školy. Vliv učitele může být stěžejní příčinou následného postoje žáků k samotnému předmětu přírodopisu. Tato skutečnost byla zkoumána v bakalářské práci Světlíková 2013, která zjistila, že pozitivněji vnímají přírodopis žáci z vesnické školy než žáci z městské školy.

68

Posun ve správnosti odpovědí, může ukazovat na značnou efektivitu výuky pozorovatelné u položek 4., 8., 10. a 15. (Obr. 5., 6., 8., 9.) v posttestu. Nízký počet správných odpovědí v pretestu u úlohy čtvrté (Mezi primární zdroj energie řadíme) mohl být způsoben špatnou formulací. Žáci tuto testovou úlohu mohli pochopit z pohledu, který alternativní zdroj energie je nejčastěji využíván. Proto byla jejich nejčastější odpověď: sluneční energie a vodní energie. Žalud a kol. (2009) a Cenek a kol. (2001) uvádějí rozdělení alternativních zdrojů energie z hlediska primárního zdroje, čímž je Slunce. Žalud a kol. (2009) dále toto rozdělení dělí na úrovni přímého technického využití Slunce, která jsou aktivní ve forma solárně-termických nebo fotovoltaických aplikací a pasivní, čímž jsou myšleny pasivní domy, a využití energie Slunce prostřednictvím přírodních procesů, kam zařazuje energii biomasy, větrnou a vodní. Na stejnou úroveň, jako je Slunce, uvádějí geotermální energii. Oproti nim Cenek a kol. (2001) dělí energie dostupné v přírodě na: staré zásoby (fosilní a jaderná paliva, vodík, geotermální energii a chemické látky), sluneční zářivý tok, který je dále rozdělen na nepřímou solární energetiku, pod kterou patří voda, vítr a biomasa, a přímou solární energetiku, kde řadí pasivní a aktivní systémy. Z celkového pohledu lze říci, že obě publikace zaujímají stanovisko vůči Slunci jako primárního zdroje energie. Položka osmá (Mezi energetické plodiny řadíme) jednoznačně poukazuje, že pojem energetické plodiny byl pro žáky více méně neznámý. V tomto případě byly myšleny energetické byliny. Z toho důvodu byla jejich nejčastější odpověď šťovík, čirok, topoly, vrby, což zahrnuje nejen energetické plodiny, ale také dřeviny. Na druhou stranu předcházející položka č. 7 zadává, Mezi rychle rostoucí dřeviny řadíme: a) konopí, b) šťovík, c) čirok, d) topol. Logickým uvažováním mohli žáci dojít k závěru, že RRD označují pouze dřeviny a energetické plodiny jsou rostliny bylinného charakteru. Cíleně pěstovaná biomasy a její dělení není zcela sjednocené. Havlíčková a kol. (2008) pojali rozdělení na nedřevnaté rostliny a rychle rostoucí dřeviny. Publikace Pěstování energetických plodiny od Petříkové a kol. (2006) jednoznačně hovoří pouze o energetických plodinách ve smyslu bylinného charakteru. Pastorek a kol. (2004) a Cenek a kol. (2001) rozdělují energetickou biomasu zcela jiným způsobem, a to do třech skupin: fytomasa s vysokým obsahem lignocelulózy, fytomasa olejnatých plodin a fytomasa s vysokým obsahem škrobu a cukru. Rozdělení, které bylo použito v diplomové práci, je podle serveru Biom, který dělí cíleně pěstovanou biomasu na rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny nebo energetické byliny a traviny. Autorka se přiklání k tomuto 69

dělení, protože je pro pochopení nejjednodušším rozdělením z pohledu žáků devátých ročníků. Chybné odpovědi u otázky desáté (Co není odpadní biomasa) poukazují spíše na neznalost faktu, že komunální odpady jsou řazeny mezi odpadní biomasu. Nebo kvůli slovesu v záporu, došlo k nepochopení zadání. Ovšem vylučovací metodou, mohli žáci dojít ke správné odpovědi. Poslední patnáctá úloha uvádí, jaká je spotřeba obnovitelné energie v České republice. Získané hodnoty u této položky byly pro každou skupinu zcela rozlišné. Žáci z městské školy odpovídali správněji než žáci z vesnické školy. Konkrétně, chlapci z městské školy dosáhli v pretestu 66 % a 97 % v posttestu, odpovědi u dívek z městské školy se zlepšily o 50 % (50 % a 100%), chlapci navštěvující vesnickou školu získali nejprve 31 % poté 100 % a poslední skupina dívky z vesnické školy dosáhly v testu vstupních znalostí 52 % a v testu výstupních znalostí 95 % správných odpovědí.

70

7

ZÁVĚR Diplomová práce s názvem Problematika biomasy jako obnovitelného zdroj energie

v kontextu environmentální výchovy na ZŠ byla zaměřena na tvorbu materiálních prostředků výuky s následným zjišťováním jejich efektivity pomocí testů vstupních a výstupních znalostí. Práce je složena z teoretické části, která obsahuje průřez odbornou literaturou, postavení tématu práce v platných učebnicích s jejich následnou analýzou a vyhodnocení dat z pretestů a posttestů, která byla získána na dvou typech škol, městské a vesnické. Analýzou učebnic byla zjištěna nedostatečná pozornost týkající se problematiky biomasy a obnovitelných zdrojů energie, i když je toto téma zastoupeno ve třech vzdělávacích oborech. Učebnice se spíše zaměřují na problematiku neobnovitelných zdrojů energie a jejich škodlivost. Z toho důvodu jsou vytvořené materiály, které jsou součástí diplomové práce, cennými vyučovacími prostředky. Při porovnání výsledky testů vstupních a výstupních znalostí byla jednoznačně prokázána významná efektivita výuky na obou typech škol, přičemž žáci z vesnické školy byly úspěšnější v počtu správných odpovědí než žáci z městské školy. Zásoba fosilních paliv ještě není zcela vyčerpána, ale jejich těžba bude stále nákladnější. Proto by se měly více využívat alternativní zdroje energie. Přechodem k obnovitelným zdrojům by se vyřešily i další otázky týkající globálních problémů. Z environmentálního hlediska by se měl v žácích podporovat zájem a vztah k využívání alternativních zdrojů energie, především biomasy, která je v dnešní době považována za jeden z nejperspektivnějších zdrojů energie. Stanovené cíle byly tedy splněny.

71

8

SEZNAM LITERATURY

ALTMANN, Antonín (1975): Metody a zásady ve výuce biologii. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství. CENEK, M.. Obnovitelné zdroje energie. 2. upr. a dopl. vyd. Praha: FCC Public, 2001, 208 s. ISBN 80-901985-8-9. ČERNÍK, V., MARTINEC, Z., VÍTEK, J., VODOVÁ, V. Přírodopis 9: geologie a ekologie pro základní školy. 1. vyd. Praha: SPN - pedagogické nakladatelství, 2010, 103 s. ČÍŽKOVÁ, L., ČÍŽEK, V. 2009. Pěstování rychle rostoucích dřevin v České republice. In Rychlerostoucí dřeviny - zdroj biomasy pro energetiku: sborník referátů: konferenční sál na GŘ LČR, s. p. Praha: Česká lesnická společnost, 24 s. DAHLQUIST, E. Technologies for converting biomass to useful energy: combustion, gasification, pyrolsis, torrefaction and fermentation. CRC Press, 2012. 504 s. ISBN 9780415620888. DesROCHER, A., VAN DEN DRIESSCHE, R., THOMAS, B., R. 2006. NPK fertilization at planing of free hybrid poplar clones in the boreal region of Alberta. Forest Ecology and Management, Vol. 232: 216-225. DICKMANN, D., I., ISEBRANDS, J., G., ECKENWALDER, J., E., RICHARDSON, J. 2001. Poplar Culture in North America. Ottawa: NRC Research Press. 397 s. DRÁPELA, K. 2000. Statistické metody II (pro obory lesního, dřevařského a krajinného inženýrství). Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 144 s. FISCHER, M. 2012. Water balance of short rotation coppice: Ph.D. Thesis. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Institut agrosystémů a bioklimatologie, 261 s. FISCHER, M., TRNKA, M., KUČERA, J., FAJMAN, M., ŽALUD, Z. 2011. Biomass growth and water consumption linkage in short rotation poplar coppice (Populus nigra × P. maximowiczii) in the conditions of Czech Moravian Highlands. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 28 s. 32 GLOSER, J. Fyziologie rostlin. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 1998, 137 s. ISBN 8021010622. HAVLÍČKOVÁ, K. Rostlinná biomasa jako zdroj energie. Průhonice: Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví s Novou tiskárnou Pelhřimov, 2008, 83 s. ISBN 978-80-7415-004-3. HOLUBOVÁ, R., RICHTEREK, L., KUBÍNEK, R. Fyzika III: učebnice fyziky pro ZŠ a víceletá gymnázia. Olomouc: Prodos, 2012, 4 sv. 72

CHALUPA, P., DEMEK, J., RUX, J., HOFMANN, E., VRBAS, J. Zeměpis 8: pro základní školy. 2. upr. a rozš. vyd. Praha: SPN - pedagogické nakladatelství, 2009, 2 sv. CHALUPA, P., HÜBELOVÁ, D. Zeměpis: učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia: pro 9. ročník. 3., aktual. vyd. Brno: Nová škola, 2013, 127 s. CHMELAŘ, J., KOBLÍŽEK, J. in HEJNÝ, S., SLAVÍK, B. Květena České republiky. 2., nezm. vyd. Praha: Academia, 2003, 540 s. ISBN 80-200-1089-0. CHRÁSKA, M. Didaktické testy: příručka pro učitele a studenty učitelství. Brno: Paido - edice pedagogické literatury, 1999, 91 s. ISBN 8085931680. JEŘÁBEK, J., TUPÝ, J. (2013): Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání [online]. cit. [14. 3. 2015]. Dostupné z WWW: http://www.msmt.cz/vzdelavani/zakladnivzdelavani/upraveny-ramcovy-vzdelavaci-program-pro-zakladni-vzdelavani/ KAJAN, M. Bioplyn z odpadů živočišné výroby. Biom.cz [online]. 2005-08-23 [cit. 23. 3. 2015]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655. KRAVKA, M. Plantáže dřevin pro biomasu, vánoční stromky a zalesňování zemědělských půd: metody vhodné pro malé a střední provozy. 1. vyd. Praha: Grada, 2012, 102 s. ISBN 978-80-247-3925-0. LEPŠ, J. 1996. Biostatistika. České Budějovice: Jihočeská univerzita. 166 s. LORENZINI, G., BISERNI, C., FLACCO, G. Solar thermal and biomass energy. Southampton: WIT Press, c2010, [12], 211 s. ISBN 978-1-84564-147-4. MARADA, M., PEŠTOVÁ, J. Zeměpis 9 pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2008, 3 sv. MAREČEK, A, HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia, 3. díl. Vyd. 1. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2000, 250 s. ISBN 80-7182-057-1. MATYÁŠEK, J., HRUBÝ, Z. Přírodopis: učebnice. Geologie a Ekologie. Brno: Nová škola, 2010, 132 s. MOTLÍK, J., VÁŇA, J.: Biomasa pro energii (1) Zdroje. Biom.cz [online]. 2002-02-01 [cit. 23. 3. 2015]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655. MURTINGER, K., BERANOVSKÝ, J. Energie z biomasy. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2011, 106 s. Stavíme. ISBN 978-80-251-2916-6. PARIKKA, M. 2004. Global biomass fuel resources. Biomass and bioenergy, Volume 27: 613-620.

73

PASTOREK, Z., KÁRA, J., JEVIČ, P. 2004. Biomasa: obnovitelný zdroj energie. 1. vyd. Praha: FCC PUBLIC, s. r. o. 288 s. PETTY, G. Moderní vyučování. 5. vyd. Praha: Portál, 2008, 380 s. ISBN 978- 80-7367427-4. PROCHÁZKA, S., ŠEBÁNEK, J., GLOSER, J., SLADKÝ, Z. 2002. BotanikaMorfologie a fyziologie rostlin. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 242 s. PROCHÁZKA, Stanislav. Fyziologie rostlin. Vyd. 1. Praha: Academia, 1998, 484 s. ISBN 80-200-0586-2 RAUNER, K. Fyzika 8: pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2006, 3 sv. ROSILLO CALLÉ, Francisco. The biomass assessment handbook: bioenergy for a sustainable environment. Sterling, VA: Earthscan, 2007, xxiii, 269 p. ISBN 9781844072859. STRAŠIL in PETŘÍKOVÁ, V., SLADKÝ, V., STRAŠIL Z., ŠAFAŘÍK. M., USŤAK, S., VÁŇA, J. 2006. Energetické plodiny. 1. vyd. Praha: Profi Press, s.r.o. 126 s. ŠEJVL, R.: Bez energetického využití odpadů se neobejdeme. Biom.cz [online]. 201306-24 [cit. 23. 3. 2015]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655. ŠVECOVÁ, M. (2000): Cvičení z didaktiky biologie. 1. vyd. Praha: Karolinum, 88 s. ISBN 80-246-0000-5. ŠVECOVÁ, M., MATĚJKA, D., DUPALOVÁ, A. Přírodopis 9 pro TESAŘ, J., JÁCHIM, F. Fyzika 5 pro základní školu: energie. 1. vyd. Praha: SPN pedagogické nakladatelství, 2010-2011, 2 sv. ÚRADNÍČEK, L. Dřeviny České republiky. 2., přeprac. vyd. Kostelec nad Černými lesy: Lesnická práce, 2009, 367 s. ISBN 978-80-87154-62-5. VOŽENÍLEK, V., FŇUKAL, M., NOVÁČEK, P., SZCZYRBA, Z. Zeměpis 5: hospodářství a společnost. Olomouc: Prodos, c2003, 79 s. VRBA, Vladimír, HULEŠ, Ludvík: Humus - půda – rostlina. Ekologické zásady praktické výživy rostlin. Biom.cz [online]. 2007-04-03 [cit. 23. 3. 2015]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655. WEGER, J. Výmladkové plantáže topolů a vrb [online]. c2011 [cit. 10. 3. 2015]. Dostupné na WWW: . WEGER, J., HAVLÍČKOVÁ, K. et al. 2003. Biomasa, obnovitelný zdroj v krajině. Průhonice: Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví. 51 s. 74

WEGER, J., HAVLÍČKOVÁ, K. Zásady a pravidla pěstování rychle rostoucích dřevin ve velmi krátkém obmýtí [online]. c2002 [cit. 10. 3. 2015]. Dostupné na WWW: . WEGER. J. et al. 2009. Rámcová typologie zemědělských půd pro pěstování vybraných klonů topolů a vrb k energetickému využití v České republice. In Rychlerostoucí dřeviny - zdroj biomasy pro energetiku: sborník referátů: konferenční sál na GŘ LČR, s. p. Praha: Česká lesnická společnost, 24 s. ZAFAR, S. Renewable Energy Advisor [online]. 2014 – 29 – 10 [cit. 23. 3. 2015]. Dostupné z WWW: http://www.altenergymag.com/emagazine/2009/08/biomasswastes/1359 ZAPLETAL, J., JANOŠKA, M., BIČÍKOVÁ, L., TOMANČÁKOVÁ, M. Přírodopis 9. Olomouc: Prodos, c2000, 95 s. ŽALUD, Z., POKORNÝ, E., PROCHÁZKA, B., NEUDERT, L., LUKAS, V., SMUTNÝ, V., KOCMÁNKOVÁ, E., JUROCH., CHLOUPEK, O., STŘEDA, T., DOSTÁL, V., FAJMAN, M., FISCHER. M. 2010. Změna klimatu a české zemědělství – dopady a adaptace. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 243 s.

75

9

SHRNUTÍ Diplomová práce se zabývá problematikou biomasy jako obnovitelného zdroje

energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ. V literárním přehledu jsou vymezeny základní pojmy, přehled taxonů, které jsou pěstovány pro energetické účely, celkové zhodnocení výhod a nevýhod biomasy, postavení tématu v kurikulárních dokumentech a platných učebnicích. Praktická část je zaměřena na tvorbu prostředků výuky pro téma Problematika biomasy. Následovala jejich realizace ve výuce na dvou typech škol, městské a vesnické. Efektivita výuky byla otestována pomocí testů vstupních a výstupních znalostí. Výzkumem bylo zjištěno, že výuka měla značný pozitivní vliv především na žáky z vesnické školy.

SUMMARY The master’s thesis is focused on biomass as a renewable energy source in the context of environmental education at elementary schools. Overview of taxa grown for energy purposes, an overall assessment of the advantages and disadvantages of biomass, the position of the subject in the curriculum documents and relevant textbooks are defined and thoroughly overviewed in literature review. The practical part is focused on creating the tools for teaching the topic of biomass. Further, implementation of these tools in teaching at two types of schools, urban and rural, was introduced. Instructional effectiveness was tested using the tests of input and output of knowledge. The research found that training had a significant positive impact on all pupils and mainly on those from the village school.

76

ANOTACE Diplomová práce se zabývá problematikou biomasy jako obnovitelného zdroje energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ. Problém biomasy byla posuzována z hlediska zařazení do kurikulárních dokumentů a učebnic, tvorbou prostředků výuky s jejich následným otestováním na základní městské a vesnické škole.

ANNOTATION This master’s thesis deals with the issue of biomass as a renewable energy source within the context of environmental education at elementary schools. The issue of biomass was assessed from the point of view of inclusion in the curriculum documents and textbooks, teaching resources formation and their subsequent testing for basic urban and rural schools.

KLÍČOVÁ SLOVA biomasa, environmentální výchova, obnovitelné zdroje energie, posttest, pretest tematická výuka

KEY WORDS biomass, environmental education, renewable energy sources, posttest, pretest, thematic teaching

BIBILIOGRAFICKÝ ZÁZNAM DROZDOVÁ, M. Problematika biomasy jako obnovitelného zdroje energie v kontextu environmentální výchovy na ZŠ. Brno: Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra biologie, 2015. Vedoucí diplomové práce Libuše Vodová.

77

10

SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1 – PowerPointová prezentace – Problematika biomasy (na disku CD) Příloha č. 2 – Metodický list Příloha č. 3 – Pracovní list Příloha č. 4 – Pracovní list – autorské řešení Příloha č. 5 – Testu vstupních a výstupních znalostí Příloha č. 6 – Testu vstupních a výstupních znalostí – autorské řešení Příloha č. 7 – Výsledky z testů (na disku CD) Příloha č. 8 – Koláčové grafy jednotlivých položek pretestu Příloha č. 9 – Koláčové grafy jednotlivých položek posttestu

78

Příloha č. 2 – Metodický list

METODICKÝ LIST Téma hodiny: Problematika biomasy Třída: 9. ročník Místo realizace: třída Časová dotace: 45 minut Forma výuky: Normativní hledisko: hodina základního typu Sociální hledisko: hromadná frontální, hromadná samostatná práce Prostředky výuky: PowerPointová prezentace, pracovní list Začlenění do RVP ZŠ:

1. Vzdělávací oblast – Člověk a příroda 2. Vzdělávací obor – Přírodopis 3. Tématický celek – Základy ekologie 4. Průřezové téma – Environmentální výchova

VVC: Žák vlastními slovy vysvětlí rozdíl mezi obnovitelnými a neobnovitelnými zdroji energie. Žák vyjmenuje všechny typy fosilních paliv. Žák vysvětlí pojem primární zdroj energie. Žák vysvětlí pojem biomasa. Žák uvede základní rozdělení biomasy. Žák vyjmenuje alespoň tři rychle rostoucí dřeviny. Žák vyjmenuje alespoň tři energetické plodiny. Žák vysvětlí pojem odpadní biomasa. Žák uvede všechny typy odpadní biomasy. Žák shrne výhody a nevýhody biomasy.

Kompetence: 

k učení – Žák třídí informace, obecné poznatky a propojuje do souvislostí a vytváří si komplexnější pohled, kriticky posuzuje a vyvozuje z nich závěry.



komunikativní – Žák naslouchá promluvám druhých, využívá komunikativní dovednosti ke spolupráci s ostatními, a tím vytváří dobré vztahy ve skupině, rozumí psanému textu v pracovním listě, přemýšlí nad ním a tvořivě na něj reaguje.



k řešení problémů – Žák vnímá, rozpozná a pochopí problém. Řešení si promyslí, hledá informace a naplánuje způsob vyřešení, ověřuje si správnost svého řešení a je schopen si jej obhájit.



sociální a personální – Žák účinně spolupracuje ve skupině, a tím se podílí na utváření příjemné atmosféry v týmu, přispívá k diskuzi v malé skupině i k debatě celé třídy, čerpá poučení z toho, co si druzí lidé myslí, říkají a dělají. Vytváří si pozitivní představu o sobě samém, ovládá a řídí svoje jednání a chování tak, aby dosáhl pocitu sebeuspokojení a sebeúcty.



komp. občanské – Žák respektuje přesvědčení druhých a váží si jejich hodnot. Je si vědom svých práv a povinností ve škole i mimo školu, chová se zodpovědně v situacích ohrožující život a zdraví člověka a dle svých možností poskytne účinnou pomoc. Chápe základní ekologické souvislosti a environmentální problémy.



pracovní: Žák dodržuje vymezená pravidla, plní povinnosti a závazky, které jsou po něm vyžadovány v pracovním listě. Využívá znalosti a zkušenosti získané v jednotlivých vzdělávacích oblastech v zájmu vlastního rozvoje.

Pojmy: 

nové: alternativní zdroj energie, primární zdroj energie, cíleně pěstovaná biomasa, odpadní biomasa, rychle rostoucí dřeviny, energetické plodiny, čirok, chrastice, šťovík suchá a mokrá biomasa, pevná, kapalná a plynná biopaliva, chlévská mrva, kejda, močůvka a hnojůvka, CO2 neutralita, bezpečný zdroj energie



opěrné: obnovitelný, neobnovitelný, zdroj, energie, fosilní paliva, ropa, uhlí, zemní plyn, jaderná energie, skleníkový efekt, kyselé deště znečištěné ovzduší, sluneční energie, solární energie, větrná energie, vodní energie, biomasa, geotermální energie, organický, odpad, průmysl, bioplyn



rozšiřující: fytomasa, zoomasa

Dovednosti:  senzomotorické: vybarvování států ve slepé mapě podle spotřeby obnovitelné energie dle prezentace.  intelektuální: řešení úloh různého typu v pracovním listě, srovnání podstatných znaků obnovitelných zdrojů energie (OZE), definování rozdílu mezi jednotlivými typy odpadní biomasy, zaujímání stanoviska vůči využívání biomasy jako zdroje energie. Mezipředmětové vztahy: horizontální: přírodopis – fyzika: druhy energie, energetika přírodopis – zeměpis: hospodářství, průmysl Praktický dopad výuky: Šetrnost spalování biomasy k ovzduší. Předcházení změně klimatu. Zmírnění globálního oteplování. Využívání odpadů, jako zdroje energie. Snížení závislosti na dodávkách energie od jiných států. Využívání biomasy v domácnosti – topení dřevem. Organizační podmínky: Vyučovací hodina na navržena pro předmět přírodopis a hodinu základního typu. V její expoziční fázi se žáci seznamují s novými pojmy ohledně problematiky problematika biomasy. Pro výuku je použita PowerPointová prezentace pouze se základními informacemi uvedeny v bodech, proto je důležité nastudovat si vztahy a souvislosti před samotnou výukou. Pro upevnění znalostí je vytvořen pracovní list, který vychází z prezentace. Na závěr hodiny v diagnostické fázi žáci vyplní test výstupních znalostí (tato fáze může být vypuštěna). Pro samotnou výuku není potřeba žádného uzpůsobení třídy, ovšem důležitou součástí vybavení třídy je počítač a projektor.

Co by měli žáci znát: Pojmy obnovitelný a neobnovitelný zdroje energie by jim měly být známy z předmětů fyzika a zeměpis. Žák by měl být také schopen vysvětlit pojmy skleníkový efekt a kyselé deště. Dále by měli znát různé typy zdrojů energie a druhy fosilních paliv. K vyvození pojmu biomasa může učitel začít od fotosyntézy, která je žákům také již známá. Vlastní teorie: -

Neobnovitelné zdroje energie: patří zde fosilní paliva, která jsou organického původu. Vznikly rozkladem odumřelých těl rostlin a dalších organismů. Fosilní paliva budou vyčerpané v horizontu stovek let, silně znečišťují ovzduší, posilují skleníkový efekt a kyselé deště.

-

Jaderná energie (neobnovitelný zdroj energie) – štěpení uranových nebo plutoniových jader za vzniku velké energie (řadí se mezi neobnovitelné zdroje energie, kvůli ztenčujícím se zásobám radioaktivních prvků v přírodě). Dalším problémem je ukládání radioaktivního odpadu.

-

Obnovitelné zdroje energie – tzv. alternativní, též přírodní zdroje, nevyčerpatelné – mohou se obnovovat za krátkou dobu, neznečišťují tolik ovzduší jako neobnovitelné zdroje energie.

-

Primární zdroj energie – Slunce a geotermální energie. Bez Slunce by neexistovaly další typy alternativních zdrojů energie (solární energie – přímé využití Slunce; větrná energie, vodní energie, energie biomasy).

-

Větrná energie – různě zahřátý povrch Země dává za vznik tlakových nížím a výším, které se musí vyrovnat a tak dochází k proudění vzduchu.

-

Vodní energie – zde Slunce působí z hlediska koloběhu vodu.

-

Energie biomasy – energie Slunce je přeměněna a uložena ve formě biomasy (fotosyntéza).

-

Biomasa – organická hmota rostlinného nebo živočišného původu.

-

Biomasa pro energetické účely – biomasa pěstovaná cíleně za získáním energie.

-

Odpadní biomasa - biomasa, která byla již člověk využita; primárně slouží k jiným účelům.

-

Výhody biomasy - pro růst rostliny potřebují CO2, který se získávají z ovzduší, spalováním biomasy je CO2 uvolňován zpět do ovzduší, tento jev je označován jako CO2 neutrální.

-

Biomasa jako bezpečný zdroj energie – nezávislost na dodávkách fosilních paliv od jiných států, soběstačný stát.

Scénář výuky: Fáze

Popis činnosti

metoda

forma

čas

pomůcky

Hromadná frontální

2 min

-

17 min

Prezentace (př. č. 1) PC, projektor

hodiny Úvod Motivace

Expozice

Fixace

Diagnostika

Závěr

Pozdravení se se žáky. Sdělení, co se bude dnes v hodině udávat.

verbální

Učitel – promítá prezentaci na téma: Problematika biomasy, vede monolog a vkládá do něj otázky, kterými navádí žáky k vyvození nových pojmů – viz níže. Žáci si zapisují do sešitu.

Projekce statická, vysvětlování, výklad, rozhovor vyvozovací, grafické a výtvarné činnosti

Hromadná frontální

Učitel rozdá pracovní listy a žáci je samostatně vyplňují (mohou použít své poznámky). Učitel žáky obchází a odpovídá na potencionální dotazy.

Práce s pracovním listem, rozhovor opakovací

Hromadná 10 samostatná min práce

Pracovní list (př. č. 3)

Poté sis jej projdou společně. Učitel vyvolává na jednotlivé úlohy vždy jednoho žáka.

Práce s pracovním listem, rozhovor opakovací

Hromadná frontální

5 min

Pracovní list

Práce s Učitel rozdá test testem výstupních znalostí. Žáci jej vyplňují samostatně.

Hromadná 10 samostatná min práce

Rozloučení se žáky

hromadná

verbální

1 min

Test výstupních znalostí (př. č. 5) -

Otázky použité během výkladu: Co se Vám vybaví, když slyšíte pojem neobnovitelné zdroje energie? Proč patří jaderná energie mezi neobnovitelné zdroje energie? Vysvětlete, co je to skleníkový efekt? Co se Vám vybaví, když slyšíte pojem obnovitelné zdroje energie? Jaký má Slunce vliv na různé typy zdrojů energie? Uveďte konkrétní příklady suché a mokré biomasy? Setkali jste se někdy s pojmy rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny? Rostliny produkují kyslík a přijímají oxid uhličitý. Vysvětlete tento jev. Kdo z Vás doma topí dřevem? Pomáháte se štípáním a ukládáním dřeva? Použité zdroje: MATYÁŠEK, J., HRUBÝ, Z. Přírodopis: učebnice. Brno: Nová škola, 2010, 132 s. Duhová řada. ISBN 978-80-7289-184-9.

MURTINGER, K., BERANOVSKÝ, J. Energie z biomasy. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2011, 106 s. Stavíme. ISBN 978-80-251-2916-6. PASTOREK, Z., KÁRA, J., JEVIČ, P. Biomasa: obnovitelný zdroj energie. Praha: FCC Public, 2004, 286 s. ISBN 80-86534-06-5. Rychlerostoucí dřeviny - zdroj biomasy pro energetiku: sborník referátů : 21. května 2009, konferenční sál na GŘ LČR, s.p. Praha: Česká lesnická společnost, [2009], 24 s. ISBN 978-80-02-02110-0. Změna klimatu a české zemědělství - dopady a adaptace: Climate change and Czech agriculture - impacts and adaptations : monografie. Vyd. 1. Editor Zdeněk Žalud. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2009, 154 s. Folia Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. ISBN 978-80-7375-369-6.

Příloha č. 3 – Pracovní list PRACOVNÍ LIST – PROBLEMATIKA BIOMASY 1. Napiš, co patří mezi neobnovitelné zdroje energie. ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 2. Napiš, proč jsou neobnovitelné zdroje škodlivé a co způsobují.

3. Doplň text. Obnovitelné zdroje energie (……) neboli ………………………… zdroje, jsou přírodní a mohou se …………………………. Podle primárního zdroje dělíme na energii

……………………………..

a

………………………………………….

Řadíme zde energii …………………, ……………………, ………………….. a energii ………………………. 4. Vyber správné tvrzení. a) hmota rostlinného organického původu b) hmota rostlinného anorganického původu c) hmota rostlinného a živočišného organického původu d) hmota rostlinného a živočišného anorganického původu 5. Správně přiřaď pojmy. RYCHLE ROSTOUCÍ

ENERGETICKÉ

DŘEVINY

PLODINY

šťovík

čirok

topol

ozdobnice kostřava

vrba kukuřice

eukalyptus

konopí

6. Do jaké skupiny řadíme energetické plodiny a RRD?……………………………… 7. Správně přeházej písmenka. K pojmům dopiš význam. uásch omaasib …………………………………………………. okmár asiobam …………………………………………………

8. Jaké znáš výhody a nevýhody biomasy? VÝHODY BOMASY

NEVÝHODY BIOMASY

9. K obrázkům dopiš zdroje biomasy.

10. Vybarvi státy příslušnou barvou podle spotřeby obnovitelné energie v Evropě.

Příloha č. 4 – Pracovní list – autorské řešení PRACOVNÍ LIST – PROBLEMATIKA BIOMASY 11. Napiš, co patří mezi neobnovitelné zdroje energie. ……fosilní paliva – zemní plyn, ropa, uhlí a jaderná energie……………………… ………………………………………………………………………………………… 12.

Napiš, proč jsou neobnovitelné zdroje škodlivé a co způsobují.

Znečišťují ovzduší

Skleníkový efekt

Ukládání radioaktivního odpadu

Kyselé deště

13.

Doplň text.

Obnovitelné zdroje energie (OZE) neboli …alternativní…… zdroje, jsou přírodní a mohou se …obnovovat…. Podle primárního zdroje dělíme na energii …Slunce.. a …geotermální…. Řadíme zde energii …vodní…, …větrnou…, …solární. a energii …biomasy… 14. e) f) g) h)

Vyber správné tvrzení. hmota rostlinného organického původu hmota rostlinného anorganického původu hmota rostlinného a živočišného organického původu hmota rostlinného a živočišného anorganického původu

15.

Správně přiřaď pojmy. RYCHLE ROSTOUCÍ

ENERGETICKÉ

DŘEVINY

PLODINY

šťovík

čirok

topol

ozdobnice kostřava

vrba kukuřice

eukalyptus

konopí

16. Do jaké skupiny řadíme energetické plodiny a RRD? Cíleně pěstovaná biomasa 17.

Správně přeházej písmenka. K pojmům dopiš význam.

uásch omaasib ……suchá biomsa…. okmár asiobam ………mokrá biomasa………

18.

Jaké znáš výhody a nevýhody biomasy? VÝHODY BOMASY

19.

NEVÝHODY BIOMASY

Neznečišťují ovzduší

Delší doba produkce

CO2 neutrální

Nízká výhřevnost

Využití odpadů

skladovatelnost

K obrázkům dopiš zdroje biomasy.

20. Vybarvi státy příslušnou barvou podle spotřeby obnovitelné energie v Evropě.

Příloha č. 5 – Testu vstupních a výstupních znalostí

VSTUPNÍ A VÝSTUPNÍ TEST Tento test, který máte před sebou, je zcela anonymní a bude použit pouze pro potřeby diplomové práce. Vždy je správná pouze jedna odpověď. Zatrhněte, prosím, vámi zvolenou možnost Pohlaví: dívka chlapec Věk: ………………

Navštěvuji školu ve: městě

vesnice

1. Neobnovitelné zdroje energie jsou: a) obnovitelné b) nevyčerpatelné c) vysoce ohrožují životní prostředí d) vyčerpatelné až za miliardy let

9. Biopaliva dělíme na: a) pevná, kapalná, plynná b) lehká, středně těžká, těžká c) pevná, těžká, plynná d) lehká, kapalná, středně těžká

2. Obnovitelné zdroje energie jsou: a) vyčerpatelné b) fosilní paliva c) obnovitelné d) vysoce ohrožují životní prostředí

10. Co není odpadní biomasa: a) biomasa, která byla již využita b) odpady z živočišné výroby c) účelně pěstované plodiny d) komunální odpady

3. Mezi obnovitelné zdroje energie nepatří: a) ropa, uhlí, solární energie, větrná energie b) ropa, uhlí, vodní energie, energie biomasy c) ropa, uhlí, jaderná energie, zemní plyn d) ropa, uhlí, jaderná energie, vodní energie

11. Chlévská mrva, kejda a hnojůvka slouží k: a) topení b) hnojení půd c) výrobě kosmetiky d) krmení zvířat

4. Mezi primární zdroj energie řadíme: a) sluneční energii a vodní energii b) sluneční energii a energii biomasy c) sluneční energii a větrnou energii d) sluneční energii a geotermální energii 5. Co je to biomasa? a) hmota rostlinného organického původu b) hmota rostlinného anorganického původu c) hmota rostlinného a živočišného organického původu d) hmota rostlinného a živočišného anorganického původu 6. Rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny řadíme mezi: a) biomasu pěstovanou pro energetické účely b) odpadní biomasu pěstovanou pro ener. účely c) odpadní biomasu d) biopaliva

12. Mezi lesní odpady řadíme: a) kůru, seno, komunální odpad b) kůru, slámu, kejdu, hnojůvku c) kůru, větve, pařezy, kořeny d) kůru, sklo, kovy, slámu 13. K výhodám biomasy patří: a) delší doba produkce b) nízká výhřevnost c) skladová d) CO2 neutrální

14. K nevýhodám biomasy patří: a) neznečišťuje ovzduší b) obnovitelný zdroj energie c) nízká výhřevnost d) cenově dostupnější

7. Mezi rychle rostoucí dřeviny: (RRD) řadíme: a) konopí b) šťovík c) čirok d) topol 8. Mezi energetické plodiny řadíme: a) šťovík, topoly, vrby, eukalyptus b) šťovík, čirok, konopí, ozdobnici c) šťovík, čirok, konopí, vrby d) šťovík, čirok, topoly, vrby

15. Spotřeba obnovitelné energie v ČR je: a) 0-5% b) 10-20% c) 30-40% d) 50-60%

Příloha č. 5 – Testu vstupních a výstupních znalostí

VSTUPNÍ A VÝSTUPNÍ TEST Tento test, který máte před sebou, je zcela anonymní a bude použit pouze pro potřeby diplomové práce. Vždy je správná pouze jedna odpověď. Zatrhněte, prosím, vámi zvolenou možnost Pohlaví: dívka chlapec Věk: ………………

Navštěvuji školu ve: městě

vesnice

1. Neobnovitelné zdroje energie jsou: e) obnovitelné f) nevyčerpatelné g) vysoce ohrožují životní prostředí h) vyčerpatelné až za miliardy let

9. Biopaliva dělíme na: a) pevná, kapalná, plynná b) lehká, středně těžká, těžká c) pevná, těžká, plynná d) lehká, kapalná, středně těžká

2. Obnovitelné zdroje energie jsou: e) vyčerpatelné f) fosilní paliva g) obnovitelné h) vysoce ohrožují životní prostředí

10. Co není odpadní biomasa: a) biomasa, která byla již využita b) odpady z živočišné výroby c) účelně pěstované plodiny d) komunální odpady

3. Mezi obnovitelné zdroje energie nepatří: e) ropa, uhlí, solární energie, větrná energie f) ropa, uhlí, vodní energie, energie biomasy g) ropa, uhlí, jaderná energie, zemní plyn h) ropa, uhlí, jaderná energie, vodní energie

11. Chlévská mrva, kejda a hnojůvka slouží k: a) topení b) hnojení půd c) výrobě kosmetiky d) krmení zvířat

4. Mezi primární zdroj energie řadíme: e) sluneční energii a vodní energii f) sluneční energii a energii biomasy g) sluneční energii a větrnou energii h) sluneční energii a geotermální energii

12. Mezi lesní odpady řadíme: a) kůru, seno, komunální odpad b) kůru, slámu, kejdu, hnojůvku c) kůru, větve, pařezy, kořeny d) kůru, sklo, kovy, slámu

5. Co je to biomasa? e) hmota rostlinného organického původu f) hmota rostlinného anorganického původu g) hmota rostlinného a živočišného organického původu h) hmota rostlinného a živočišného anorganického původu

13. K výhodám biomasy patří: a) delší doba produkce b) nízká výhřevnost c) skladová d) CO2 neutrální

6. Rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny řadíme mezi: e) biomasu pěstovanou pro energetické účely f) odpadní biomasu pěstovanou pro ener. účely g) odpadní biomasu h) biopaliva

14. K nevýhodám biomasy patří: a) neznečišťuje ovzduší b) obnovitelný zdroj energie c) nízká výhřevnost d) cenově dostupnější

7. Mezi rychle rostoucí dřeviny: (RRD) řadíme: e) konopí f) šťovík g) čirok h) topol 8. Mezi energetické plodiny řadíme: e) šťovík, topoly, vrby, eukalyptus f) šťovík, čirok, konopí, ozdobnici g) šťovík, čirok, konopí, vrby h) šťovík, čirok, topoly, vrby

15. Spotřeba obnovitelné energie v ČR je: a) 0-5% b) 10-20% c) 30-40% d) 50-60%

Příloha č. 8 – Koláčové grafy jednotlivých položek pretestu

1. Neobnovitelné zdroje energie jsou 4

5

obnovitelné

33 nevyčerpatelné ohrožují životní prostředí vyčerpatelné až za miliardy let

58

2. Obnovitelné zdroje energie jsou 2% 2% 8%

vyčerpatené fosilní paliva obnovitelné vysoce ohrožují životní prostředí

88%

3. Mezi obnovitelné zdroje energie nepatří 6%

7% 8%

ropa, uhlí, solární energie, větrná energie ropa, uhlí, vodní energie, energie z biomasy ropa, uhlí, jaderná energie, zemní plyn

79%

ropa, uhlí, jaderná energie, vodní energie

4. Mezi primární zdroj energie řadíme sluneční energii a vodní energii 24% 35%

sluneční energii a energii biomasy

sluneční energii a větrnou energii 21%

slunečnou energii a geotermální energii 20%

5. Co je to biomasa 5% Hmota rostlinného organického původu 37% hmota rostlinného anorganického původu hmota rostlinného a živočišného organického původu

55%

hmota rostlinného a živočišného anorganického původu

3%

6. Rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny řadíme mezi

biomasu pěstovanou pro energetické účely

28%

odpadní biomasu pěstovanou pro energetické účely odpadní biomasu

3% 63% 6%

biopaliva

7. Mezi rychle rostoucí dřeviny řadíme 6% 10%

konopí šťovík 15% čirok

69%

topol

8. Mezi energetické plodiny řadíme 16% šťovík, topoly, vrby, eukalyptus 34% šťovík, čirok, konopí, ozdobnice

šťovík, čirok, konopí, vrby 29% šťovík, čirok, topoly, vrby 21%

9. Biopaliva dělíme na 6% 7% pevná, kapalná, plynná

lehká, středně těžká, těžká 22% pevná, těžká, plynná 65% lehká, kapalná, středně těžká

10. Co NENÍ odpadní biomasa 0% 4% biomasa, která byla již využita 30%

odpady z živočišné výroby

účelné pěstované plodiny 66% komunální odpady

11. Chlévská mrva, kejda a hnojůvka slouží k 1% 4%

12% topení

hnojení půd

výrobě kosmetiky

krmení zvířat 83%

2%

12. Mezi lesní odpady řadíme 3% 3%

kůru, seno, větve, komunální odpad kůru, slámu, kejdu, hnojůvku

kůru, větve, pařezy, kořeny

kůru, sklo, kovy, slámu

92%

13. K výhodám biomasy patří

25%

delší doba produkce nízká výhřevnost

48% skladování

7%

CO2 neutrální 20%

14. K nevýhodám biomasy patří 5%

9% neznečišťují ovzduší 11% obnovitelný zdroj energie

nízká výhřevnost

cenově dostupnější 75%

15. Spotřeba obnovitelné energie v ČR je 3% 0-5%

19%

28% 10-20%

30-40%

50-60% 50%

Příloha č. 9 – Koláčové grafy jednotlivých položek z posttestu 1. Neobnovitelné zdroje energie jsou 00 6

obnovitelné

nevyčerpatelné

ohrožují životní prostředí

vyčerpatelné až za miliardy let 94

2. Obnovitelné zdroje energie jsou 0% 0%

vyčerpatené fosilní paliva obnovitelné vysoce ohrožují životní prostředí 100%

3. Mezi obnovitelné zdroje energie nepatří 0% 0% 1%

ropa, uhlí, solární energie, větrná energie ropa, uhlí, vodní energie, energie z biomasy ropa, uhlí, jaderná energie, zemní plyn

99%

ropa, uhlí, jaderná energie, vodní energie

4. Mezi primární zdroj energie řadíme 6% 5%

sluneční energii a vodní energii 5% sluneční energii a energii biomasy sluneční energii a větrnou energii

slunečnou energii a geotermální energii

84%

5. Co je to biomasa

0% 3% 3%

Hmota rostlinného organického původu hmota rostlinného anorganického původu hmota rostlinného a živočišného organického původu hmota rostlinného a živočišného anorganického původu 94%

0%

6. Rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny řadíme mezi 0% 2%

biomasu pěstovanou pro energetické účely odpadní biomasu pěstovanou pro energetické účely odpadní biomasu

biopaliva 98%

7. Mezi rychle rostoucí dřeviny řadíme 0%

4%

5% konopí šťovík čirok topol

91%

8. Mezi energetické plodiny řadíme 0% 0%

10% šťovík, topoly, vrby, eukalyptus šťovík, čirok, konopí, ozdobnice šťovík, čirok, konopí, vrby šťovík, čirok, topoly, vrby

90%

0%

9. Biopaliva dělíme na

4% pevná, kapalná, plynná

lehká, středně těžká, těžká

pevná, těžká, plynná

lehká, kapalná, středně těžká 96%

10. Co NENÍ odpadní biomasa 0% 0% 12% biomasa, která byla již využita

odpady z živočišné výroby

účelné pěstované plodiny

komunální odpady 88%

11. Chlévská mrva, kejda a hnojůvka slouží k 0% 0% 0%

topení

hnojení půd

výrobě kosmetiky

krmení zvířat 100%

12. Mezi lesní odpady řadíme 0% 0% kůru, seno, větve, komunální odpad

kůru, slámu, kejdu, hnojůvku

kůru, větve, pařezy, kořeny

kůru, sklo, kovy, slámu 100%

13. K výhodám biomasy patří 0% 1% 5% delší doba produkce nízká výhřevnost skladování CO2 neutrální

94%

14. K nevýhodám biomasy patří 0% 0% 3%

neznečišťují ovzduší

obnovitelný zdroj energie

nízká výhřevnost

cenově dostupnější

97%

15. Spotřeba obnovitelné energie v ČR je 0% 2% 0% 0-5%

10-20%

30-40%

50-60% 98%