Školní fyzika v environmentálním Školní fyzika v environmentálním kontextukontextu

Jindřiška Svobodová

Katedra fyziky PdF MU v Brně

22

  Environmentální koncept vzdělávání UNESCO Environmentální koncept vzdělávání UNESCO

((tzv. 4 pilíře tzv. 4 pilíře http://www.unesco.org/delors/fourpil.htm,),)

33

Environmentální koncept vzdělávání UNESCO:Environmentální koncept vzdělávání UNESCO:

učit se poznávatučit se poznávat, tzn. osvojovat si nástroje chápání světa , tzn. osvojovat si nástroje chápání světa a rozvíjet dovednosti k učení se; a rozvíjet dovednosti k učení se;

učit se jednatučit se jednat, tzn. naučit se tvořivě zasahovat do svého , tzn. naučit se tvořivě zasahovat do svého životního (přírodního i společenského) prostředí; životního (přírodního i společenského) prostředí;

učit se býtučit se být,, tzn. porozumět vlastní osobnosti a jejímu tzn. porozumět vlastní osobnosti a jejímu utváření v souladu s morálními hodnotami; utváření v souladu s morálními hodnotami;

učit se žít s ostatnímiučit se žít s ostatními, tzn.umět spolupracovat s , tzn.umět spolupracovat s ostatními, a moci se tak podílet na životě společnosti, ostatními, a moci se tak podílet na životě společnosti, nalézt v ní své místo. nalézt v ní své místo.

Kdo a jak to bude učit ?

44

Hlavní potíže

Jak moc přírodních zdrojů je možné spotřebovávat, aniž se sníží schopnost přírody poskytovat lidem své služby v dostatečné míře a kvalitě?

Antropocén – žijeme v pětihorách ?

Žijeme v období, kdy se přírodní transport látek stává menším než látkové toky provozované lidmi.

Využívání zdrojů udržitelným způsobem je klíčové.

To však není dobře známo.

55

Globální problémy / OSN Stockholm 1972, kráceno /:

•globální problémy spojené s atmosférou:

zvýšený skleníkový efekt

narušení ozonové vrstvy

znečištění ovzduší – kyselé deště, prach

•nadměrné čerpání NOZE i OZE (voda, půda);

•poškození půdy, eroze půdy,

•globální ohrožení biodiverzity - genetické základny

•nebezpečné odpady

Hlavní potíže s přírodou - témata

66

100-year linear trend of 0.74 oC for 1906-2005

77

ZŠ fyzika poskytuje nástroje, jimiž lze analyzovat lidské činnosti ZŠ fyzika poskytuje nástroje, jimiž lze analyzovat lidské činnosti z envi-hlediska. z envi-hlediska.

Je dobré se nezaměřit jen na obecné problémy, ale na náš Je dobré se nezaměřit jen na obecné problémy, ale na náš konkrétní životní styl. konkrétní životní styl.

Úkolem není učit o povaze enviro-problémů a jejich důsledcích, Úkolem není učit o povaze enviro-problémů a jejich důsledcích, ale o tom, jak funguje život a o tom, jak a proč musíme učinit ale o tom, jak funguje život a o tom, jak a proč musíme učinit změny ve svém vlastním životním stylu. změny ve svém vlastním životním stylu.

Ukazovatkazovat metod metodyy vědecké práce, aby vědecké práce, aby vůbec běžní lidé vůbec běžní lidé chápali chápali principprincipyy kritického myšlení kritického myšlení a vědecké práce a vědecké práce. .

EV a fyzika ? - toky energie, koloběhy látek, vědecké metody,

Zelená sbírka námětů pro školní praxi …

1010

Příklad – ukázka 1

Jaký výkon má mít FV elektrárna, aby šetřila 60t emisí CO2 ročně?

Úvahy: lze na otázku jednoznačně odpovědět bez dalších údajů?

Na čem všem to bude záviset ?

- na době slunečního svitu, který je k dispozicirozdíly v jsou celkem významné v ČR dopadá denně v průměru 3,2kWh/m2 tedy asi 1,1MWh ročně solárního záření .

- na účinnosti a poloze fotovoltaických článků FV články z amorfního Si mají účinnost do 8% z krystalického Si 17%.

- na tom, jakou elektrárnu FV články vlastně nahrazujíPokud takovou, která je bez emisí, neušetříme nic

- na rozměrech a špičkovém výkonu dodaného zařízení

1111

lze si to nechat online spočítat http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pvestframe.php?en&europe

Tedy předpokládejme:

Klima ČR, křemíkové FV, náhrada uhelné elektrárny =energetické hnědé uhlí 20MJkg-1

FV elektrárna s články z krystalického křemíku umístěná v ČR získá za rok přibližně 0,2MWh

1212

Dojdeme k přibližným výsledkům:

60 tun CO2 obsahuje 16,6 tun uhlíku 12C 60 * 12/44=16,6

Hnědé uhlí má obsah uhlíku přibližně 50% tj. na produkci 60 tun CO2 jej spálíme 33 tun.

Výhřevnost uhlí je přibližně 15 MJ/kg a účinnost přeměny energie uhlí na elektřinu je přibližně 40%.

Ze zmíněných 33 tun uhlí získáme 198 GJ= 55MWh elektřiny

Na získání 55 MWh/ročně potřebujeme v ČR kolektor o ploše :

1m2 FV kolektoru….180kWh ročně v ČRX m2 FV ……..55000kWh -> 305m2

Takový systém FV, který ušetří 60tun CO2 stojí kolem 18milionů korun

1313

Způsoby podpory OZE ?

Stavím RD a to tak, že oproti běžnému domu ušetřím na topení Stavím RD a to tak, že oproti běžnému domu ušetřím na topení ročně 2000mročně 2000m33 zemního plynu při navýšení investic o 150 tisíc Kč zemního plynu při navýšení investic o 150 tisíc Kč (na jakoukoli dotaci od státu nemám nárok). (na jakoukoli dotaci od státu nemám nárok). Z tohoto množství zemního plynu lze ročně vyrobit asi 10 000 kWh elektřiny.Z tohoto množství zemního plynu lze ročně vyrobit asi 10 000 kWh elektřiny.

úvahy nad energetickou koncepcí

ÚsporaÚspora - 10000kWh10000kWh

Topíme-li uhlím 20MJkgTopíme-li uhlím 20MJkg-1-1 v kotli s 80% uv kotli s 80% učinností činností

0,8.200,8.20//3,63,6 = 4.4 kWh = 4.4 kWh kgkg-1-1

tedy roční úspora představuje 1000tedy roční úspora představuje 10000/4.4=0/4.4=2272273 kg uhli3 kg uhliZ 1kg uhlZ 1kg uhlí je asi 3kg COí je asi 3kg CO2 2

Tedy uTedy uššetetřřenené é emise COemise CO22 činí činí 68196819kg - 7tunkg - 7tun

Tedy 8 dobře izolovaných rodinných domků ušetří stejně emisí jako jeden FV systém

1414

Rozdílná dotace je nastavena tak, aby se vyrovnala návratnost investičně různě Rozdílná dotace je nastavena tak, aby se vyrovnala návratnost investičně různě náročných obnovitelných zdrojů. náročných obnovitelných zdrojů.

Jinými slovy, čím neefektivnější obnovitelný zdroj, tím vyšší dotaci získá. Jinými slovy, čím neefektivnější obnovitelný zdroj, tím vyšší dotaci získá.

Může velmi dobře přihodit, že se objeví spousta investorů do slunečních Může velmi dobře přihodit, že se objeví spousta investorů do slunečních elektráren a stát jim bude muset vyplácet zelené bonusy či draze vykupovat elektráren a stát jim bude muset vyplácet zelené bonusy či draze vykupovat vyrobenou elektřinu po dobu 10 let, aniž by za tuto dobu elektrárny přispěly do vyrobenou elektřinu po dobu 10 let, aniž by za tuto dobu elektrárny přispěly do celkové energetické bilance jedinou kilowatthodinou.celkové energetické bilance jedinou kilowatthodinou.

Vyznamenání Vyznamenání Nulovou dotací 1.místo úsporyNulovou dotací 1.místo úspory

Postavím FV elektrárnu o stejném ročním výkonu 10 000 kWh Postavím FV elektrárnu o stejném ročním výkonu 10 000 kWh za zhruba 1,6 milionů Kč, dostanu od státu ročně na zelených bonusech za zhruba 1,6 milionů Kč, dostanu od státu ročně na zelených bonusech kolem 126 000 Kč, kolem 126 000 Kč, postavím-li větrnou elektrárnu dostanu na zelených bonusech 20 000 Kč.postavím-li větrnou elektrárnu dostanu na zelených bonusech 20 000 Kč.

1515http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815&z=2

OZE pracuje za vás OZE pracuje za vás

1616

Analýza textu z novin

Ledvickou uhelnou elektrárnu čeká inovace 29.8.06

Dva ze tří 110MW bloků s účinností 37% v elektrárně Ledvice nahradí do roku 2012 jeden moderní o výkonu 660 megawattů. Jeho hrubá účinnost se přiblíží 47 %, díky čemuž se spotřeba paliva i emise skleníkového plynu CO2 sníží o plnou čtvrtinu. Spalovat se v něm bude hnědé uhlí z Dolu Bílina o výhřevnosti 12 MJ/kg. Nový blok bude stejně jako dosluhující dodávat také teplo do okolních obcí a měst. 

Ukázka 3

1717

Otázky:  Kolik bude od roku 2012 činit elektrický výkon elektrárny Ledvice?/660+110=770MWe/

Kolik uhlí spotřebovala dosud denně při plném výkonu?Instalovaný el.výkon naší uhelné elektrárny je 330MW, při účinnosti 37, energie dodaná za 1 den:  

uhlíttMWh

MWhivýhřevnostdanépřito

MWhMWh

proMWhhMW

6486/3,3

21405

2140537,0

792073792024330

1818

      Kolik uhlí spotřebuje po modernizaci?

uhlí hnědého tun 12375 3,3MWh/t

40837MWhm

odpovídá ti výhřevnosdané při to,energ.jed. v40837MWh den za paliva množství Celkem

33702MWh0,47

15840MWh47ηsčástproa

7135MWh0,37

2640MWhd.energet.jevpalivamnožství

37ηčástprotohoz18480MWh15840MWh264024h660MW24h110MWdenzadodanáEnergie

Po modernizaci spotřebuje tato uhelná elektrárna dvojnásobek paliva.  Dojde modernizací Ledvic skutečně k omezení vypouštění CO2 do ovzduší, jak slibuje nadpis? Nedojde, emise CO2 se díky zvýšení výkonu zvýší asi o 52%.

   O kolik procent se zvýší její výkon? 330MW….. ..100770MW………x takže 100 .770/330=233 výkon se zvýší o 133 a množství paliva jen o 52 .

1919

Citace: (kráceno)K diskusi o GW přináší média zastrašující argumenty. Přesto v našem národě vítězí zdravý pohled. Za hlavního viníka z celého souboru skleníkových plynů se vždy uvádí pouze oxid uhličitý, což mnoho vědců nepovažuje za správné. CO2 je vydechován do ovzduší člověkem a zvířaty, a to rozhodně ne v zanedbatelné míře.

Možno konstatovat, že 10 milionů občanů ČR vydechne ročně do ovzduší 117 milionů tun tohoto plynu. Jenom pro představu: je to kolem desetiny vypouštěných exhalací z naší dopravy.

V souvislosti se zpřísňováním limitů Evropské unie pro oxid uhličitý z aut, je uvedená hodnota v každém případě poučná. Rozhodně udivuje, proč někteří radikálové Evropské unie se nyní zaměřují právě na tento plyn.

Autor je doktor přírodních věd se zaměřením na životní prostředí

NEDÝCHAT Článek z několika významných českých deníků

Ukázka 4 - diskuse

2020

Strávením potravin jen vracíme do vzduchu CO2, který byl dříve rostlinami ze vzduchu odebrán, tedy dýcháním nenavyšujeme jeho množství v atmosféře – pouze jsme jeden z článků jeho přirozeného koloběhu.

Proto je také spalování biopaliv považováno za proces s nulovou produkcí kysličníku uhličitého.

ARGUMENT 1

2121

Dále je záhadou, jak mohl pan XY přijít k údaji, že 107 občanů ČR ročně produkuje dýcháním 117 miliónů tun CO2, tedy 11,7 t na hlavu a rok. Ze statistik -- celk. produkce CO2(zahrnující průmysl, dopravu, vytápění…) je v ČR 12,5 tuny na hlavu a rok. Že by tedy lidské plíce zvládly vyrobit téměř 94% naší celkové produkce CO2?

ARGUMENT 2

Člověk přijímá denně v potravě asi 0,3 kg uhlíku, jehož oxidací11 vznikne kolem 1 kg oxidu uhličitého. Ročně ho tedy občané ČR mohou vydechnout maximálně 4 milióny tun CO2, tedy aspoň 30krát méně než je klíčový údaj uváděný v glose. 

C+O2—>CO2 12+2.16—>44 a 44/12 je 3.6

2222

ObObčanská fyzikačanská fyzika

Lepší budovy – pasivní domy --- standard budov Lepší budovy – pasivní domy --- standard budov

Přírodní materiály a nové technologiePřírodní materiály a nové technologie

Aktivní solární systémy s vysokou účinností Aktivní solární systémy s vysokou účinností

Úsporné spotřebiče Úsporné spotřebiče

Světlo (jedovaté v noci)Světlo (jedovaté v noci)

Úprava vodyÚprava vody

Osvěta Osvěta

2323

2424

Projekt EnviWIKI http://www.czp.cuni.cz/enviwiki/

Ekostopa - hra o Zemi

Závěr

2525

FV na Pdfhttp://www.ped.muni.cz/wsolar/http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815

GWhttp://www.ipcc.ch/present/presentations.htmhttp://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/slu_klih.html 2006http://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/poster.all/http://amper.ped.muni.cz/gw/dirs/gw_bookm.htmhttp://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/faktor4/faktor4.html Faktor 4http://www.veronica.cz/?id=128 publikace na veroniceBudovyhttp://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/proc_skoly/http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/mu_kampus/http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/nl_ceeres.htmhttp://www.hausderzukunft.at/index.htmHostětínhttp://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/ho_ceeres.htm http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/toky_emi.htmBiomasa http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/biomasa/biom_aus.htmlKolektoryhttp://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/solar/tech_inf.html

Světlohttp://amper.ped.muni.cz/noc/a_den/noc_a_den.htmhttp://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/ZARIVKA.TXThttp://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/kalib.txthttp://amper.ped.muni.cz/noc/http://amper.ped.muni.cz/noc/praha/spatne/ipage00061.htmhttp://ec.europa.eu/environment/climat/campaign/index_cs.htmhttp://www.mycarbonfootprint.eu/cs/ uhlíková kalkulačka

Pokusy:http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/pokusy.htm

ODKAZY