Carbondioxid i atmosfæren

Carbondioxid er en af atmosfærens såkaldte drivhusgasser, hvorfor den er tildelt dette navn skulle gerne fremgå af det følgende

Lad os først se på figur:

Lys og varmestråling er i princippet samme fænomen, forskellen består i at strålingen har forskellig bølgelængde. Udstråling fra et legeme vil typisk se ud som den øverste figur. Strålingen fra solen har et maksimum ved bølgelængden 0,5 mikrometer svarende til en temperatur på ca. 5500 grader celcius, mens jorden udstråling har et maksimum ved ca. 12 mikrometer svarende til en temperatur på ca. 15 grader celsius.

Det er sådant at stråling med mindst bølgelængde har størst energi

 

Sammenholder man spektrene for udstråling med spektret for, hvad der absorberes i atmosfæren kan man se følgende interessante ting:

• Solen udsender noget ultraviolet stråling i intervallet 0,15 – 0,3 mikrometer. Vi har vist alle hørt, at vi skal være påpasselige med den brunende UV-stråling fra både sol og kunstige sole. Heldigvis kan man jo se på det nederste spektrum, at ozon (O₃) absorberer 100 % af den mest skadelige UV-stråling. Et ”Ozonhul” bevirker altså en øget UV-stråling på jorden, hvilket kan betyde at hverken planter eller dyr kan leve.
• Der hvor solen har sin største udstråling – det synlige område – er der ikke noget i atmosfæren som absorberer. Vi får altså en masse lys og energi ned til jordoverfladen. Ved jordoverfladen bliver en del af energien absorberet (fra jeres fysikforsøg ved I måske at mørke flader absorberer mest).
• Udstrålingen fra jorden kan man se ligger i IR-området (infrarødt også kaldet varmestråling) fra 5-30 mikrometer. I dette område er det så heldigt at både vand og carbondioxid absorberer strålingsenergien. Straks efter at strålingen er absorberet bliver den igen udsendt, men fidusen er nu at energien bliver udsendt i alle retninger – også ned mod jorden.

Kort fortalt er virkningen af carbondioxid altså at den tillader lys fra solen at trænge igennem, men varmestråling fra jorden bliver tilbageholdt og delvist kastet tilbage, præcist det samme som man opnår i et drivhus – heraf navnet drivhuseffekt.

 Når vi skal måle indholdet af carbondioxid i en gas, kan vi også udnytte kendskabet til carbondioxids absorption. Til ScienceWorkshop er der udviklet en føler, der udsender lys med alle bølgelængder men kun måler på tilbagekastning af lys med bølgelængden 4,27 mikrometer. Ser man på atmosfærens absorptionsspektrum er der ved denne bølgelængde en skarp top der netop er karakteristisk for carbondioxid.

I vil senere se at der er en pæn sammenhæng mellem indholdet af carbondioxid og den målte absorption (proportionalitet).

 

Måling af atmosfærisk CO₂-belastning ved transport:

 BIL og CYKEL

 

Når vi flytter os fra sted til sted (transporterer os), sker det normalt under ”forbrug af energi”. Det skal opfattes sådan, at vi ved hjælp af forbrændingsprocesser udnytter energien, der er ”gemt” i brændstoffet. I øvrigt samme princip, når det handler om energiforbrug til opvarmning/nedkøling/ el-produktion mm. Her har vi fokus på transportsektoren:

Ved forbrændingsprocesser i en motor såvel som i en muskel dannes der altid CO₂ (kuldioxid) som affaldsstof. Vand (H₂O) dannes i øvrigt også – og er ligesom CO₂ en ”drivhusgas” – men her er CO₂ i fokus.  Forbrændingen sker ved forbrug af brændstof og ilt. Ilten fås altid fra luften, mens brændstoffet kan være benzin/diesel  eller sukker (=glucose) og/eller fedt. Hvilken type brændstof, der anvendes i en motor henholdsvis en muskel er vel indlysende. Brændstoftyperne må ikke ”byttes om” – så drik aldrig benzin og put aldrig sukker i benzintanken – begge slags forbytninger vil gi’ noget værre bøvl.

 

Forbrændingen kan skrives: brændstof + ilt  → kuldioxid + vand   (+ ENERGI)

 

Når forbrændingsprodukterne (=affaldsstofferne) alene er kuldioxid og vand er der tale om en fuldstændig forbrænding. Den slags forbrændinger sker ikke altid i ”den virkelig verden”, men her går vi ud fra det.

 

Den energimængde, der frigøres ved forbrændingen, kan angives således:

                      Benzin/dieselolie o.l. :       42 kJ/g

                      Sukker:                              17 kJ/g

                      Fedt                                    38 kJ/g

 

OPGAVE: Følgende forbrændingsreaktioner skal du selv gøre færdige ( vi kalder ”at afstemme reaktions-skema”):

 

Sukkerforbrænding:    C₆H₁₂O₆   +   O₂   →    CO₂     +    H₂O              

Benzinforbrænding      C₇H₁₆       +    O₂  →     CO₂    +   H₂O

Fedtforbrænding         -den slipper du for – og vær du glad for det.-

 

 

I denne omgang sætter vi fokus på målingen af CO₂, der som affaldsstof dannes i mængder, der kan have uønskede virkninger på atmosfæren og klimaet ( klimaforandringer – drivhuseffekt – global opvarmning osv. osv. - - ). Det indskærpes, at vi taler om den menneskeskabte CO₂ – belastning.

 

Kort og godt:

Vi vil måle, hvor meget CO₂ forskellige transportformer belaster atmosfæren med pr kørt kilometer.

 

Nedenstående figur giver et lille indblik i musklernes forbrænding af sukker (=glucose), idet vi kan opfatte musklerne som kroppens motor, hvor knogler og sener mm så bliver til kroppens kardanled, gearkasse, knastaksel, styrtøj o.lign. Brændstoffet tilføres motoren fra maden, vi spiser.

 

 

Muskel-motoren kan sammenlignes med nedenstående model af én cylinder i en 4-takts-motor, hvor brændstoffet er benzin – og i en bil er det almindeligt med sådanne 4 ”cylindre”. En knallert er ofte forsynet med én totakts-cylinder.

Under alle omstændigheder bliver affaldsstofferne (CO₂ og H₂O) ved forbrændingsprocessen ”smidt ud” i atmosfæren, hvorfra ilten blev hentet. Udstødningsrørene er blot lidt forskelligt indrettet. I alle tilfælde opsamler vi udstødningsgasserne under drift af køretøjet.

 

 

 

Forsøget udføres ved, at vi opsamler udstødningsgasserne fra bil eller cyklist (i sidste tilfælde skal ordet udstødningsgas forstås rigtigt!! - nemlig udåndingsluft). Vi måler den tilbagelagte kørselslængde og køretiden, måler volumen udstødningsgas og CO₂-indholdet i %. Derved kan vi beregne den samlede mængde CO₂, køretøjet belaster atmosfæren med pr kørt km. Indholdet af CO₂ i indsugningsluften er så lav( 0.04%), at vi ser bort fra denne mængde i vores beregning.

 

 

 

Vi skal bruge: Stopur, målebånd (25?m), et par opsamlingssække til udstødningsgas, gasur m. CO₂-elektrode og PC’er m. ScienceWorkshop programmel til luftanalyse, bil, kondicykel med forsøgsperson, næseklemme, lokale m. stinkskab t. udsugning udstødningsgassen, regnemaskine.

 

Gode råd og tips: En sæk kan rumme ca 100 L totalt. En fyldning på ¾ sækfuld er passende. En bil skal køre 40 – 50 m. Sækkens studs sættes på udstødningsrøret lige idet kørselen startes.

Ved måling på cyklist skal vi vide, hvor meget CO₂ personen udskiller i hviletilstand, og denne værdi skal jo fratrækkes CO₂-udskillelsen under cykelturen for at få et mål for, hvor meget  CO₂ selve cykelturen  belaster atmosfæren med. Derfor måles der først på hvile-situationen og  dernæst på cykel-situationen. 

Cyklist sidder/ligger m. næseklemme og åndingsventil m. papmundstykke (hygiejnisk!) og der opsamles luft i sækken under tidsmåling ( her er ¼ sækfuld nok).

Kondicyklens bremsebelastning sættes på 3 – 5 ( afhængig af forsøgspersonen). Lad cyklisten cykle et par minutter, mens display sættes til at vise ”distance”. Start opsamling af udåndingsluft (næseklemme mm.) samtidig med, at ”distance” nul-stilles og stopuret startes. Opsaml ½ - ¾ sækfuld luft. Ved afslutning aflæses ”distance” og stopur aflæses. Noter det hele i skemaet.

Luften analyseres ved at presse sækken tom gennem tilkoblet gasur og aktiveret program på PC.

 

Måleskema:

.

 Resultater for Bil

Køretøj:                      ________

Køretid:                      ________   sekunder

Kørelængde:               ________  meter      

Udstødningsvolumen:________   liter      

CO₂-indhold:             ________   (%)          

 

 

Beregning ud fra ovenstående måleresultater:

 

Køretøj:           __________

Volumen CO₂: _________ liter                                                    

Masse af CO₂: _________ gram                                    

CO₂ pr km     :_________  gram/km                              

Kørehastighed:_________ km/time                                                      

 

Til ovenstående beregning får du følgende oplysninger om CO₂.:

Mængden af kemiske stoffer måles i ”tælle-enheden” mol – det kan til nød opfattes en tælle-enhed for et stort antal , lidt ligesom ”en snes” er 20 stk, ”et dusin” er 12 stk og ”kilo” er 1000 stk

1 mol af  en gas ( også CO₂ )FYLDER (v. normal temp. og tryk): 24 L

Samtidig skal du vide, at 1 mol CO₂  (foruden af fylde 24 L) VEJER 44 g. Det sidste ”har noget at gøre” med de enkelte atomers masse.

Sammenfatter man de to oplysninger ovenfor får man

1L CO₂ vejer 44/24 gram

Nu burde (??) du være ”opdateret” til at udføre ovenstående beregninger.

 

NB: Ovenstående resultat af beregning på CO₂-belastning af atmosfæren pr kørt km bliver nok ikke helt præcist den værdi, der kan læses i bil-reklamen. Der er flere grunde hertil: En anden bil, meget langsom kørsel i forh.t. gennemsnit for biler osv. . Hvad med målegrejets præcision?? Hvad med dig selv og din præcision??                                                                                                          

 

 

Måleskema:

 

. Resultater for cykel.

 

HVILE

Måletid/Hviletid:       ________ sekunder 

Udåndingsvolumen:   _______  liter         

CO₂-indhold:             ________ (%)        

 

 

CYKLING

Køretid:                      _______  sekunder

Kørelængde:               _______  meter

Udåndingsvolumen:   _______  liter        

CO₂-indhold:              _______  (%)         

Beregning ud fra ovenstående måleresultater:

 

HVILE

Volumen CO₂: _________liter        

Masse af CO₂: _________ gram                                    

HvileCO₂ pr sekund:_________gram/s                                  

                                                                

 

CYKLING  

Volumen CO₂:  _________ liter       

Masse af CO₂:  _________ gram                                   

Total-CO₂ pr sek:_________ gram/s     

Cykel-CO₂ pr sek:=Total-CO₂ pr sek -HvileCO₂ pr sekund _________ gram/s   

Cykel-CO₂ i alt:   _________ gram      

Cykel-CO₂ pr km:   _______ gram/km

 

Lidt besværlig beregning?? Tjah – men hvad med CO₂-belastning pr kørt kilometer sammenlignet med bil?

 

Kyoto-aftalen: Prisen på at udlede 1 ton CO₂ er 10 €.

 

1.  Hvor mange km skal man køre for at udlede 1 ton CO₂ ?

på cykel…………………….

 

i bil…………………………..

 

 

Bilen kører 17,5 km på 1 liter benzin. I dag koster 1 liter benzin ca. 10,40 kr.

 

2. Hvor mange liter benzin bruger bilen for at udlede 1 ton CO₂ ?

 

3. Hvad koster denne benzinmængde?

 

4. Hvad bliver den nye pris pr. liter, når man indregner afgiften (prisen) for CO₂?