10 Mobile energikilder10A Kjemiske reaksjoner og energi

– når nye stoffer blir dannet

10B Redoksreaksjoner – kongen over alle reaksjons-typer!

10C Biomasse – CO2-nøytral og fornybar

10D Batterier – elektrisk energi på boks

10E Brenselsceller – forbrenning gir elektrisk energi

10F Hydrogensamfunnet – en mobil framtid uten forurensning?

Hydrogen og oksygen = knallgass

I en kjemisk reaksjon skjer det en forandring: Det blir dannet nye stoffer med andre egenskaper enn stoffene vi startet med.

Forandringen skyldes at atomene binder seg sammen på nye måter.

Hydrogengass + oksygengass → vann

Reaksjonslikninger

I en balansert reaksjonslikning er antallet atomer av hvert av grunnstoffene like stort på begge sider i reaksjonslikningen.

Når vi balanserer en reaksjonslikning, kan vi bare endre koeffisientene (tallet foran symbolet), ikke indeksene (tallet nede bak symbolet).

Energi

Energi blir omsatt fordi atomene binder seg sammen på en annen måte.

I en eksoterm reaksjon blir energi frigjort.

I en endoterm reaksjon blir energi tatt opp.

ForbrenningVi sier at det skjer en forbrenning når et stoff reagerer med oksygen og det frigjøres energi.

De tre betingelsene for at det skal brenne er:

1 brennbart stoff2 tilgang på oksygen (eller et

annet stoff som kan holde forbrenningen i gang)

3 tenntemperatur Brennverdien er frigjort energi per masse av brennstoffene når de brenner fullstendig.

Redoksreaksjon

I en redoksreaksjon overføres elektroner fra ett stoff til et annet stoff.– Reduksjon er opptak av elektroner.– Oksidasjon er avgivelse av elektroner.

2O (g) + 2Mg(s) 2MgO(s)

2O + 2e O 2+Mg Mg + 2e

BiomasseBiomasse er energirike organiske forbindelser som finnes i plante- og dyremateriale.

Råstoffene kan brennes direkte (ved) eller omdannes til foredlede faste (pellets), flytende (bioolje og biodiesel) eller gassformige brensler (biogass).

Biomasse kan utnyttes til oppvarming, som drivstoff til kjøretøyer eller til produksjon av elektrisk energi.

Biodrivstoff = CO2- nøytralt

Batterier

Elektrisk energi på boks

Batterier er galvaniske celler

To forskjellige metaller i vann - gir spenning!

Daniellcellen

I en galvanisk celle overføres kjemisk energi til elektrisk energi. Cellen består av to poler og en elektrolytt.

Ved den negative polen skjer det en oksidasjon, og det avgis elektroner.

Ved den positive polen skjer det en reduksjon, og her tas elektronene opp.

Elektrolytten leder strøm og forbinder de to halvcellene (saltbro).

Galvanisk celle og elektrolysecelleElektrokjemi handler om redoksreaksjoner der det overføres kjemisk energi og elektrisk energi.

I en galvanisk celle overføres kjemisk energi til elektrisk energi.

I en elektrolysecelle overføres elektrisk energi til kjemisk energi. Likespennings-kilden «pumper» elektroner fra den positive polen til den negative polen.– Ved den negative polen skjer det en

reduksjon, og det tas opp elektroner.– Ved den positive polen skjer det en

oksidasjon, og det avgis elektroner.

Indre motstand i batterier

Batterier blir varme, både når de leverer stor strøm og når de lades.

Det skyldes at ioner skal transportere ladning i elektrolytten.

Et godt batteri har liten indre motstand.

Kapasitet= hvor mye ladning= strøm · tid

Energi = kapasitet · spenning = (strøm · tid) · spenning= 1260 mA · 3600 s · 3,6 V = 16,3 kJ

EnergitetthetGravimetrisk = Energi/masseVolumetrisk = Energi/volum

Ladbare og ikke-ladbare batterierI et ladbart batteri er de kjemiske reaks-jonene reversible ved begge polene

I et ikke-ladbart batteri er reaksjonene ikke reversible, eller de danner farlige gasser ved elektrolyse

Tørrelementet vs. alkaliske

Tørrelementet = brunsteins-batteri = Leclanche-elementet

Ems = 1,5 V

Negativ pol: Sink (Zn) Positiv pol: Manganoksid (MnO2)

Elektrolytt: Ammoniumklorid (NH4Cl)

I et alkalisk batteri er elektrolytten kaliumhydroksid, KOH.

Blyakkumulatoren = bilbatteriet”Akkumulere” betyr å ”samle opp” eller ”lagre”

Ems = 2,0 V

Negativ pol: Bly (Pb)Positiv pol: Blyoksid (PbO2)Elektrolytt: Blysulfat (PbSO4)

Når cellen leverer elektrisk energi, blir det dannet blysulfat både ved den positive og den negative polen = ladbart.

Bly er miljøskadelig = blyakkumulatorer skal gjenvinnes.

NiCd – nikkel-kadmiumbatterierDet første ladbare alternativet til tørrelementet.

Ems = 1,2 V

Negativ pol: Kadmium (Cd)Positiv pol: Nikkel(II)oksid (NiO2)

Elektrolytt: Kaliumhydroksid (KOH)

Kadmium er et tungmetall = NiCd-batterier skal gjenvinnes.NiCd-batteriet har hukommelse!

NiMH – nikkel-metallhydridbatterierDet vanligste ladbare batteriet i dag

Ems = 1,2 V

Nesten en brenselcelle … Hydrogen er reduksjonsmiddelet

Energitettheten og kapasitet er større enn NiCd

Ikke like stort problem med hukommelse

Brenselsceller

En brenselscelle er en galvanisk celle der utgangs-stoffene blir tilført kontin-uerlig mens cellen er i bruk.

En brenselscelle kan derfor produsere elektrisk energi så lenge det er tilgang på utgangsstoffene.

I en hydrogenbrenselscelle er det eneste produktet rent vann.

Utsira – et forsøksprosjekt

Kilde: Norsk Hydro

PEM-brenselscellen

Brenselscelleanimasjon

Hydrogenlagring

400 km: Farsund - Oslo

Hydrogenveien: Stavanger - Oslo

Kilde: http://www.hynor.no/

Hydrogensamfunnet - med hydrogen som energibærer

Det miljøvennlige hydrogensamfunnet?Hydrogen er en energibærer og må framstilles ved bruk av andre energikilder, for eksempel fossile energikilder eller vindenergi.

”Hydrogen - ren energi” på viten.no

www.viten.no