Τίτλος: Αποθέματα Φυσικού Αερίου

Transcript

1 Τίτλος: Αποθέματα Φυσικού Αερίου Θέμα: Οι μαθητές καλούνται να διερευνήσουν μέσα από διάφορες διεπιστημονικές δραστηριότητες τα μαθηματικά και επιστημονικά θέματα που εμπλέκονται στη χρήση του φυσικού αερίου. Διάρκεια: 4 (μαθήματα) x 45 λεπτά Ηλικία: χρονών Διαφοροποίηση Πιο χαμηλό επίπεδο Ο βασικός σκοπός, είναι να βοηθήσει τους μαθητές στην κατανόηση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της χρήσης του φυσικού αερίου ως πηγή ενέργειας, και στη δημιουργία ενός απλού μοντέλου υπολογισμού της κατανάλωσης του φυσικού αερίου. Πιο ψηλό επίπεδο Οι μαθητές μπορούν να αναπτύξουν πολύπλοκα μοντέλα υπολογισμού της κατανάλωσης φυσικού αερίου και να τα εφαρμόσουν σε πραγματικά δεδομένα. Οι μαθητές μπορούν επίσης να παρέχουν συγκεκριμένες ιδέες / λύσεις, για τη βελτίωση της χρήσης του φυσικού αερίου. Κατευθυντήριες γραμμές, στήριξη από ΤΠΕ κ.λπ. Πρόβλημα / Βασικό ερώτημα: Πώς τα μειονεκτήματα της χρήσης του φυσικού αερίου μπορούν να ελαχιστοποιηθούν, ώστε να βελτιωθεί η χρήση του και πότε αναμένεται να εξαντληθούν τα αποθέματα του φυσικού αερίου; Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες για να απαντήσουν στα βασικά ερωτήματα και παρέχουν στον διευθυντή μιας εταιρείας χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τα βασικά ζητήματα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο βίντεο για να παρουσιάσουν στους μαθητές τις χρήσεις καθώς και τον τρόπο που δημιουργείται το φυσικό αέριο Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των 3-4. Οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν το λογισμικό υπολογιστικών φύλλων, για την ανάπτυξη των μοντέλων τους.

2 Εξοπλισμός που απαιτείται για την εν λόγω δραστηριότητα Φύλλα εργασίας για τους μαθητές Υπολογιστές με σύνδεση στο διαδίκτυο Υπολογιστές που να είναι εξοπλισμένοι με το λογισμικό υπολογιστικών φύλλων (Excel, φύλλα Google, ή οποιοδήποτε άλλο λογισμικό υπολογιστικών φύλλων) Προαπαιτούμενα: Στοιχειώδεις αριθμητικές πράξεις Υγεία και ασφάλεια: Δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις Τα μαθησιακά αποτελέσματα για τη δραστηριότητα αυτή είναι: Όλοι: Όλοι οι μαθητές αναμένεται να κατανοήσουν την κατάσταση της ενεργειακής κατανάλωσης, καθώς και τη σημερινή χρήση του φυσικού αερίου. Αναμένεται επίσης ότι όλοι οι μαθητές θα είναι σε θέση να αναπτύξουν ένα απλό μοντέλο για τον υπολογισμό της εξάντλησης των αποθεμάτων. Οι περισσότεροι: Οι περισσότεροι μαθητές αναμένεται να καταλάβουν τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης του φυσικού αερίου (συγκριτικά και με άλλες πηγές ενέργειας). Οι μαθητές αναμένεται επίσης να αναπτύξουν αρκετά πολύπλοκα μοντέλα για τον υπολογισμό της εξάντλησης των αποθεμάτων. Μερικοί: Μερικοί μαθητές αναμένεται να είναι σε θέση να υποβάλουν συγκεκριμένες προτάσεις για το πώς μπορούν να ελαχιστοποιηθούν κάποια από τα μειονεκτήματα του φυσικού αερίου (π.χ., άοσμο). Μερικοί μαθητές αναμένεται επίσης να αναπτύξουν εξελιγμένα μοντέλα, για τον υπολογισμό της εξάντλησης των αποθεμάτων του, λαμβάνοντας επίσης υπόψη άλλους παράγοντες, όπως για παράδειγμα την ανακάλυψη νέων κοιτασμάτων.

3 Περιγραφή Μαθήματος Εισαγωγική Δραστηριότητα Κατά τη διάρκεια του πρώτου μέρους της δραστηριότητας, οι μαθητές μπορούν να εργαστούν ατομικά για να διαβάσουν το εισαγωγικό κείμενο και να απαντήσουν στις ερωτήσεις (Φύλλο Εργασίας 1). Ο σκοπός αυτής της εισαγωγικής δραστηριότητας, είναι να εντάξει τους μαθητές στο περιεχόμενο της κατάστασης, και να εξοικειωθούν με τις διάφορες πηγές ενέργειας, τις έννοιες των ανανεώσιμων και μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς και την αύξηση στη χρήση του φυσικού αερίου. Κύρια Δραστηριότητα Οι μαθητές σχηματίζουν ομάδες των τριών ή τεσσάρων ατόμων. Κατά τη διάρκεια των κύριων δραστηριοτήτων (φύλλα εργασίας 2, 3), οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες για να λύσουν το πρόβλημα. Ωστόσο, ο κάθε μαθητής είναι εφοδιασμένος με τα δικά του φύλλα εργασίας. Κάθε ομάδα εργάζεται για τη λύση του προβλήματος υπό την επίβλεψη των καθηγητών των μαθηματικών και της επιστήμης. Δίδεται ανατροφοδότηση και υποστήριξη (για να ξεπεραστούν οι όποιες δυσκολίες), εφόσον και αν απαιτείται. Στη δεύτερη δραστηριότητα (Φύλλο Εργασίας 2), οι μαθητές εργάζονται για την ανάπτυξη της κατανόησης των διαφόρων πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων των φυσικών χρήσεων του φυσικού αερίου. Αναμένεται επίσης από τους μαθητές (τουλάχιστον μερικούς από αυτούς) να υποβάλουν προτάσεις ως προς την ελαχιστοποίηση μερικών μειονεκτημάτων του φυσικού αερίου, ώστε να βελτιωθεί η χρήση του. Στη δραστηριότητα 3 (φύλλο εργασίας 3) Οι μαθητές ενθαρρύνονται να αναπτύξουν διάφορα μοντέλα (όπως να δώσουν απαντήσεις στις τρεις δραστηριότητες), για τη λύση του εξής προβλήματος: «Πότε αναμένεται να εξαντληθούν τα αποθέματα φυσικού αερίου». Κατά τη διάρκεια του τελευταίου μέρους της δραστηριότητας (Φύλλο Εργασίας 4), οι μαθητές θα ετοιμάσουν μια επιστολή (ατομικά), αναφερόμενοι στα κύρια πορίσματα της εργασίας τους. Τελική Δραστηριότητα Γίνεται συζήτηση με όλη τη τάξη. Κάθε ομάδα παρουσιάζει τα αποτελέσματά της με σκοπό τη συζήτηση και τον προβληματισμό γύρω από αυτά. Ο εκπαιδευτικός καθοδηγεί μια συζήτηση που να εστιάζει στις βασικές έννοιες (π.χ., βελτίωση της χρήσης του φυσικού αερίου, το μοντέλο υπολογισμού των αποθεμάτων) που χρησιμοποιούνται για την επίλυση του προβλήματος, και παρέχει τις κατευθυντήριες γραμμές, για την περαιτέρω βελτίωση των λύσεων που παρείχαν οι μαθητές.

4 Κατανάλωση ενέργειας ανά τον κόσμο Φύλλο εργασίας 1 Η Ενεργειακή Βιωσιμότητα είναι η εξεύρεση της ισορροπίας μεταξύ μιας αναπτυσσόμενης οικονομίας, της ανάγκης προστασίας του περιβάλλοντος και της κοινωνικής ευθύνης, προκειμένου να υπάρξει μια βελτιωμένη ποιότητα ζωής για τις σημερινές και τις μελλοντικές γενιές. Η Ενεργειακή Βιωσιμότητα μπορεί να εμπνεύσει την τεχνολογική καινοτομία με γνώμονα την περιβαλλοντική συνείδηση. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως το φως του ήλιου, η αιολική ενέργεια και η βιομάζα, είναι πηγές ενεργειακής βιωσιμότητας. Αυτές περιλαμβάνουν βιοκαύσιμα όπως είναι η αιθανόλη, η οποία δημιουργείται από καλλιέργειες καλαμποκιού ή ζαχαροκάλαμου. Πηγή: EIA, World Energy Outlook 2008 Οι κανονισμοί, που έχουν ως στόχο τη μείωση των εκπομπών αερίων, του νερού και των αποβλήτων από τις δραστηριότητες που σχετίζονται με την ενέργεια, όπως η εξόρυξη άνθρακα και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν επίσης να βοηθήσουν με την ενεργειακή βιωσιμότητα, όπως επίσης μπορούν και οι άνθρωποι που εξοικονομούν ενέργεια. Η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών θέτει επίσης ως αναγκαία τη χρήση αυτών που παράγουμε με πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο. Πώς μπορούμε να χρησιμοποιούμε λιγότερη ενέργεια για να τροφοδοτήσουμε τα πάντα, από τους υπολογιστές ακόμη και μέχρι τα αυτοκίνητα μας; Η απάντηση θα απαιτήσει τόσο τη σύσταση νέων τεχνολογιών, όσο και νέων πολιτισμικών συνήθειων. Πάνω από το 85% των σημερινών ενεργειακών αναγκών του πλανήτη καλύπτονται μέσω των ορυκτών καυσίμων, όπως είναι ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ενώ υπάρχει αρκετή προσφορά ορυκτών καυσίμων για αρκετές δεκαετίες ακόμα, τι θα συμβεί όταν αρχίσει να μειώνεται η προσφορά αυτή; Υπάρχουν τρόποι για να μειωθούν τα απόβλητα και με τη χρήση των υφιστάμενων τεχνολογιών να διατηρήσουμε την ποιότητα του αέρα καλή, μειώνοντας τις εκπομπές των ορυκτών καυσίμων. Θα πρέπει να γίνει επέκταση όλων των πηγών οικονομικής ενέργειας όπως: ο άνθρακας, η πυρηνική ενέργεια, η βιομάζα, άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μη συμβατικού πετρελαίου και φυσικού αερίου. Επιλογές όπως αυτές αποτελούν μέρος μιας ευρύτερης έννοιας που ονομάζεται ενεργειακή βιωσιμότητα.

5 Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, δημιουργούν μαζί το πετρέλαιο. Η λέξη Petroleum, που στα λατινικά σημαίνει «έλαιο της πέτρας», είναι ένα ορυκτό καύσιμο, που σημαίνει ότι δημιουργήθηκε φυσικά από την αποσύνθεση προϊστορικών φυτικών και ζωικών υπολειμμάτων. Είναι ένα μίγμα εκατοντάδων διαφορετικών μορίων υδρογονανθράκων, που περιέχουν υδρογόνο και άνθρακα και που υπάρχουν μερικές φορές σε υγρή μορφή (αργό πετρέλαιο) και μερικές φορές σε αέρια μορφή (φυσικό αέριο). Η χρήση του φυσικού αερίου αυξάνεται σε όλους τους οικονομικούς τομείς, αφού το γεγονός ότι το φυσικό αέριο καίγεται καθαρότερα από το πετρέλαιο ή τον άνθρακα, το καθιστά καλύτερο ως προς το περιβάλλον. Τις περισσότερες φορές, το φυσικό αέριο διανέμεται μέσω αγωγών, κάτι το οποίο το καθιστά περιοριστικό παράγοντα αφού κάποιες φορές μπορεί να βρίσκεται μακριά από τους καταναλωτές. Αλλά υπάρχει σημαντική ανάπτυξη της τεχνολογίας ως προς τη μετατροπή του φυσικού αερίου σε υγρή μορφή, που θα μπορέσει έτσι να επιτρέψει τη καλύτερη μεταφορά του. Απαντήστε τις ακόλουθες ερωτήσεις Α. Καταγράψτε τρεις ανανεώσιμες και μη-ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Β. Ποιες κατηγορίες πηγών ενέργειας χρησιμοποιούνται πιο συχνά (ανανεώσιμες ή μηανανεώσιμες).

6 Γ. Ποιοι είναι οι καθοριστικοί παράγοντες για τη χρήση του φυσικού αερίου

7 Φυσικό Αέριο: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Φύλλο εργασίας 2 Το φυσικό αέριο υπάρχει σε αέρια μορφή και αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (CH4), και ένα μικρό ποσοστό άλλων υδρογονανθράκων. Το φυσικό αέριο παράγεται μαζί με τον άνθρακα και το πετρέλαιο. Το φυσικό αέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τη μορφή συμπιεσμένου φυσικού αερίου (CNG) ή υγραερίου (LPG). Μερικά πλεονεκτήματα της χρήσης φυσικού αερίου είναι: 1. Είναι λιγότερο επιβλαβές από τον άνθρακα ή το πετρέλαιο, καθώς προκαλεί μικρότερη ζημιά στο περιβάλλον. Η χρήση του παράγει 30% λιγότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα απ ότι το πετρέλαιο. 2. Εύκολη αποθήκευση και μεταφορά, καθώς είναι πιο εύκολο να διατηρηθεί από άλλα καύσιμα. 3. Οικιστική Χρήση: το φυσικό αέριο μπορεί να οδηγηθεί κατευθείαν (ή χρησιμοποιώντας δεξαμενές) σε κατοικίες για σκοπούς θέρμανσης και μαγειρέματος και λειτουργίας διαφόρων συσκευών. Είναι το καλύτερο καύσιμο για να τροφοδοτήσει κουζίνες, λόγω του ελέγχου, της αξιοπιστίας και την ακρίβειας του. Είναι επίσης μια οικονομική και άμεση λύση για τη θέρμανση του νερού και δωματίων, καθώς και για το μαγείρεμα. 4. Καύσιμο για τα οχήματα: το φυσικό αέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για οχήματα (αυτοκίνητα, φορτηγά, μηχανές αεριωθούμενων), αφού είναι μια καθαρότερη, και φθηνότερη λύση από ό, τι τα καύσιμα ντίζελ ή η βενζίνη. 5. Βιομηχανική χρήση: Το φυσικό αέριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογόνου, αμμωνίας για λιπάσματα και ορισμένων βαφών και πλαστικών. 6. Πιο ασφαλές: Είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και τείνει να διαλύεται όταν υπάρχει διαρροή σε αντίθεση με το προπάνιο, που είναι βαρύτερο από τον αέρα, και μαζεύεται με εκρηκτικά αποτελέσματα. Μερικά μειονεκτήματα της χρήσης φυσικού αερίου είναι: 1. Τοξικό και Εύφλεκτο: τυχόν διαρροές φυσικού αερίου είναι εξαιρετικά επικίνδυνες, καθώς μπορεί να προκαλέσουν εκρήξεις ή πυρκαγιές. Όταν εισπνέεται, το αέριο είναι ιδιαίτερα τοξικό. Ο κύριος κίνδυνος είναι ότι είναι άοσμο. 2. Καταστροφή του περιβάλλοντος: Η καύση του φυσικού αερίου απελευθερώνει επίσης διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα και άλλες ενώσεις του άνθρακα, που αποτελούν τα αέρια του θερμοκηπίου, που προκαλούν την υπερθέρμανση του πλανήτη και την κλιματική αλλαγή 3. Μη Ανανεώσιμη Πηγή: Όπως όλα τα ορυκτά καύσιμα έτσι και το φυσικό αέριο, που αν και βρίσκεται σε αφθονία, εντούτοις είναι μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και ως εκ τούτου ενδέχεται να εξαντληθεί κάποτε. Δεν καθίσταται ως μια μακροπρόθεσμη λύση στα ενεργειακά μας προβλήματα.

8 4. Αναποτελεσματικό ως καύσιμο κίνησης: το φυσικό αέριο που χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε οχήματα παρέχει λιγότερα χιλιόμετρα από τη βενζίνη. ( Δραστηριότητα 1: Διαβάστε το ακόλουθο άρθρο και απαντήστε στις ερωτήσεις. Κατέγραψε δυο πλεονεκτήματα στη χρήση του φυσικού αερίου, τα οποία θεωρείς εσύ ως τα πιο σημαντικά. Εξήγησε γιατί. Κατέγραψε δυο μειονεκτήματα στη χρήση του φυσικού αερίου, τα οποία θεωρείς εσύ ως τα πιο σημαντικά. Εξήγησε γιατί. Ποιες οι εισηγήσεις σου για τη βελτίωση του τρόπου με τον οποίο χρησιμοποιείται το φυσικό αέριο, καθώς και για την ελαχιστοποίηση των μειονεκτημάτων της χρήσης του φυσικού αερίου?

9 Τα αποθέματα φυσικού αερίου Φύλλο εργασίας 3 Δραστηριότητα 1: Στα τέλη του 1993, τα παγκόσμια αποθέματα φυσικού αερίου ανήλθαν σε δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα. Από τότε και μέχρι και το 2013, χρησιμοποιούνται ετησίως κατά μέσο όρο 2,5 τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα. Χρησιμοποιήστε τις πιο πάνω πληροφορίες για να δώσετε μια εκτίμηση ως προς το πότε θα εξαντληθούν τα αποθέματα του φυσικού αερίου. Κάντε διάφορες υποθέσεις και διευκρινίστε κάθε φορά, πως η κάθε μια από τις υποθέσεις σας επηρεάζει την απάντησή σας.

10 Δραστηριότητα 2: Τα παγκόσμια αποθέματα φυσικού αερίου ανήλθαν σε τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα το Χρησιμοποιήστε τη πιο πάνω πληροφορία, για να προσαρμόσετε/διορθώσετε το μοντέλο που αναπτύξατε στη δραστηριότητα 1. Δραστηριότητα 3: Σύμφωνα με την BP, μία από τις κορυφαίες παγκοσμίως εταιρείες ενέργειας, τα αποθέματα του φυσικού αερίου στα τέλη του 2013 ( εκατομμύρια κυβικά μέτρα), είναι επαρκή για την κάλυψη της παγκόσμιας παραγωγής για τα επόμενα 55,1 χρόνια. Πόσο κοντά είναι η εκτίμησή σας σε αυτό που προβλέπεται από την BP; Αν υποθέσουμε ότι το μοντέλο / η εκτίμησή τους είναι σωστή, πώς θα μπορούσατε να αλλάξετε / βελτιώσετε το δικό σας μοντέλο, προκειμένου να καταλήξετε στα ίδια αποτελέσματα;

11 Αποθέματα φυσικού αερίου Φύλλο εργασίας 4 Ο διευθυντής της εταιρείας BP ενδιαφέρεται για λύση στο πρόβλημα των αποθεμάτων του φυσικού αερίου. Γράψτε μια επιστολή προς το Διευθυντή της BP για θέματα φυσικού αερίου, εξηγώντας πώς πιστεύετε, ότι η χρήση του Φυσικού Αερίου μπορεί να βελτιωθεί (μέσω της ελαχιστοποίησης μερικών μειονεκτημάτων του) και πώς η ομάδα σας εργάστηκε για τον υπολογισμό της εξάντλησης των αποθεμάτων. Στην επιστολή σας θα πρέπει να διευκρινίσετε πως η ομάδα σας χρησιμοποίησε τις γνώσεις σας από τα μαθηματικά, την επιστήμη, και την τεχνολογία, για την επίλυση του προβλήματος! Αγαπητέ Κύριε Διευθυντή Η ομάδα μας,, εργάστηκε για να υπολογίσει το πότε ακριβώς θα εξαντληθούν τα αποθέματα φυσικού αερίου με τον ακόλουθο τρόπο