Transcript 能源科學動手做
能源科學＆動手做 教育部102年度國民中小學 未來想像與創意人才培育計畫 台東女中 陳淑惠 緣起－－－ 現代生活離不開能源，我國每人平均隨時需要約1千瓦的 電力，換句話說，每人每小時約需燃燒0.5公斤的煤，方 能維持日常生活，由此可見我們對能源的依賴程度。 我國98％以上的能源來自國外，其中以石油及煤佔大宗， 其次為天然氣與鈾礦，目前50％以上的發電是來自燃煤。 無論石油、煤、天然氣或鈾礦，約在50年至200年可能全 部用完，所以人類必須儘快尋找新能源，以維持生存與永 續發展。 到目前為止，可能成為主要「未來能源」的項目，包括有： 可燃冰、氫能、太陽熱能、追日聚焦式太陽光能、人造地 熱、風力、生質能、淨煤等。 註： http://info.taipower.com.tw/（台電舊網） 課程概要 關於未來能源介紹 可燃冰、淨煤、氫能源、生質能、…. 高中課程中的能源章節 能源科學動手做活動 感謝資料來源：台東縣廣原國小 蔡振明老師 可燃冰 可燃冰的命名是因為外觀與冰塊類似，又稱為甲烷冰或天然氣水合 物，它是在高壓低溫的地質環境下，甲烷與水形成的固體，例如水 深超過300m，水溫大約2°C的海洋沉積層。或是深度超過800m，地表 溫度低於0°C的極地大陸沉積岩等。其儲藏量約為天然氣的數倍至數 十倍，可能供人類使用數百年之久。「可燃冰」燃燒值高，使用後 排放的二氧化碳約僅石油的一半，更不會排放硫及氮化物，也不會 產生任何灰燼，是一種比較潔淨的能源。目前它被世界公認為「尚 未開發」的最主要新能源，也是未來代替石油的最重要能源之一。 http://www.youtube.com/watch?v=ZQHa4ZibEaA（我國民視） 2分50秒 http://www.youtube.com/watch?v=AyFE4fnzNmQ （大陸央視） 4 淨煤 煤尚可供人類使用約200年，如何提高煤的效率與潔淨，是人類積極追求的 重要目標。淨煤技術主要內容包括： ●洗煤：洗除礦物質、灰份、脫硫等。 ●煤的氣化：煤氣化後再燃燒，可提高效率，氣化後主要為甲烷與氫。 ●純氧燃燒：可增進煤的完全燃燒程度，以降低污染物排放。 ●高溫高壓蒸氣發電：以300大氣壓、攝氏600度的蒸氣，推動渦輪機，提高 蒸氣的發電效率。 ●二氧化碳的捕獲與封存：將燃煤產生的二氧化碳捕獲，並封存於地層、鹽 水層、海底等，避免地球大氣碳濃度飆升。 ●目前世界已有數座淨煤示範發電廠，最高能源轉換效率約為60％，而一般 的燃煤電廠約只有30％，淨煤發電可大幅提高能源效率。 ●各種發電成本：核能0.6-2元、煤約1.5元、天然氣約3元、燃油發電約5元 http://www.youtube.com/watch?v=wtiAIk2RRnQ（我國東森） 2分 氫能源 氫的來源：含氫化合物 如：水、天然氣、沼氣、酒精、甲醇等 氫能產品原理： （1）燃料電池(電化學反應：電子轉移產生的化學反應) 氫 →質子交換膜→＋氧→電＋水 (PEMFC式燃料電池) O2 + 4H(+) + 4e(-) →2H2O； C2H6O + 3H2O - 12e(-) → 2CO2+ 12H(+) (酒精式) 氫的儲存：高壓或低壓儲氫、碳材、合金、氨、苯等 （2）氫燃料 水 →電解 →氫+氧 →氫可燃燒(排水集氣) 2H2O → 2H2↑+ O2↑ http://www.youtube.com/watch?v=cCSjEGN9Y0Y （我國民視）3分40秒 http://www.youtube.com/watch?v=i9D11YFXYzI （我國民視─日本） http://www.youtube.com/watch?v=XeMGhRT3EUc （我國民視─機車） http://www.youtube.com/watch?v=XypWk_6wDJY （我國大愛─上海） 生質能 植物、沼氣、有機廢棄物產生的能源，例如：生質燃料 （E3、B2）、沼氣、微藻等。 http://www.youtube.com/watch?v=2wbaHCXPVb0&playnext=1&list=PLD5F985B65C 4B02F8&feature=results_main（大愛電視 6分鐘，生質能源討論） http://www.youtube.com/watch?v=U6Cj4VgjWX4（從廢棄炸雞油自製柴油） http://www.youtube.com/watch?v=f8gxx042ySg （中醫師酵母菌自製柴油） http://www.youtube.com/watch?v=r6wyVIpSa5Q （微藻製柴油） 4分鐘 7 風力（教具操作3項） 丹麥、中國、德國、西班牙、美國已廣設風力發電。 其中丹麥的風力發電量，佔全國總電量的20％以上； 美中日風力發電總量世界前茅。（2030年千架風機計畫） 利用空氣的減碳新產品 1.利用空氣取熱─熱泵熱水器 2.壓縮空氣汽車─空氣可以推動活塞，還產生？(凝結核) http://www.youtube.com/watch?v=E2ZxbQGbIRk（丹麥風電）3.5分鐘 http://www.youtube.com/watch?v=r12kCGp7diI （我國風電抗議事件） http://www.youtube.com/watch?v=bURL3nRYwMQ （壓縮空氣汽車）1分鐘 http://www.youtube.com/watch?v=wFF9l-jpAoE （熱泵熱水器 3.10 開始）1.5 8 高中物理課的能量 高一基礎物理第7章 (圖檔來源：ACN Database ) 7-1 能量的基本形式----功、動能、位能、力學能守恒 7-2 能量間的轉換與能量守恒 7-3 核能 7-4 能源的有效利用與節約 再生能源--風力、太陽能、生質能 高二基礎物理二(A) 第5章、二(B)第7 章 功、動能與功能原理、位能、力學能守恒 活動一、飛行筒的發射 請問飛行筒為何能飛得那麼遠？ 試用高二物理相關概念： 彈力位能、動能、角動量來解釋。 能量轉換還有那些型式？ 活動二、撲克牌的發射 器材： 竹筷、橡皮筋、撲克牌 動手試試如何將撲克牌射得較遠？ 競賽方式： 撲克牌射程每超過1公尺，得1分，每組各發射 5張牌，5張牌總分即該組之得分。 活動三、簡易吸管風車 1. 2. 器材： 吸管、剪刀、竹籤 製作： 剪一段吸管約5～8公分，將此段吸管的前端約3～4公 分，以剪刀剪為6～8片的風車葉片狀。將前端的葉片 壓一壓，使其張開固定。 剪一小段吸管約3公分，套入一有尖端的竹籤（小心 竹籤插到手受傷），此小段吸管的作用是避免吸管風 車隨意移動。再將吸管風車套入竹籤，移動竹籤，可 以看到風車就開始轉動囉！ 要怎麼剪，風車轉得較快？為什麼？ 太陽熱能（教具操作3項） 凹面鏡 →集熱 →直接啟動溫差引擎(或加熱：水、鹽、 合成油等介質，使水氣化) →帶動發電機 →發電 澳、美、義、西班牙等國已發展此類新能源。 http://www.youtube.com/watch?v=CdGM3f6wCls （史特林太陽熱能發電）3分 http://www.youtube.com/watch?v=LS5NHWnkfYQ（拋物線＆太陽能塔） http://www.youtube.com/watch?v=YXMcWQuW004 （英國零碳社區6分鐘） 13 太陽光能（教具操作2項） 太陽光能 →晶矽→電能（世界最大生產與進口國：中國） 晶矽分類：單晶矽、多晶矽，皆由二氧化矽提煉純化 而成。 (我國預定2030年完成陽光屋頂百萬座計畫) 晶矽以外材料：薄膜、砷化鎵、有機物、聚合物等 以色列聚焦光電技術，效率達70％，世界第一。 http://www.youtube.com/watch?v=60oDduqMQEM （亞洲最大追日發電）2 http://www.youtube.com/watch?v=CHEZdZS4oaY（窗戶發電） 14 海洋能（教具操作1項） 海洋溫差、鹽差、波浪、潮汐、流能等 http://www.youtube.com/watch?v=6q_moDHUu7M（溫差能與波浪能） 3分30秒切斷 http://www.youtube.com/watch?v=uYtQYR8ysqk （黑潮流能） 4分10秒 15 水力 指利用河川湖泊之自然水量與落差做為能源。 至於抽蓄式水力（如：明潭與大觀發電廠）， 是利用剩餘電力，把水抽往高處貯存，它是電力 的儲存方式之一，依法不被視為再生能源。 http://www.youtube.com/watch?v=CX-VB2IHAG0 （台灣水力發電） http://www.youtube.com/watch?v=MHFFzEHiYZM （中國水力發電）3分鐘 http://www.youtube.com/watch?v=rq2C1bVdf2I （中國對水力發電的討論）