Uitwerking Tentamen TB142Ea 2 juli 2014 9-11 uur
Aanwijzingen:
• U mag gebruik maken van:
– schrijfmateriaal – rekenmachine
– formuleblad en periodiek systeem (afgedrukt achteraan dit tentamen).
• Lees de vragen vooraf door en deel de beschikbare tijd in voor beantwoord- ing van de vragen.
De uitwerking van dit tentamen beslaat 18 vragen, op 14 pagina’s.
Daaronder zijn 15 meerkeuzevragen (30 punten) en twee open vragen (40 punten).
Het totaal aantal te behalen punten was 70.
Met de BONUSVRAAG kunt u 7 extra punten verdienen.
Toelichting meerkeuzevragen
• bij elke deelvraag is slechts ´e´en antwoord juist.
• Aanvinken van meer dan ´e´en vakje per vraag wordt gerekend als een foute keuze
– begin van de vragen –
1. (2 punten) De volgende grootheden zijn toestandsgrootheden A. Enthalpie, warmte, druk, temperatuur
B. Enthalpie, warmte, gasconstante, temperatuur C. Warmte, gasconstante, druk, temperatuur D. Enthalpie, volume, druk, temperatuur
2. (2 punten) Grafiet en diamant zijn beide een vorm van zuiver koolstof C. Gegeven de volgende reacties:
C(grafiet) + O2→ CO2; ∆Hreactie= −394[kJ]
C(diamant) + O2→ CO2; ∆Hreactie= −396[kJ]
Dan is de reactie-enthalpie van de conversie van diamant naar grafiet A. 2 [kJ]
B. 0 [kJ]
C. -2 [kJ]
D. niet te bepalen, onvoldoende gegevens
3. (2 punten) de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica luidt
A. Warmte kan niet voor 100% geconverteerd worden in kracht B. Kracht kan niet voor 100% geconverteerd worden in warmte C. Bij Energieconversie zijn Kracht en Warmte in evenwicht D. De entropie (wanorde) in het Universum is constant
4. (2 punten) Hieronder zijn een aantal bindingsenergie¨en [kJ/mol] gegeven.
O-H 467 C-H 413 O=O 495 H-H 432 C-O 358 C=O 745
Uitspraak (1): Met behulp van deze gegevens is een eerste schatting te berekenen voor de reactie-enthalpie voor de vorming van ethanol, H3C − CH2OHuit CO2en H2O.
Uitspraak (2): Met behulp van deze gegevens is een eerste schatting te berekenen van de verbrandingsenthalpie van methanol, CH3OH
A. Uitspraak (1) is juist, uitspraak (2) is juist B. Uitspraak (1) is juist, uitspraak (2) is onjuist C. Uitspraak (1) is onjuist, uitspraak (2) is juist D. Uitspraak (1) is onjuist, uitspraak (2) is onjuist
5. (2 punten) Eenmaal in de atmosfeer dragen de volgende stoffen bij aan het (versterkt) broeikaseffect:
A. methaan (CH4), stikstof (N2), CFK’s en water B. lachgas (N2O), methaan, CFK’s en water C. lachgas (N2O), methaan, CFK’s en stikstof (N2) D. lachgas (N2O), methaan, stikstof (N2) en water.
6. (2 punten) Het GWP-100 van methaan is 25 (IPPC, 2007). Dat betekent met betrekking tot de broeikaswerking dat ...
A. ...de uitstoot van 1 kilo methaan overeenkomt met 25 kilo CO2 B. ...de uitstoot van 1 mol methaan overeenkomt met 25 mol CO2
C. ...de Radiative Forcing van 1 kilo methaan 25 keer zo groot is als van 1 kilo CO2 D. ...de Radiative Forcing van 1 mol methaan 25 keer zo groot is als van 1 mol CO2 7. (2 punten) Stortgas dat vrijkomt uit oude vuilstortplaatsen bestaat voor ongeveer 50 vol.%
uit methaan, en 50 vol.% CO2. De kleinste bijdrage aan het (versterkt) broeikaseffect ont- staat als:
A. we het stortgas gewoon laten vrijkomen
B. we het stortgas afvangen en benutten in een thermische centrale C. we het stortgas afvangen om het te kunnen affakkelen
D. de bijdrage van stortgas is altijd hetzelfde omdat het broeikasgassen bevat 8. (2 punten) De volgende uitspraak is juist. Smog, een vorm van secundaire luchtverontrei-
niging ontstaat ...:
A. ... altijd uit reacties die verlopen onder invloed van zonlicht (fotochemie)
B. ... door reactie van primaire luchtverontreiniging met andere stoffen in de at- mosfeer
C. ... alleen in de zomer; in de winter is de temperatuur te laag D. ... alleen als er op grote schaal steenkool wordt verstookt
9. (2 punten) De emissie van SO2uit bijvoorbeeld kolencentrales draagt bij aan:
A. smog, a¨erosolvorming en zure regen
B. smog, afbraak van de ozonlaag en zure regen C. smog, afbraak van de ozonlaag en a¨erosolvorming D. afbraak van de ozonlaag, a¨erosolvorming en zure regen 10. (2 punten) Aantasting van de ozonlaag is ernstig omdat ...
A. de ozonlaag een bron is van hydroxylradicalen, die zorgen dat de atmosfeer schoon blijft
B. de ozonlaag het leven op aarde beschermt tegen schadelijke infrarood-straling van de zon
C. de ozonlaag het leven op aarde beschermt tegen schadelijke UV-straling van de zon
D. daardoor de ozonconcentratie van de lucht die wij inademen zal toenemen
11. (2 punten) Het Ozon Depletion Potential (ODP) van een stof wordt uitgedrukt als de hoe- veelheid afbraak van de ozonlaag die een kilogram van een stof veroorzaakt ten opzichte van een kilogram CFK-11, trichloor-fluormethaan. De ODP van stoffen varieert ondermeer door verschillen in...
A. hoeveelheid - des te meer van de stof wordt uitgestoten, des te hoger de ODP B. stabiliteit - een stof moet voldoende stabiel zijn om de ozonlaag te kunnen
bereiken
C. het aandeel zuurstof in de stof - zuurstof is nodig om ozon af te breken
D. het absorptiespectrum van de stof - des te meer UV-straling ze absorbeert, des te hoger het ODP
12. (2 punten) In onze zomer groeit het gat in de ozonlaag boven de Noordpool omdat ...
A. ... daar het ijs-albedo effect momenteel in sterke mate optreedt
B. ... daar de opwarming van de aarde lijkt te versnellen, waardoor de aarde meer schadelijke straling uitzendt
C. ... er daar dan altijd teveel energierijke UV-straling is, waardoor de ozonlaag daar zomers geheel verdwijnt
D. ...in de winter de afbraakcyclus van ozon daar maar voor de helft verloopt door gebrek aan zonlicht
13. (2 punten) Het versterkt broeikaseffect leidt niet alleen tot temperatuurstijging, maar ook tot een intensivering van de hydrologische kringloop. De belangrijkste oorzaak daarvan is...
A. ... dat de zeespiegel stijgt
B. ... dat gletschers en ijskappen kleiner worden
C. ... dat er grote hoeveelheden energie worden opgenomen door de oceanen D. ... dat neerslagpatronen op aarde veranderen
14. (2 punten) In een kernreactor wordt kernsplijting van Uranium-235 beheerst uitgevoerd.
De volgende uitspraak is juist. ”De functie van de moderator is ...
A. ... het beheersen van de hoeveelheid snelle neutronen”.
B. ... het vertragen van de juiste hoeveelheid neutronen”.
C. ... zorgen dat de reactor kan worden stilgezet”.
D. ... de kernsplijting op gang te brengen”.
15. (2 punten) PWR’s en BWR’s zijn zogenaamde licht-water reactoren. De volgende uits- praak is juist:
A. er circuleert alleen water door de reactoren bij normaal bedrijf
B. de enige functie van het water is afvoer van de geproduceerde warmte C. als door storing het water uit de reactor loopt dreigt een kernexplosie D. als door storing het water uit de reactor loopt dreigt een meltdown
steenkool biocoal eenheid
Verbrandingswaarde (LHV) 28 14 [GJ/ton]
Organische verbindingen (CxHyOz) 90.0 75 [gew.%]
De verhouding C:H:O 2:1:0 1:2:1
Watergehalte 0 20 [gew.%]
Stikstofgehalte 0.5 1 [gew.%]
Zwavel gehalte 2.0 0.5 [gew.%]
Asrest 7.5 3.5 [gew.%]
Table 1: Eigenschappen steenkool en biomassa gebruikt in de Amercentrale
OPEN VRAGEN
16. (25 punten) Amercentrale In Geertruidenberg staat ´e´en van de grootste elektriciteitscent- rales van Nederland.
Voorheen werd deze centrale hoofdzakelijk gestookt met steenkool, maar ´e´en van de een- heden is recent aangepast zodat biomassa kan worden bijgestookt tot 30% van de ben- odigde brandstofinput (GJ). Het gaat om zgn. biocoal ”‘een houtachtige biomassa die is
’getorreficeerd’(verhit tot maximaal 300◦C ) zodat deze ’houtskool’ eigenschappen krijgt die met steenkool te vergelijken zijn”’1. De biocoal en steenkool uit de opslag worden ge- mengd met lucht en gevoed aan het fornuis. Onderin het fornuis worden de bodemassen afgevoerd. Met een stoomcyclus wordt elektriciteit gemaakt. De centrale is uitgerust met directe koeling (koelwater uit het Haringvliet) en een koeltoren.
De voor biocoal aangepaste eenheid van de Amercentrale kan een netto vermogen aan het elektriciteitsnet leveren van 630 [MWe] bij een temperatuur van het water (de lucht) van 10
◦C . Koelwaterpompen, luchtcompressie, steenkoolmalers en biocoal/steenkooltransport en -menging vragen intern elektriciteitsgebruik. De centrale wordt vrijwel continu op ther- mische vollast bedreven. Het bruto rendement voor elektriciteitsproductie is 44%, het netto rendement 42% betrokken op de onderste verbrandingswaarde (LHV) van de gebruikte steenkool en biocoal. De hoogst bereikte temperatuur in de stoomcyclus van de centrale (120 bar) is 1100◦C .
(a) (1) Hoe luidt de 1eHoofdwet van de Thermodynamica?
Antwoord:
De energie van het Universum is constant.
Energie kan noch worden gecre¨eerd, noch worden vernietigd.
De energie van een systeem + haar omgeving is constant.
(b) (2) Geef een korte beschrijving van de stoomcyclus van de Amercentrale Antwoord:
1. pomp brengt water op hoge druk (120 bar).
2. warmte bron (fornuis) verwarmt water en laat het water verdampen tot stoom (120 bar).
1www.essent.nl/content/overessent/actueel/archief/2010/Amercentrale_zet_
historische_stap_richting_biomassacentrale.htmlaccessed 19 juni 2013
3. hogedruk stoom drijft stoomturbine aan, die weer een generator aandrijft;
een deel van de interne energie van de stoom wordt zo omgezet in arbeid; in de turbine dalen de stoomdruk en -temperatuur gedurende de expansie;
4. afgewerkte stoom die de turbine verlaat wordt verder afgekoeld en gecon- denseerd tot water met koelwater (uit Haringvliet dan wel koeltoren) 5. terug naar 1 (cyclus).
(c) (5) Teken een systeemdiagram van de verbouwde Amercentrale. Maak een zinvolle keuze t.a.v. weer te geven systeemelementen en massa- en energiestromen voor beant- woording van onderstaande deelvragen NB dit is een ’uitgebreide versie’. Een schema
Figure 1: Het gevraagde systeemdiagram Amercentrale
met all´e´en weergave torrefactie-eenheid en centrale-eenheid is ook voldoende. Essen- tieel is correcte weergave van alle stromen, systeemgrens en systeemelementen. Zie voor verdere toelichting dictaat.
(d) (6) Energie. Stel dat de inzet van biocoal in 2013 maximaal was, gelijk over het jaar verdeeld, en dat de warmte nodig voor torreficatie in de biocoalfabriek, 35 [MW], afkomstig is van het fornuis.
i. Stel een energiebalans op voor de centrale
ii. Bereken het intern elektriciteitsverbruik van de centrale bij vollast iii. Hoe groot is de inzet van biocoal in [MW]?
Antwoord:
1. Energiebalans:
Som van alle energiestromen (in) = Som van alle energiestromen (uit). Voor de Amercentrale (inclusief torrefactie-unit) wordt dit:
φm,steenkool·LHVsteenkool+φm,biomassa·LHVbiomassa = E+Qkoelwater+Qkoelwater+ Qrookgas+ Qverlies.
Let op: bij deze keuze van de systeemgrens is de warmte naar de torrefactie- unit een interne energiestroom. Indien bij deelvraag (i) de torrefactie-unit
buiten de systeemgrens is geplaatst, dan dient in deze energiebalans bio- massa vervangen te worden door biocoal en een term Qtorrefactieaan de ener- giestromen(uit) worden toegevoegd.
2. Het nettorendement van de voor biocoal aangepaste eenheid is 42%. Voor 630 [MWe] is dus nodig 630
0, 42 = 1500[MW] aan brandstofinput. Het bruto rendement is 44%. Verschil bruto netto is het intern elektriciteitsverbruik.
Dat is 30 [MWe].
3. Er wordt gevraagd naar de inzet van biocoal, dus systeemgrens exclusief torrefactie-unit gebruiken. In deelvraag (ii) is al uitgerekend dat de brand- stofinput voor 630 [MWe] dan 1500 [MW] is. Het aandeel biocoal (30%) is dan 450 [MW].
Gebruik systeemgrens inclusief torrefactie-unit is ook goed gerekend.
De elektriciteitsoutput van de aangepaste eenheid, intern gebruik, input en totaal warmtestromen (voor elektriciteit) zijn respectievelijk 630 [MWe], 30 [MWe], 1500 en (1500 − 630 − 30 = 840 [MW]). Daarnaast moet de warmte nodig voor torrefactie, 35 [MW], netto opgebracht worden. Stel dat dat met een rendement van 100% gebeurd (geen verliezen), dan is de totale brand- stofinput 1535 [MW]. 30% biomassa in zet is dan 460.5 [MW]
(e) (4) De CO2afkomstig van biomassastook telt niet mee voor de CO2-emissiehandel.
i. Bereken de dagelijkse inzet van steenkool en biocoal in de centrale [ton]. Als u deelvraag d (iii) niet heeft kunnen berekenen, gebruik dan 100 [MW].
ii. Bereken een schatting van de jaarlijks door de inzet van biocoal voor de emis- siehandel vermeden CO2-uitstoot [ton].
Antwoord:
1. De brandstofinzet is 1500[MW]. 1 [GJ/ton] = 1 [MJ/kg]. De inzet van bio- coal is 450 [MW], oftewel 450
14 = 32.14[kg/s]. De inzet van steenkool is 1150 [MW], dat is 1050
28 = 37.5[kg/s]. De centrale draait 100% van de tijd, dus vermenigvuldigen met 24 · 3600 en delen door 1000 geeft het aantal tonnen per jaar. Dat is respectievelijk 2777 ton biocoal en 3240 ton steenkool per dag (1 miljoen ton biocoal en 1.2 miljoen ton steenkool per jaar!).
Uitgaan van 1535 [MW] is ook goed gerekend.
Als u uitgegaan was van 100 [MW] biocoal inzet, dan is er 1400 [MW] steen- kool inzet nodig om de centrale te laten draaien. De hoeveelheid biocoal is dan 617 ton per dag, de hoeveelheid steenkool 4320 ton per dag.
2. Bij deze deelvraag gaat het erom de hoeveelheid CO2te berekenen die zou zijn ontstaan als in plaats van biocoal steenkool zou zijn ingezet. Zoals aangegeven, telt de hoeveelheid CO2 die vrijkomt uit de biocoal niet mee.
Oplossing: (1) bereken de hoeveelheid steenkool i.p.v. de biocoal; dat is 450 [MW] steenkool, of te wel 450
28 = 16.07[kg/s] (2) bereken de hoeveelheid CO2uit deze steenkool: deze bestaat volgens tabel voor 90 gew.% uit CH0.5. Het quasi-molgewicht is dus 12.5 [g/mol]. Het molgewicht van CO2 is 44
[g/mol], dus uit 12.5 [g] steenkool ontstaat 44 [g] CO2. De hoeveelheid CO2 wordt dus
16.07[kg/s] · 0.9 · 44
12.5 = 50.9[kg/s]
Dat staat gelijk aan 1.6 miljoen ton CO2per jaar.
(f) (4) De adiabatische vlamtemperatuur van biocoal is flink lager (minstens enkele hon- derden graden) dan die van steenkool. Gebruik de gegevens uit tabel 1 en leg kort uit met een systeemanalyse waarom dit zo is (U hoeft de berekeningen niet uit te voeren!)(
We weten dat de Cp’s van CO2 en waterdamp niet veel verschillen (allebei zeg ±1,1 [kJ/kg/K]).
Antwoord:
1. De adiabatische vlamtemperatuur kan berekend worden door de vlam op een brander te beschouwen als een gesloten systeem, waar de verbranding plaatsvind
2. Daarbij stellen we ons het volgende pad voor: de brandstof wordt verbrand, stoechiometrisch, met lucht, bij standaardcondities (1 atm, 15◦C ); de vrijko- mende verbrandingsenthalpie wordt gebruikt om de gasvormige reactanten van de verbranding op te warmen.
3. Dan geldt de eenvoudige formule LHVbrandstof = Q =Pn
i=1xi· Cp,i· ∆T
Daarin zijn xide massafracties van de stoffen 1...n in het ontstane rookgas 4. De te bereiken temperatuur T = T0+ ∆T hangt dan af van twee zaken: (1)
de verbrandingswaarde (LHV) (2) de samenstelling van het rookgas.
5. Uit de tabel zien we dat de LHV van biocoal maar de helft van die van steen- kool bedraagt.
6. Het organisch materiaal in steenkool, 90 gew% reageert volgens CH0.5+ 1.25O2+ 5N2→ CO2+ 0.25H2O + 5N2
De biomassa, 75% organisch materiaal reageert als volgt:
CH2O + O2+ 4N2→ CO2+ 1.0H2O + 4N2
We zien dus dat er in beide gevallen min of meer dezelfde hoeveelheid rook- gas ontstaat (bij biomassa iets minder, omdat het molgewicht van 0.75 H2O kleiner is dan van 1 N2).
7. Kortom, met ongeveer de helft aan warmte dient een vergelijkbare massa rookgas te worden opgewarmd (de verschillen in Cp’s zijn te verwaarlozen, en we beginnen steeds bij T0). Daarmee zal de ∆T ook ongeveer halveren, en er inderdaad een verschil van meerdere honderden graden bestaan tussen de adiabatische vlamtemperatuur van biocoal en steenkool.
(g) (3) Leg uit waarom, ondanks Carnot, dat het rendement van de centrale nagenoeg gelijk blijft als biocoal wordt bijgestookt.
Antwoord:
Aangegeven is dat de maximale temperatuur in de stoomcyclus 1100◦C bedraagt.
De te bereiken maximale vuurhaard temperatuur bij verbranden van steenkool is veel hoger (i.v.m. de hoge adiabatische vlamtemperatuur van steenkool). Bijsto- ken met biocoal kan dus waarschijnlijk zo gebeuren dat nog steeds dezelfde hoog- ste temperatuur in de stoomcyclus wordt bereikt (aan de stoomzijde), door de verbrandingscondities (overmaat lucht) in het fornuis af te stemmen op het bijsto- ken van biocoal. Omdat de praktische inrichting van de centrale verder niet (veel) veranderd, zal het verschil tussen werkelijk rendement en maximaal (Carnot) ren- dement ook niet veel veranderen, en zal het rendement van de centrale dus nagen- oeg gelijk kunnen blijven.
17. (15 punten) Klimaatsysteem. In september 2013 is het Fifth Assessment Report van het IPCC gepubliceerd. Onderstaande figuur komt uit het Fourth Assessment (2007), en geeft een samenvatting voor beleidsmakers van de toen beschikbare wetenschappelijke kennis en inzichten.
Figure 2: Radiative Forcing
Uit de figuur blijkt dat het versterkt broeikaseffect heeft geleid tot een onbalans (”Radiative Forcing”, RF) die is opgelopen tot ± 1.6 [W/m2]. In het 5th assessment is deze waarde nauwelijks bijgesteld.
(a) (1,5) Waardoor is de toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer ontstaan?
Antwoord:
1. op grote schaal verstoken van fossiele brandstoffen (sinds de Industri¨ele re- volutie)
2. verandering van landgebruik (ontbossing, gebruik als landbouwgrond) 3. cementproduktie
(b) (2) Biomassa maakt deel uit van de snelle koolstofcyclus. Desondanks is het stoken van voor de energievoorziening geteelde biomassa niet volledig CO2-neutraal. Leg uit.
Antwoord:
1. zowel kappen als het telen van biomassa is verandering van landgebruik 2. intensieve teelt van biomassa vereist kunstmest; dat wordt gemaakt met
aardgas
3. gemotoriseerd transport van biomassa en gerelateerde zaken vraagt fossiele brandstoffen
(c) (6) Het broeikaseffect is op hoofdlijnen te begrijpen met een energiebalans voor ’het systeem aarde’.
i. Teken een correct systeemdiagram voor de beantwoording vand de volgende sub- vragen.
ii. Gebruik uw systeemdiagram, benoem alle energiestromen en leg uit hoe de ener- giebalans van het systeem aarde in elkaar zit.
iii. Leg uit hoe de ’long-lived greenhouse gases’(zie figuur 2) de energiebalans be¨ınvloeden.
Betrek daarbij ten minste de Wet van Stefann-Boltzmann en gebruik eventueel uw diagram.
Antwoord:
1. Zie figuur hieronder
2. De energiebalans van de aarde is een stralingsbalans (energie komt binnen, verlaat het systeem als straling)
input: zonnestraling
output 1: gereflecteerde zonnestraling (door albedo)
output 2: warmtestraling (uitgezonden door aarde als zwart lichaam) energiebalans: input = output 1 + 2; als dit zo is is de energie-accumulatie van de aarde gelijk aan nul, en zal de temperatuur gemiddeld over een aantal jaren op aarde stabiel zijn.
3. Volgens de Wet van Stefan-Boltzmann is output 2 evenredig met de tempe- ratuur van het oppervlak, tot de vierde macht: φ2,uit ∼ k · T4
Door ’long-lived greenhouse gases’ wordt de warmtestraling uitgezonden door het aardoppervlak als het ware voor een deel tegengehouden - de aarde houdt netto energie vast. De energiebalans herstelt doordat daarmee ook de
Figure 3: Het gevraagde systeemdiagram van de Aarde; zie ook dictaat
temperatuur van het aardoppervlak toeneemt, en daarmee, volgens Stefan- Boltzmann, de uitgezonden hoeveelheid straling(senergie). Er zal gelden Sin= Suit = γ · k · T4
Waarin γ de gemiddelde transmissie van de atmosfeer is voor de warmtestral- ing (γ = 0...1).
(d) (2,5) In figuur 2 is te zien dat halocarbons een relatief grote RF hebben, terwijl de uitstoot en concentratie van deze halocarbons (CFK’s en HFK’s) veel en veel kleiner is dan die van CO2. Leg uit met behulp van het begrip ”atmospheric window”.
Antwoord:
De Radiative Forcing is de onbalans, gemiddeld over de aarde, uitgedrukt in [W/m2].
Het ’Atmospheric Window’ is het deel van het absorptiespectrum van de atmos- feer van de aarde waar de transmissie van de atmosfeer voor warmtestraling (out- put 2) relatief hoog is (γ = f (λ). Juist in dat gebied absorberen de al in de at- mosfeer aanwezige broeikasgassen (H2O, CO2, CH4 etc.) juist een klein deel van de door het aardoppervlak uitgezonden warmtestraling. CFK’s en HFK’s blijken juist w´el straling in dit gebied te absorberen, waardoor een relatief kleine hoeveel- heid toch leidt tot een behoorlijke RF.
(e) (3) Een concentratie van 450 [ppm] CO2 in de atmosfeer wordt gezien als de zogen-
aamde 2-graden grens. Volgens klimaatwetenschappers kan het klimaat ’op hol slaan’
als we hierboven komen, onder meer door destabiliserende koppelingen in het klimaat- systeem. Er zijn echter ook stabiliserende koppelingen die wellicht helpen de aarde af te koelen. Beschrijf ten minstens twee stabiliserende en twee destabiliserende koppelin- gen. Beargumenteer of het waarschijnlijk is dat ze (niet) optreden.
Antwoord:
Stabiliserende koppelingen:
– woestijnkoppeling: positieve Radiative Forcing (RF) leidt (door opwarming en verandering hydrologische kringloop) tot extra woestijnvorming (rond de evenaar tot begin subtropen), waardoor de albedo van de aarde groter wordt, waarmee de RF zal afnemen. Waarschijnlijk: ja, maar (beperkt) effect over zeer lange tijdschaal – biosfeerkoppeling: als de CO2-concentratie toeneemt, zal de groei van biomassa toenemen. Ook zal bij gematigde temperatuurstijging de groei van biomassa ver- snellen. Als de biomassa opstand vergroot, zal daardoor minder CO2in de atmos- feer achterblijven (zie snelle koolstofcyclus). Waarschijnlijk: onduidelijk; veran- dering van landgebruik (ontbossing enz.) lijkt vooralsnog de andere kant op te werken.
– verwering van silicaat: met dit proces verdwijnt CO2 uit de atmosfeer. Als de temperatuur oploopt, verloopt de verwering sneller (zie langzame koolstofcyclus (geochemisch)). Waarschijnlijk: ja, echter zeer zeer lange tijdschaal.
Destabliliserende koppelingen:
– ijs-albedo koppeling. Door opwarming smelt zeeijs (vooral Noordelijke ijszee, ook rond Antarctica). Daardoor neemt albedo ter plaatse sterk af, en daarmee lokale opwarming toe, waardoor meer ijs smelt enz. Waarschijnlijk: ja. Zee-ijs bedekking Noordpool neemt voortdurende (sterk) af.
– permafrost koppeling: door opwarming ontdooit permafrost, dat daardoor kan gaan rotten en oxideren, met grote emissie van broeikasgassen tot gevolg (CH4 CO2etc.). Daardoor neemt broeikaseffect verder toe en daarmee opwarming en ontdooien permafrost enz. Waarschijnlijk: ja, proces is nu gaande, en op veel plekken tonen meting aan dat bovenste laag permafrost inderdaad ontdooit.
18. (7) Energievoorziening 21ste eeuw. Naast klimaatverandering gerelateerd aan CO2 uitstoot is ”‘security-of-supply”’ een belangrijkste aanleiding om in te zetten op verduurzaming van de Nederlandse c.q. Europese energievoorziening. Analyseer kort hoe duurzaam de elektriciteitsvoorziening in Nederland momenteel is, hoe door aanpassing van de brand- stofmix de ”‘security-of-supply”’ van elektriciteit in de 21ste eeuw vergroot kan worden;
geef uw beargumenteerde visie op de mogelijkheden tot verduurzaming (kansen), de inzet van kernenergie, en mogelijke barri´eres voor de transformatie van onze elektriciteitsvoorzi- ening.
Antwoord:
Voor de bonusvraag is bewust geen uitwerking opgenomen.
– Einde van de vragen –
– Deze pagina is bewust blanco –
Formuleblad
• Energie [J]:
Ekin= 12m · v2 Q = Cp· m · ∆T Wmax= Qh·(Th− Tc)
Th
Qc= Qh− Wmax = Qh· Tc
Th E = 2, 31 · 10−19·Q1.Q2
r
• Avogadro [moleculen/mol]:
NAvogadro= 6, 022 ∗ 1023
• Straling:
S = k · T4[W/m2])
k = 5, 67 · 10−8[W/m2/K−4] λpiek = c
Tpiek ν = c/λ[s−1J]
c = 3, 000 · 108[m/s]
E = h · ν[J]
h = 6, 62608 · 10−34[J · s]
• Heisenberg:
∆x · ∆(m · v) ≥ h 4π
• Ideaal gas:
P · V = n · R · T
R = 8, 31451[J/(K · mol)]
1[atm] = 101, 235[J]
118 1A8A 12 H21314151617He 1.0082A3A4A5A6A7A4.003 345678910 LiBeBCNOFNe 6.9419.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18 1112131415161718 NaMgAlSiPSClAr 22.9924.31345678910111226.9828.0930.9732.0735.4539.95 192021222324252627282930313233343536 KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr 39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3869.7272.5974.9278.9679.9083.80 373839404142434445464748495051525354 RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdIn Sn Sb Te I Xe 85.4787.6288.9191.2292.9195.94(98)101.1102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3 555657727374757677787980818283848586 CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTl Pb Bi PoAtRn 132.9137.3138.9178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197200.6204.4207.2209(209)(210)(222) 878889104105106107108109110111112 FrRaAcUnqUnpUnhUnsUnoUneUunUuuUub (223)226(227) 5859606162636465666768697071 CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 140.1140.9144.2(145)150.4152.0157.3158.9162.5164.9167.3168.9173.0175.0 90919293949596979899100101102103 ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr 232.0(231)238.0(237)(244)(243)(247)(247)(251)(252)(257)(258)(259)(260)
Figure 4: Periodiek systeem der Elementen
