По колу безмежно я мандрую, Що за елементом я існую? (Карбон)

ІІІ. Мотивація учіння школярів. Вивчення нового матеріалу.

Карбон є одним з основних елементів, що забезпечує життя на Землі. Сполуки Карбону містяться в усіх живих організмах і відіграють головну роль у процесах їх життєдіяльності. У природі постійно відбуваються процеси, які забезпечують рух сполук Карбону між оболонками Землі. Таке регулювання балансу між викидами та поглинанням сполук Карбону дозволяє екосистемам існувати в стабільних умовах.

Робота в парі.

Обговоріть процеси, які позначені стрілками. Поміркуйте, які речовини з вам відомих у своєму складі містять Карбону. Чи змогло б людство існувати без них? Поясніть вплив людини на колообіг Карбону?

1.Колообіг Карбону при використанні природного газу (CH )

- Природний газ (метан) видобувається з підземних родовищ. - Під час спалювання метану: CH4+2O2→CO2+2H2O+енергія

- Викиди CO накопичуються в атмосфері → парниковий ефект, глобальне потепління.

- Викопний метан не відновлюється природним шляхом за короткий період.

2.Колообіг Карбону при використанні біогазу

-Біогаз утворюється при розкладі органічних відходів: Органіка→CO2+CH4

-При спалюванні біогазу також утворюється CO , але:

-Це той самий CO , що рослини поглинули з атмосфери → нейтральний баланс.

-Органічні відходи продовжують відновлювати цикл.

3.Порівняння впливу природного газу та біогазу на клімат (запис у зошит)

Процес виробництва біогазу

1.Завантаження сировини: Органічна сировина завантажується в біогазовий реактор.

2.Анаеробне розкладання: У реакторі створюються анаеробні умови (без кисню), де бактерії розщеплюють органічні речовини на простіші сполуки, такі як метан (CH4) та вуглекислий газ (CO2).

3.Утворення біогазу: Утворена газова суміш, яка називається біогазом, складається переважно з метану (50-75%) та вуглекислого газу (25-50%).

4.Очищення біогазу: Біогаз може містити домішки, такі як сірководень (H2S), які необхідно видалити для подальшого використання.

5.Використання біогазу: Очищений біогаз можна використовувати для виробництва електроенергії та тепла, як паливо для транспорту або для інших потреб.

Біогаз є сумішшю метану (60-70%), СО2 та невеликих кількостей інших газів. Біогаз можна використовувати для отримання електроенергії та для задоволення потреб в опаленні чи приготуванні їжі.

Біометан – це майже на 100%, метан, що утворюється або шляхом збагачення біогазу, або шляхом газифікації твердої біомаси. Збагачений біометан не відрізняється від природного газу, тому його можна транспортувати та використовувати таким же чином. Біометан має переваги щодо природного газу, залишаючись при цьому вуглецево нейтральним.

Переваги біогазу та біометану Виробництво сприяє вирішенню двох глобальних проблем сучасного життя: зростання кількості органічних відходів, що виробляються сучасними суспільствами та економіками, та негативного впливу викидів парникових газів на клімат.

ІV. Дослідження. Моделювання колообігу Карбону в умовах використання

природного газу та заміни його на біогаз.

Для виконання навчального дослідження учні об’єднуються в групи: Група1 — Атмосфера; Група 2 — Біосфера; Група 3 — Літосфера; Група 4 — Гідросфера

Варіант 1: Використання природного газу

Матеріали: Картки або схеми, що показують процеси: видобуток CH → спалювання → CO в атмосфері → нагрівання планети.

Стрілки між компонентами моделі (односторонні → викиди CO не повертаються в корисну форму).

Варіант 2: Використання біогазу

Матеріали: Органічні відходи → бродіння → утворення біогазу → спалювання → CO , який знову поглинається рослинами. Цикл замкнений (двосторонні стрілки).

Порядок виконання роботи:

1.Проаналізуйте інформацію «Сировина для виробництва біогазу» Додаток 39.1 (Сировина для виробництва біогазу - сільськогосподарські відходи (гній, солома, рослинні залишки); харчові відходи; очисні споруди стічних вод; тверді побутові відходи, органіка на сміттєвих полігонах).

2.Візуалізуйте почуту і побачену інформацію за одним із варіантів. Намалюйте малюнок, який демонструватиме 5-7 описаних процесів. Стрілочками покажіть взаємозв’язки між ними.

3.Змоделюйте колообіг Карбону в умовах використання природного газу та заміни його на біогаз за допомогою роздаткового матеріалу (малюнки, кольоровий папір, скотч, ножиці, листя, лампочка, пластикові стакани, шкірка від банана, яблуко, шматок торфу, кам’яне вугілля, дитяча машинка, печиво…).

4.Зробіть висновки. Що залишилося незмінним? Які основні відмінності? Обговоріть, чи працюють біогазові установки у вашому регіоні. Підготуй1те коротку доповідь про реальні

141

приклади використання біогазу для зни1ження викидів в атмосферу та вплив цих ініціатив на стан довкілля. За потреби використайте додаткові джерела інформації

5.(Учні демонструють та обговорюють зображений ними цикл).

V. Закріплення вивченого матеріалу

Гіпотези щодо декарбонізації економіки Додаток до уроку 39.2

-Що таке декарбонізація? Це процес зменшення викидів CO , особливо в енергетиці та промисловості.

-Шляхи декарбонізації: Перехід від природного газу до біогазу. Розвиток водневої енергетики (H як паливо). Використання технологій уловлювання CO (наприклад, зберігання у підземних резервуарах). Збільшення частки сонячної та вітрової енергетики. Збереження та розширення лісів (вони поглинають CO ).

Формування гіпотез:

• Що буде, якщо всі країни перейдуть на біогаз?

• Чи можливо повністю відмовитися від природного газу?

• Як зміниться клімат, якщо використання викопного палива зменшиться на 50%?

Проведіть дебати на тему: «Чи може людство повністю перейти на відновлювані джерела енергії для стабілізації клімату?». (Представники позиції ствердження наводять аргументи за повний перехід на відновлювані джерела енергії, представники опозиції заперечення – за комбінацію традиційних і відновлюваних джерел енергії.

VІ. Підбиття підсумків уроку, рефлексія, самооцінювання учнів, висновки.

142

VIІ. Домашнє завдання.

Дослідити історію вивчення процесу бродіння. Додаток 39.3

1.Луї Пастер. Початок вивчення процесу бродіння.

2.Біогаз – газ утворений у результаті бродіння.

3.Роль мікроорганізмів в утворенні біогазу

ДОДАТКИ до уроку №39 Додаток до уроку 39.1 Сировина для виробництва біогазу.

Додаток до уроку 39.2

Декарбонізація економіки є важливим кроком для боротьби зі зміною клімату та досягнення сталого розвитку. Існує багато шляхів досягнення цієї мети, які включають в себе:

1.Перехід на відновлювані джерела енергії:

•Сонячна енергія: Україна має значний потенціал для розвитку сонячної енергетики, особливо в південних регіонах.

•Вітрова енергія: Вітер також є відновлюваним джерелом енергії, яке може бути використане для виробництва електроенергії.

•Гідроенергетика: Україна має розгалужену мережу річок, що створює сприятливі умови для розвитку гідроенергетики.

•Біоенергетика: Використання біомаси, такої як деревина, солома та інші органічні відходи, може бути ефективним способом отримання енергії.

2. Підвищення енергоефективності:

• Утеплення будівель: Покращення теплоізоляції будівель дозволить зменшити споживання енергії на опалення.

• Використання енергоефективного обладнання: Заміна старого обладнання на сучасне, більш ефективне, допоможе знизити енергоспоживання.

• Розвиток громадського транспорту: Збільшення використання громадського транспорту та зменшення кількості автомобілів на дорогах сприятиме зниженню споживання палива.

3. Розвиток водневої енергетики:

• Водень може бути використаний як паливо для виробництва електроенергії та транспорту.

• Виробництво водню з відновлюваних джерел енергії є екологічно чистим способом отримання енергії.

4. Впровадження технологій уловлювання та зберігання вуглецю:

• Ці технології дозволяють зменшити викиди вуглецю в атмосферу шляхом їх уловлювання та зберігання під землею.

5.Зміни в сільському господарстві:

143

•Оптимізація використання добрив: Надмірне використання азотних добрив призводить до викидів парникових газів. Оптимізація їх використання допоможе зменшити ці викиди.

•Розвиток органічного сільського господарства: Органічне сільське господарство сприяє зменшенню викидів парникових газів та збереженню біорізноманіття.

6. Зміни у промисловості:

• Використання відновлюваних джерел енергії: Перехід на відновлювані джерела енергії в промисловості допоможе зменшити викиди парникових газів.

• Впровадження енергоефективних технологій: Модернізація обладнання та впровадження енергоефективних технологій сприятиме зниженню енергоспоживання в промисловості.

7. Освіта та інформування:

• Підвищення обізнаності населення про зміну клімату та шляхи її вирішення є важливим кроком для досягнення декарбонізації економіки.

Важливо зазначити, що декарбонізація економіки є складним завданням, яке потребує комплексного підходу та співпраці між урядом, бізнесом та громадськістю.

Додаток до уроку 39.3 Історія вивчення процесу бродіння

Історично важливість бродіння вперше підкреслив Луї Пастер у середині 19 століття, поклавши початок зимології, вивченню процесів бродіння. Мікроорганізми, як прокаріоти, так і еукаріоти, є основними агентами бродіння. У той час як деякі організми, відомі як облігатні анаероби, покладаються виключно на бродіння для виробництва енергії, інші, так звані факультативні анаероби, можуть перемикатися між бродінням і аеробним диханням залежно від умов середовища.

Біогаз — це безбарвний горючий газ, який утворюється шляхом біологічного розщеплення органічних речовин, що відбувається за відсутності кисню. Біогаз надходить із «біогенних матеріалів» і генерується з біорозкладаних матеріалів, таких як біомаса, зелені відходи коров’ячого гною та сільськогосподарські відходи, такі як маніок, цукрова тростина тощо. Біогаз складається з суміші різних газів, головним чином метану (CH4), вуглекислий газ (CO2), 1-5% інших газів, включаючи водень (H2). Газ виробляють бактерії, які виникають під час біодеградації органічних матеріалів в анаеробних умовах. Енергія, яка виділяється з біогазу, робить його придатним паливом для опалення та приготування їжі. Біогаз також можна використовувати в анаеробному реакторі, де енергія в газі перетворюється на електроенергію та тепло за допомогою газового двигуна.

Друга половина 19 століття ознаменувалася виробництвом біогазу. Газ, що утворюється в результаті анаеробного зброджування (AD) органічної речовини, яка включає екскременти тварин і людини, кухонні та сільськогосподарські відходи, міські відходи, біомасу водоростей і рослин тощо, зі збалансованим циклом вуглецю, називається біогазом (Рис. 1). Біогаз є джерелом відновлюваної енергії, подібно до сонячної, вітрової та геотермальної енергії.

Урок 40

Тема. МІНІПРОЄКТ ІЗ РОЗРОБЛЕННЯ ІНФОГРАФІКИ: ПРОГНОЗУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ КИСНЮ, ОЗОНУ, ВОДНЮ, ВУГЛЕКИСЛОГО І ЧАДНОГО ГАЗІВ З ОГЛЯДУ НА ЇХНІ ВЛАСТИВОСТІ. ПЕРЕВІРКА ПРОГНОЗІВ ЗА ДЖЕРЕЛАМИ ІНФОРМАЦІЇ

Навчально-освітня мета: Дослідити властивості газів та їхні сфери застосування. Створити інфографіку, що демонструє прогнозоване використання цих газів. Перевірити прогнози за достовірними джерелами інформації. Розвинути навички критичного мислення та графічного представлення даних. Формувати предметну компетентність учнів про природу та

144