Antwoorden
Antwoorden Module NLT de waterstofauto
- Vak
- NLT
- Niveau
- VWO / Gymnasium
Antwoorden NLt modeule De waterstofauto
[Meer zien]Voorbeeld 4 van de 14 pagina's
Voorbeeld 4 van de 14 pagina's
In winkelwagengesponsord bericht van onze partner
4 beoordelingen
Door: liesjenusteling • 4 jaar geleden
Door: Ewandeman • 4 jaar geleden
Door: annavmaltzahn • 5 jaar geleden
Door: jimmygoppel • 5 jaar geleden
Voorbeeld van de inhoud
Antwoorden Module WaterstofautoJ. van der Meijs / Willem van oranje College / Waalwijk
Antwoorden inleiding
1. Vraag
a. Technologie om waterstof duurzaam te produceren.
Technologie om tankstations te bouwen en om waterstof van de productielocatie naar
de tankstations te brengen.
Technologie om waterstof op te slaan en mee te nemen in de auto. Ook is het
belangrijk dat de waterstof snel en veilig vrijkomt uit de opslag.
De brandstofceltechnologie zelf, brandstofcellen zijn nu nog erg duur.
Recyclingmogelijkheden voor brandstofcellen en voor de opslagtanks.
b. Fase 1: fundamenteel onderzoek en toegepast onderzoek naar de
waterstoftechnologie en infrastructuur.
Fase 2: ontwikkelen en ontwerpen van waterstofauto’s, gebruikersonderzoek via pilots
en optimalisatie van eerder ontwikkelde waterstoftechnologieën.
Fase 3: massaproductie.
c. Zowel energiebedrijven als Shell als autofabrikanten besefen, dat er een alternatief
moet komen, omdat vroeg of laat hun huidige activiteiten ophouden. Dit komt door de
schaarste aan fossiele brandstofen en de wettelijke maatregelen die overheden
mogelijk gaan nemen tegen de uitstoot van broeikasgassen en andere schadelijke
emissie. Producenten van fossiele brandstofen/energieleveranciers zoals Shell en
Total en autofabrikanten hebben elkaar nodig. De kosten van het onderzoek zijn erg
hoog en kunnen niet door een partij gedragen worden. Ook heeft elke partij andere
kennis in huis.
d. Nee, veel problemen die in fase 1 opgelost hadden moeten worden zijn nog lang niet
opgelost. Wel wordt de brandstofcel goedkoper. Volgens sommige deskundigen zullen
de problemen nooit voldoende opgelost worden en zijn andere alternatieven
kansrijker en milieuvriendelijker. Aan de andere kant kan de vraag ook met ja
beantwoord worden. Er rijden nu al prototypes rond, het gebruik van de brandstofcel
wordt populair in nichemarkten zoals heftrucks en het is uiteindelijk mogelijk om
waterstof duurzaam te produceren en binnen niet al te lange tijd zal er een geschikte
opslagmethode ontwikkeld zijn.
Antwoorden hoofdstuk 1 Productie van waterstof
2. Opdracht: ‘Wie is de kroonprins?’
a. Een energiedrager bevat bruikbare energie, maar wordt niet per defnitie door de
natuur zelf direct geleverd. Energiebronnen zijn wel in de natuur aanwezig, daarbij
kan je denken aan delfstofen, zonneeenergie, windenergie of geothermische energie.
Deze energiebronnen zijn tevens energiedrager. Andere energiedragers komen niet in
de natuur voor en moeten eerst geproduceerd worden met behulp van
energiebronnen. Waterstof wordt daarom een energiedrager genoemd.
b. Roozendaal noemt kernenergie en fossiele brandstofen. Andere opties zijn
windenergie en zonneeenergie. Waterstof kan ook uit afvalwater worden
geproduceerd, dit kost relatief weinig energie.
c. Roozendaal trekt verschillende conclusies:
De milieueefecten van de productie van waterstof mogen niet verwaarloosd
worden in de vergelijking van benzineeauto’s en waterstofauto’s. Hij pleit daarmee
voor een ketenbenadering: neem de milieueefecten van de gehele keten van
grondstofwinning tot en met recycling mee als alternatieven worden vergeleken.
Waterstofauto’s zijn minder milieuvriendelijk dan benzineeauto’s, omdat fossiele
brandstofen en kernenergie worden ingezet om waterstof maken.
Met de eerste conclusie zal vrijwel iedereen het eens zijn, over de tweede conclusie is
discussie mogelijk. Roozendaal vergeet namelijk te vermelden dat er ook duurzame
bronnen ingezet kunnen worden voor de productie van waterstof. Roozendaals
tweede conclusie is correct als er inderdaad onvoldoende duurzame energiebronnen
ingezet (kunnen) worden om waterstof te produceren en/of als er geen energiezuinige
productieroutes worden ontwikkeld. Een auto op waterstof is dan niet het meest voor
de hand liggende alternatief. Als dit wel mogelijk is, dan is het goed mogelijk dat
waterstofauto’s milieuvriendelijker zijn dan andere opties (elektrische auto, biodiesel).
1
, Antwoorden Module Waterstofauto
J. van der Meijs / Willem van oranje College / Waalwijk
3. Opdracht: waterstofproductie
De antwoorden hangen af van de gekozen methode.
Wikipedia geeft een goed overzicht. (zoek op hydrogen production)
4. Practicum: elektrolyse van water
4.1 Vragen over het toestel van Hofman
a. 2 H+ + 2 ee H2(g)
b. 2 H2O(l) O2(g) + 4 H+ + 4 ee
c. 2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g)
d. Het verdunde zwavelzuur is het elektrolyt, het zorgt voor de stroomgeleiding in het
water.
e. Waterstof opvangen in reageerbuis, vlammetje erbij: waf
f. Zuurstof opvangen in reageerbuis, gloeiende houtspaander erbij: het hout gaat fel
branden.
g. Spanningsbron, toestel van Hofman en ampèremeter staan in serie. Over het toestel
van Hofman staat de voltmeter parallel.
4.2 Opdrachten
a.
De stroom bij lage voltages hangt erg af van het oppervlak en de staat van de
gebruikte elektroden. Vieze elektroden zorgen dat er pas vanaf een bepaalde
spanning een stroom gaat lopen.
De weerstand van de oplossing en dus ook de stroom hangt van de hoeveelheid
zwavelzuur die is toegevoegd. Bij gemiddelde voltages zal stroom evenredig zijn
met de spanning
Bij extreem hoge voltages worden de oppervlakten van de elektroden en het
geleidingsvermogen van de oplossing beperkend. de gemeten stroom zal
nauwelijks meer toenemen met toenemende spanning.
b. Bereken E P t per 24 uur
de prijs van elektriciteit is ongeveer 9 eurocent per kWh. 1 kWh = 3,6 mJ
E
Prijs(euro) 0, 09
3, 9
5. Practicum: rendement van de productie van waterstof
5.1 Vraag
Vm = 24,5 dm3 mole1 (T = 298K en p = p0).
Echemisch = e 2,42.105 Jmole1 = e 2,42.,5.103 = 9,88 Jcme3.
5.2 Opdrachten
a. Eelektrisch P t waarin: P U I
b. Echemisch = 9,88 Jcme3. Er is 30 cm3 H2 geproduceerd dus Echemisch = 30 9,88 = 296 J
E
c. Rendement elektrisch 100% ,
Echemisch
d. …………
6. Vraag: windmolenpark
Neem aan dat Echemisch elek Eelektrisch waarin elek het rendement van de elektrolyse is
Neem bijvoorbeeld elek = 50%
Echemisch =0,5·6,5 MWh =0,5·6,5·1·106·3600 = 1,2·1010J.
1, 2 1010
Echemisch = 9,88 Jcme3 Er wordt dus 1, 2 109 cm3 = 1,2·103m3 H2 geproduceerd.
9, 88
Antwoorden hoofdstuk 2 De brandstofcel
7. Opdracht
a. Zn(s) Zn2+ + 2 ee, want zink is de reductor.
b. Cu2+ + 2 ee Cu(s)
2
, Antwoorden Module Waterstofauto
J. van der Meijs / Willem van oranje College / Waalwijk
c. De zinkstaaf in ruimte 1 is de minpool, want zink als reductor levert elektronen die
buiten omgaan naar de koperstaaf in ruimte 2. De koperstaaf is dus de pluspool.
d. De zoutbrug is een elektrolyt en verbindt de beide ruimten met elkaar: de stroomkring
is gesloten. De zoutbrug zorgt voor elektrische geleiding tussen de beide ruimten.
8. Vraag
a. Een H+ ion bestaat slechts uit een proton. (Een Heatoom bestaat uit één proton en één
elektron).
b. Een Proton Exchange Membrane laat selectief alleen protonen = H+ ionen door.
c. De beschrijving staat in de tekst. Verschillende antwoorden zijn mogelijk. Als je twijfelt
overleg dan met je docent.
d. De minpool is de kant waar H2 reageert: 2 H2 4 H+ + 4 ee .
e. De vrij gekomen elektronen gaan buitenom en reageren met zuurstof aan de pluspool.
9. Practicum: stroom-spanning karakteristiek van een waterstofcel
9.1 Opdracht
Controleer of de leerling de juiste schakeling heeft getekend. Schakeling 2 geeft direct de
stroomespanning karakteristiek, maar is onnauwkeuriger omdat een stroommeter een
eigen inwendige weerstand heeft.
1) 2) A
O2 O2
Weerstand is Weerstand is
Brandstofcel V Brandstofcel V
bekend onbekend
H2 H2
9.2 Opdrachten en vragen
a. Een I-U karakteristiek van een PEM brandstofcel heeft meestal onderstaande vorm.
1
I
Vtheoretisch= 1230 mV
~ 100 mV 2 ~ 800 mV
3
U
3
, Antwoorden Module Waterstofauto
J. van der Meijs / Willem van oranje College / Waalwijk
b.
1. Activeringsverliezen: De halfreacties aan de elektroden lopen niet meteen
maar hebben een activeringsenergie.
2. Verlies door inwendige weerstand brandstofcel en weerstand in membraan.
Volgt wet van Ohm.
3. Verlies omdat de gasconcentraties vlak bij de elektroden afnemen. Hangt
af van de gastoevoer.
c. Gebruik P U I .
d./e. Maak de grafek en bepaal het maximum.
10. Practicum: het rendement van de waterstofcel
10.1 Opdracht
Controleer of de leerling de juiste schakeling heeft getekend. 1 of 2
10.2 Opdrachten en vragen
De antwoorden zijn afhankelijk van de uitkomsten van het practicum.
a. Gebruik P U I .
b. Gebruik Eelektrisch P t
c. Bereken uit volume afname waterstof de chemische energie:
Vm = 24,5 dm3 mole1 (T = 298K en p = p0).
Echemisch = e 2,42.105 Jmole1 = e 2,42.,5.103 = 9,88 Jcme3.
Eelektrisch
d. Rendement 100% ,
Echemisch
11. Opdrachten
n R T
a. Uit (2) volgt V
p
I t
Uit (1) volgt n Substitutie van n in bovenste formule geeft formule (3).
z F
R I T t
b. Gebruik vergelijking Vtheoretisch Neem aan dat p = p0.
F p z
Vgemeten
c. Rendement= 100%
Vtheoretisch
d. Bij het toestel van Hofman gebeurt het omgekeerde van wat hier gebeurt.
12. Vraag
a. Deze opdracht moeten de leerlingen naar eigen inzicht uitwerken. De uitwerking is
mede afhankelijk van wat ze bij de practica hebben gevonden,
b. Dit betekent dat 25 % van de energie omgezet wordt in nuttige energie.
c. Je krijgt geen auditieve terugkoppeling. Je kan het idee krijgen dat je niet zo hard rijdt.
d. De afstand die de prononen moeten afeggen wordt dan groter.
e. Van deze waterstof komen dan geen elektronen vrij, er wordt minder elektriciteit
opgewekt.
4
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper evelinesterrenburg. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €9,49. Je zit daarna nergens aan vast.
Is Stuvia te vertrouwen?
4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)
Afgelopen 30 dagen zijn er 53340 samenvattingen verkocht
Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen