Statoils realfagpris. for videregående skole 2013 i samarbeid med regionale vitensentre

Transkript

1 Statoils realfagpris for videregående skole 2013 i samarbeid med regionale vitensentre

2 Verdens energibehov er økende Utslipp av klimagasser må reduseres Våre energikilder må utnyttes smartere 2

3 De som vil endre verden, studerer realfag 3

4 Nøkkelen er nysgjerrighet Det er med glede jeg ønsker deg velkommen til å delta i Statoils realfagpris. Verden i dag trenger unge mennesker som er nysgjerrige på realfag og teknologi. Min egen nysgjerrighet for disse fagene ble vekket på skolen, og jeg valgte derfor å studere teknisk fysikk på NTNU etter videregående skole. Dette var begynnelsen på en utrolig spennende reise for meg! Min nysgjerrighet har lært meg utrolige ting om verden, og jeg er stadig vitne til at vi mennesker kan bruke denne kunnskapen til de mest fantastiske prosjekter. Personlig synes jeg at jeg har fått verdens mest spennende jobb i et selskap som verdsetter min nysgjerrighet og det flotteste av alt er at nysgjerrigheten ikke tar slutt. Desto mer jeg lærer, desto mer ønsker jeg å vite. I Statoil tror vi at kunnskap om realfag og teknologi er avgjørende for å møte morgendagens utfordringer i verden. Årets oppgaver som omhandler ulike energikilder og energieffektivitet, er valgt for å vise noen av våre miljø- og energiutfordringer, og hvordan dere gjennom samarbeid og kunnskap om realfag og teknologi kan bidra til å løse dem. Jeg håper oppgavene pirrer din nysgjerrighet, og at du tar imot utfordringen vår. Lykke til med oppgavene! Margareth Øvrum Konserndirektør Teknologi, Prosjekter og Boring (TPB) 4

5 Statoils suksess skyldes i stor grad mennesker med evne og vilje til å tenke annerledes, med mot til å forsøke å gjøre det umulige mulig og med kompetanse og utholdenhet til å jobbe hardt for å oppnå enestående resultater. Skal vi lykkes i fremtiden trenger vi flere slike mennesker. Ikke bare vi, men også samfunnet vi lever i og av. Vi kaller dem morgendagens helter. 5

6 Vinn en spennende dag offshore Fly med helikopter til en av Statoils plattformer i Nordsjøen! Den beste besvarelsen nasjonalt vil også premieres med et stipend på kroner som går til vinnernes klasse. 6

7 7

8 Utfordringene er store. Vi trenger din hjelp! 8

9 Om Statoils realfagpris for videregående skole Statoils realfagpris er en landsdekkende konkurranse for elever på vg2 (studiespesialiserende) i programfag for realfag. Konkurransen har som mål å styrke kunnskapen om teknologi og realfag og inspirere ungdom til å satse på en utdanning innen disse fagområdene. Statoils realfagpris er en del av sponsorprogrammet Morgendagens Helter, hvor formålet er å støtte barn og unge slik at de kan realisere sine drømmer og talenter. Konkurransen er et samarbeid mellom Statoil og seks regionale vitensentre i Norge; VilVite i Bergen, Norsk Teknisk Museum i Oslo, Vitensenteret i Trondheim, Nordnorsk vitensenter i Tromsø, Inspiria i Sarpsborg og Jærmuseet i Rogaland. Et vitensenter er et naturvitenskapelig og teknologisk opplevelsessenter for barn og unge, med faglige tilbud tilpasset læreplanen. Vitensenteret VilVite har prosjektansvaret for Statoils realfagpris. VilVite er lokalisert på Marineholmen i Bergen i nær tilknytning til forskermiljøene og utdanningsinstitusjonene. Statoil har samarbeidet med VilVite om konkurransen siden Hva går konkurransen ut på? Statoils realfagpris er en konkurranse der du skal løse oppgaver i kjemi og fysikk. Du kan løse dem i grupper på to eller tre deltagere. Elever kan ikke levere inn oppgaver alene, ettersom samarbeid er en viktig forutsetning for å kunne lære og dele kunnskap. Oppgavene finner du bakerst i heftet. Premier Landet er delt inn i seks regioner. Det blir kåret en regional vinnerbesvarelse fra hver region. De regionale vinnerne premieres med et stipend på 5000 kroner per elev. Alle som leverer en godkjent besvarelse, får et deltakerbevis. De regionale vinnerne går videre i konkurransen om en nasjonal pris. Vinnerne av prisen premieres med et stipend på kroner. Stipendet deles ut til den klassen elevene kommer fra. Premien er øremerket en faglig ekskursjon eller arrangement. De nasjonale vinnerne får også besøke en av Statoils plattformer i Nordsjøen. Påmelding og frister Du melder deg på konkurransen via morgendagenshelter.no/utdanning/statoilsrealfagspris eller vilvite.no/realfagprisen. Etter påmelding vil du motta en e-post som bekrefter din deltakelse i konkurransen. 1. november 2012: Påmelding åpner. 15. februar 2013: Innleveringsfrist. Påmelding lukkes. April 2013: Regionale prisutdelinger. Mai 2013: Nasjonal prisutdeling. Prosjektarbeid i eller utenom skoletid Årets oppgaver er tilrettelagt slik at de kan integreres i ordinær undervisning. Oppgavene er utarbeidet etter kompetansemål i fysikk og kjemi for vg2. Det vil kreves noe arbeid utenom skoletid. Vi håper at lærerne kan legge til rette for at elevene som deltar, får benytte skoletiden tilsvarende et prosjektarbeid. Praktisk informasjon Alle oppgavene skal besvares. Teksten i besvarelsen skal ikke overstige 10 A4-sider. Kjemi- og fysikkoppgavene vektlegges like mye, det vil si omtrent 5 sider hver. Totalt antall sider er eksklusiv vedlegg (forside, innholdsfortegnelse, tabeller, figurer, bilder, referanser). Vedlegg kan inkluderes i fremstillingen. Den tverrfaglige oppgaven, vektlegges 1:5 av besvarelsen. Juryen vektlegger korrekte utregninger, godt utarbeidede vurderinger, god og oversiktlig layout og riktig bruk av kilder og referanser. Bruk en vanlig skrifttype (Times New Roman, Arial eller liknende) med punktstørrelse 12. Benytt enkel linjeavstand i teksten. Innlevering Innlevering skjer per e-post til realfagprisen@vilvite.no. En innlevering per gruppe. I tittelfeltet: skriv Statoils realfagpris og navn på fylket som dere kommer fra. I e-posten skriv navnene på deltakerne. Legg ved besvarelsen som pdf, merket med navnene på gruppens medlemmer. Oppgave 5 (tverrfaglig oppgave) leveres som video- eller bildepresentasjon. Videopresentasjonen (3-5 min.) legges som privat video på YouTube og lenken sendes i e-posten. Bildepresentasjonen leveres som pdf. Se hvordan på VilVite.no/realfagprisen. Har du spørsmal om oppgavene eller konkurransen, kan du kontakte ditt lokale vitensenter eller prosjektleder Cathrine Strøm Nøstvold på csn@vilvite.no. 9

10 Er du klar for årets utfordringer? Vår bruk av energikilder har endret seg gjennom tidene. Mennesker i den moderne verden har et stort energiforbruk. Vi trenger imidlertid å være bevisste på vårt forbruk. Hvilke muligheter har vi i dag, og hvilke ressurser kan utnyttes i fremtiden? Og kan ressursene brukes mer effektivt? 10 Kjemi Oppgave 1 Klimautslipp fra kull, verdens mest forurensende fossile energikilde, eller bruk av vannkraft? Norge får store deler av sin elektrisitetsproduksjon fra vannkraft. I et år med normal nedbørsmengde er årlig vannkraftproduksjon i Norge på om lag 129 TWh. Dette utgjør ca 99 % av vår totale kraftproduksjon. Land som ikke kan basere sin produksjon av elektrisitet på vannkraft, kan i større grad være avhengig av kull for å produsere elektrisitet. a. Hvor store klimagassutslipp gir en kraftproduksjonen årlig på 129 TWh (Norges kraftproduksjon) i et land der all energiproduksjon baseres på kull og hvis energien blir produsert med: i. den vanligste kulltypen for kraftproduksjon (bitument kull)? ii. brunkull (lignitt, kompakt torv) som blant annet er vanlig i Sentral-Europa? b. Hvilke to land i verden har mest kullkraft? Hvor mye kull forbruker de, og hvor store CO 2 -utslipp gir dette? c. Hva kan vi forvente vil skje med verdens klimagassutslipp dersom kullkraften fra de to ovenfor nevnte landene kunne erstattes med: i. vannkraft? ii. naturgass? Oppgave 2 Sukkertare - en alternativ energikilde? Det er mulig å produsere store mengder drivstoff (etanol) fra mais og sukkerrør. For å unngå å bruke en råvare til å produsere energi framfor mat, kan sukkertare være et alternativ. Norge høster omlag tonn årlig av naturlig forekommende tare. I den siste tiden har det blitt fokusert på at sukkertare kan være en mulig kilde til fornybart drivstoff i form av etanol. Skal Norge produsere biodrivstoff i store mengder, trengs dyrking og høsting av tare i stor skala. Sukkertare gir størst utbytte, og inntil 40 % 1 av tørr høstingsvekt kan utnyttes til produksjon av etanol. Beregninger viser at det er mulig å produsere minst 75 tonn våtvekt (ca. 15 tonn tørrvekt) sukkertare pr hektar med et utbytte på 6 tonn fermenterbart sukker. 1 Tallene varierer avhengig av tid på året og skiftende biologiske forhold. Oppgitte tall er ut fra overslagsberegninger. a. Et sukkermolekyl har empirisk formel C 6 H 12 O 6 (s). For hvert sukkermolekyl som brytes ned ved gjæring, dannes 2 etanolmolekyler og CO 2 (g). Skriv en balansert likning for omdannelsen av sukker til etanol. b. Hvor mye energi får man ved forbrenning av 1 liter etanol sammenlignet med forbrenning av samme mengde bensin? c. Hvor mye sukkertare (målt i tonn våtvekt) må dyrkes for å kunne erstatte hele Norges forbruk av drivstoff? d. Hvor store arealer trenger vi for å dyrke tilstrekkelig sukkertare til å erstatte hele Norges drivstoffforbruk? (Tegn inn på et kart for å anskueliggjøre arealet.)

11 FYSIKK Oppgave 3 Kjernereaksjoner kan de løse fremtidens klimaog energiutfordringer? I solens sentrum skjer kontinuerlig kjernereaksjoner hvor hydrogen fusjonerer til helium. Disse fusjonsprosessene skaper enorme energimengder. I fremtiden kan slike kjernereaksjoner bidra til å løse verdens energi- og klimautfordringer på jorden. a. Hvorfor er ikke denne teknologien på plass ennå? b. Den viktigste energiproduksjonsprosessen i solen er protonproton syklusen: H + H H + β + υ e H + 1H 2He + γ He He He H H Forklar at nettoproduksjonen per syklus kan skrives: H He + 2 H + 2β + + 2γ + 2υ e + energi c. Hva går den frigjorte energien til? d. Beregn energien i likningen over. Oppgi svaret i MeV. e. Fremtidens fusjonsreaktorer vil muligens bli basert på bruken av deuterium og tritium. En aktuell reaksjonslikning vil være: H + 1H 2He + X MeV Hva står X for i denne reaksjonsligningen? Svaret skal begrunnes gjennom både nukleon- og energibetraktninger. Oppgave 4 Energiutfordringer etter ulykken i Fukoshima I mange land står kjernekraft for en vesentlig andel av elektrisitetsproduksjonen. Flere land synes at bruken av kjernekraft er problematisk. Etter ulykken i Fukushima i mars 2011, har det skjedd en endring i mange land i både planlagt og eksisterende bruk av kjernekraft. a. Gjør rede for de argumentene som brukes for og mot bruken av kjernekraft, gjerne ved å vise til holdningsforskjeller i ulike land/ politiske miljøer. I følge nettstedet til World Nuclear Association (sept. 2012) trenger Japan å importere 84 % av sitt energibehov. I 2010 produserte Japan totalt 1080 TWh elektrisk energi. Av dette kom ca. 27 % fra kull, 27 % fra kjernekraft, 27 % fra gass, 9 % fra olje og 7 % fra vannkraft. De resterende ca. 2 % er fra annen fornybar energi (biologisk, avfall, vind og sol). Mange av kjernekraftverkene i Japan ble stengt etter Fukushimaulykken. I en periode var alle 54 anleggene stengt (våren 2012) og fremtidens energiproduksjon i Japan har vært mye diskutert. På samme tid som gass brukes for å kompensere for bortfallet av kjernekraft, satser nå Japan blant annet stort på å bygge ut fornybare energikilder. b. Diskuter hvilke muligheter dere ser for Japan. Hvilke energikilder bør de satse på, og kan disse erstatte kjernekraften helt eller delvis? c. Hvordan kan en slik omlegging av elektrisitetsproduksjonen forenes med ønsket om å redusere utslipp av drivhusgasser? TVERRFAGLIG OPPGAVE Oppgave 5 Energieffektivitet Tenke globalt, handle lokalt. Hva kan du gjøre? Etter at FN-rapporten «Vår felles framtid», Brundtlandrapporten, kom ut i 1987, har begrepet bærekraftig utvikling hatt en sentral plass i miljø- og energidebatten. EU har en målsetting om å kutte klimagassutslippene med 20 % innen Teknologien for å utnytte fornybare energikilder er i utvikling og er i større grad tilgjengelig enn for noen få år siden. På lands- og verdensbasis er fossile energikilder mye brukt. En av grunnene til dette er at det er dyrere for kraftselskapene å gå over til grønn teknologi, noe som igjen betyr høyere kostnader for oss forbrukerne. I denne oppgaven skal dere lage en positiv kampanje med mål om å få forbrukerne til å bruke energien mer effektivt. Ta utgangspunkt i deg og din families forbruk med hensyn til hvilke hovedposter forbruket er fordelt på, og hva dere kan gjøre for å redusere verdens energiforbruk. Beskriv også i kampanjen hva som menes med bærekraftig utvikling. Målgruppen er ungdom og unge voksne. Kampanjen presenteres i form av en informasjonsvideo eller bildepresentasjon, se nærmere informasjon under innlevering på side 9. 11

12 Nå er det opp til deg Statoil ASA NO-4035 Stavanger Norway Telephone COS_ Foto: Ole Jørgen Bratland, Harald Pettersen, Helge Hansen, Kim Laland. okt 2012.