Gorivi članci, vodik kao alternativno gorivo, automobili na vodik, hibridni automobili
Ključno pitanje
Može li vodik kao alternativno gorivo zamijeniti benzin i naftu?
Odgojno-obrazovni cilj
Upoznati učenike s primjenom vodika kao alternativnog goriva. Osposobiti ih za timski rad, suradnju i međusobno uvažavanje, upoznati ih s osnovnim znanstvenim postupcima kao što su skupljanje podataka i prikaz podataka. Omogućiti učenicima preuzimanje uloge znanstvenika, omogućiti im razvijanje ekološke osviještenosti kod razmatranja primjene alternativnih goriva.
Ishodi učenja
- Definirati prednosti i nedostatke gorivnog članka vodik-kisik.
- Poznavati reakcije u gorivnom članku vodik-kisik.
- Primijeniti znanje o gorivnom članku vodik-kisik na druge gorivne članke.
- Upoznati princip rada hibridnih automobila.
Nastavna pomagala
Udžbenik, radni listić s pitanjima za provjeru znanja, projektor
ICT izvori znanja
- en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
- en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_vehicle
- 87eb298c-a-62cb3a1a-s-sites.googlegroups.com/site/senthilvssc/Home/fuel-cells/ FuelCellSystemsExplained_Second.Edition_
Vrijeme potrebno za planirane aktivnosti
Jedan školski sat
Nastavne metode i strategije
Usmeno izlaganje, razgovor, rad na tekstu
Ključni pojmovi
Gorivni članak, vodik kao gorivo, katodna i anodna reakcija,hibridni automobil.
Tijek nastavnih sati (artikulacija sata)
UVODNI DIO Nastavnik na prethodnom satu najavljuje temu i nakon što učenici odaberu grupe dogovara što će grupe istražiti, prijedlog tema: Povijesni pregled gorivnog članka, Princip rada, Prednosti i nedostatci vodika kao goriva, Hibridni automobili. Učenici podijeljeni u grupe kratko govore o provedenim istraživanjima, objašnjavaju kojim su se izvorima služili i na koji su način međusobno surađivali.
GLAVNI DIO Nastavnik objašnjava učenicima princip rada gorivnog članka nadovezujući se na njihova istraživanja. Naglašava da je gorivni članak elektrokemijski uređaj za izravnu pretvorbu kemijske u električnu energiju odnosno “elektrokemijski motor”. Velika uporabna vrijednost g č. temelji se na visokoj učinkovitosti pretvorbe kemijske u električnu energiju i vrlo malom utjecaju na okoliš.
Nastavnik ispisuje reakcije na elektrodama gorivnog članka vodik-kisik: Anodna reakcija: 2 H2 → 4 H+ + 4 e-
Katodna reakcija: O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O
Ukupna reakcija: 2 H2 + O2 → 2 H2O
Objašnjava i nadopunjuje prednosti gorivnih članaka(Povoljni su za okoliš -produkt je voda, ako je gorivo dobiveno uporabom obnovljivih izvora energije manje su štetni, smanjuju nastajanje gradskog smoga i emisiju štetnih plinova, visoko su učinkoviti u pretvorbi energije, zanimljiv i šokantan podatak- onečišćenje zraka uzrokovano vozilima ubija dvostruko više ljudi u odnosu na poginule u prometnim nesrećama).
Učenici bilježe svoja opažanja i donose zaključke o nedostatcima gorivnih članaka (proizvodnja vodika, upravljanje vodom, razgradnja i korozija materijala (niske i visoke temperature, pH), pokretanje procesa, skladištenje vodika).
Nastavnik s učenicima raspravlja o hibridnim automobilima, oni za pokretanje koriste dva ili više izvora energije, umjesto jednog kao kod tradicionalnih automobila. Najčešća je kombinacija benzinskog ili dizelskog motora s elektromotorom, kao što je to slučaj kod Toyote Auris. Hibridni automobili pridonose značajnom smanjenju emisije štetnih plinova i potrošnje goriva u cestovnom prometu.
Nastavnik zajedno s učenicima navodi osnovne osnovne kriterije ocjenjivanja potencijalnih goriva: (mogućnost masovne proizvodnje, mogućnost proizvodnje iz obnovljivih izvora, ekonomski aspekt primjenepotencijalnog goriva odnosno cijena goriva, utjecaj na okoliš, stupanj opasnosti pri manipulaciji, specifičnost pripreme).
ZAVRŠNI DIO Nakon izlaganja prednosti i nedostataka nastavnik raspravlja s učenicima i donose zaključke. Učenici ukratko analiziraju rad svih grupa, daju svoje osvrte i komentare. Učenici rješavaju radni listić.
Provjera postignutih ishoda učenja
Provjera postignutih ishoda bit će provedena kroz pitanja i zadatke kojima će se ponoviti naučeno na satu (radni listić).
Radni listić
- Zadatak Navedite prednosti gorivnog članka vodik-kisik.
- Zadatak Katodna reakcija u gorivnom članku vodik-kisik je:
- a) 2 H2 → 4 H+ + 4 e
- b) O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O
- c) 2 H2 + O2 → 2 H2O
- d) 2 H2 → 4 H+ + 4 e-
- Zadatak Za analizu alkohola u krvi danas se uspješno primjenjuje reakcija na bazi gorivnog članka. Alkohol je gorivo, a oksidans je kisik iz zraka. Elektrolit je fosforna kiselina. Alkohol se oksidira u octenu kiselinu, a reakcija oksidacije je ista kao u gorivnom članku vodik-kisik. Napiši tu reakciju.
- Navedi prednosti električnih vozila u odnosu na vozila s konvencionalnim motorima s unutarnjim izgaranjem.