UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

MOJCA KONDA

VKLJUČEVANJE GORIV PRIHODNOSTI V POUK

KEMIJE

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ KEMIJA - GOSPODINJSTVO

MOJCA KONDA

Mentorica: izr. prof. dr. Vesna Ferk Savec

VKLJUČEVANJE GORIV PRIHODNOSTI V POUK KEMIJE

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

I

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Vesni Ferk Savec za strokovno pomoč, koristne

napotke, potrpežljivost in spodbudo pri izdelavi diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi laborantki Bernardi Urankar, ki mi je pomagala pri pripravi kemikalij in

pripomočkov za eksperimentalno delo v laboratoriju.

Zahvaljujem se mag. Suzani Jakoša, prof. slov., za jezikovni pregled mojega diplomskega

dela.

Velika zahvala gre moji družini, predvsem staršem, ki so me med študijem podpirali in

spodbujali. Brez njih mi zastavljenih ciljev ne bi uspelo doseči. Posebej bi se rada zahvalila

očetu Dušanu Kondi za vso pomoč in zamisli glede eksperimentalnega dela diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi svojemu fantu in sošolkam za vse spodbude in pomoč v težkih trenutkih.

II

POVZETEK

V skladu z izsledki sodobnih raziskav je uporaba fosilnih goriv prepoznana kot glavni razlog

za vse večje koncentracije toplogrednih plinov, predvsem ogljikovega dioksida. To se v

okolju kaže z ekstremnimi vremenskimi spremembami, s smogom, poplavami, sušami, z

učinkom tople grede ipd. Znanstveniki predvidevajo, da bo zalog nafte in zemeljskega plina

zmanjkalo čez približno petdeset let. Manjšanje zalog fosilnih goriv pa prinaša višje cene

goriv za prevozna sredstva. Alternativna goriva bodo v prihodnosti počasi nadomestila fosilna

goriva. Zato se povečuje proizvodnja biodizla, ki ga v mešanici s fosilnim dizlom uporabljajo

v nepredelanih dizelskih motorjih. Biodizel je biorazgradljiva, ekološka, obnovljiva in

netoksična mešanica alkilnih estrov maščobnih kislin, s podobnimi fizikalnimi in kemijskimi

lastnostmi kot fosilni dizel.

V diplomskem delu je predstavljeno vključevanje goriv prihodnosti v pouk kemije. Analiza

izbranih tujih in domačih delovnih zvezkov, učbenikov in priročnikov za pouk kemije

nakazuje, da se o biodizlu kot gorivu prihodnosti v osnovni šoli premalo govori. Kljub

ozaveščanju učencev o okoljskih težavah, povezanih z uporabo fosilnih goriv, je pojem

biodizel možno zaslediti le v enem slovenskem učbeniku za kemijo, eksperimentalnega dela

na to temo pa sploh ne. V diplomskem delu je bil preverjen in optimiziran izbrani postopek

priprave biodizla, primeren za izvedbo v osnovni šoli. Izdelana je bila učna enota na podlagi

operativnih učnih ciljev učnega načrta za kemijo v osnovni šoli s pripadajočimi navodili za

učitelja in z delovnim listom za učenca.

Ključne besede: biodizel, ekološki problemi, alternativna goriva, sinteza biodizla, pouk

kemije

III

ABSTRACT

In accordance with modern researches, the usage of fossil fuels is the main cause of increased

concentration of greenhouse gases, especially carbon dioxide. This is indicated by extreme

weather changes, smog, floods, droughts, the green house effect etc. Scientists assume that the

supplies of fossil fuel will run out in about 50 years. The decrease of fossil fuel supplies is

increasing the price of vehicle fuels. Fossil fuels will be replaced with alternative fuels in the

future. Therefore, the production of biodiesel, which is used in unmodified diesel engines in a

fossil diesel blend, is increasing. Biodiesel is a biodegradable, ecological, renewable and non-

toxic mixture of acyl esters with chemical and physical properties similar to fossil diesel.

This paper is written about introduction of fuels of the future in chemistry teaching. Analysis

of different Slovenian and English textbooks, workbooks and school books have shown, that

there is little talk about biodiesel in primary schools. Although the students are aware of

environmental problems and the usage of fossil fuels, the notion biodiesel can be found just in

one Slovenian textbook. No experimental work associated with biodiesel synthesis can be

found either. A procedure of biodiesel synthesis suitable for primary schools has been tested

and optimised in this paper. Based on the operational didactic goals of the chemistry

curriculum for primary schools, the experiment has been made into a teaching unit that

includes worksheets for students and instructions for the teacher.

Key words: biodiesel, environmental problems, alternative fuels, biodiesel synthesis,

chemistry class

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ..................................................................................................................................... 1

2 OKOLJSKA PROBLEMATIKA ........................................................................................ 2

2.2 Zelena kemija ................................................................................................................... 2

2.3 Alternativna goriva ali goriva prihodnosti ....................................................................... 3

3 BIODIZEL ............................................................................................................................. 4

3.1 Kratka zgodovina biodizla................................................................................................ 4

3.2 Vrste biodizla ................................................................................................................... 5

3.3 Primerjava lastnosti biodizla in fosilnega dizla ................................................................ 6

3.3.1 Razlike v lastnostih obeh vrst dizla ........................................................................... 7

3.3.2 Primerjava energijskih vrednosti alternativnih in tradicionalnih goriv ..................... 8

3.4 Uporaba biodizla .............................................................................................................. 9

3.5 Prednosti in pomanjkljivosti biodizla v primerjavi s fosilnim dizlom ............................. 9

3.6 Sinteza biodizla .............................................................................................................. 10

3.6.1 Metoda direktne uporabe surovih olj ...................................................................... 10

3.6.2 Metoda mikroemulzije ............................................................................................ 10

3.6.3 Piroliza .................................................................................................................... 10

4 TRANSESTERIFIKACIJA ............................................................................................... 11

4.1 Tipi katalizatorjev .......................................................................................................... 11

4.2 Mehanizem reakcije ....................................................................................................... 12

5 ANALIZA TUJIH IN DOMAČIH LITERATURNIH VIROV ZA POUK KEMIJE V

OSNOVNI ŠOLI ..................................................................................................................... 13

5.1 Analiza domačih literaturnih virov za pouk kemije v osnovni šoli ................................ 16

5.1.1 Moja prva kemija 1 ................................................................................................. 16

5.1.2 Od atoma do molekule ............................................................................................ 16

5.1.3 Dotik narave 7 ......................................................................................................... 17

5.2 Analiza tujih literaturnih virov ....................................................................................... 17

5.2.1 Fizikalna znanost Kalifornije .................................................................................. 17

5.2.2 Kalifornijska znanost Zemlje .................................................................................. 18

5.2.3 Okoljska znanost ..................................................................................................... 18

5.3 Sklep o analizi literaturnih virov .................................................................................... 19

6 OPTIMIZACIJA POSTOPKA ZA SINTEZO BIODIZLA ZA VKLJUČITEV V

ŠOLSKO PRAKSO ................................................................................................................ 19

7 UMESTITEV OPTIMIZIRANEGA POSTOPKA SINTEZE BIODIZLA V UČNO

URO KEMIJE ........................................................................................................................ 21

8 SKLEP .................................................................................................................................. 22

9 VIRI IN LITERATURA ..................................................................................................... 24

9.1 Viri slik ........................................................................................................................... 26

KAZALO TABEL

Tabela 1: Primeri oznak mešanic biodizla in fosilnega dizla glede na njun delež .................... 6

Tabela 2: Primerjava lastnosti fosilnega dizla, biodizla in mešanice biodizla B20 .................. 6

Tabela 3: Izbor domačega učnega gradiva za podrobnejšo analizo ........................................ 14

Tabela 4: Izbor tujega učnega gradiva za podrobnejšo analizo ............................................... 15

Tabela 5: Rezultati sinteze biodizla po izbranem postopku sinteze svežega olja ................... 20

Tabela 6: Rezultati sinteze biodizla po izbranem postopku sinteze iz večkrat rabljenega olja

.................................................................................................................................................. 20

KAZALO SLIK

Slika 1: Shematski prikaz reakcije transesterifikacije med gliceridom in alkoholom, ob

prisotnosti katalizatorja ............................................................................................................ 12

Slika 2: Prikaz mehanizma bazično katalizirane transesterifikacije ........................................ 13

KAZALO GRAFOV

Graf 1: Graf delitve surovin za pripravo biodizla ..................................................................... 5

Graf 2: Prikaz energijskih vrednosti izbranih alternativnih in tradicionalnih goriv .................. 8

KAZALO PRILOG

Priloga 1: Postopek sinteze biodizla po izbranem postopku

Priloga 2: Učiteljeva priprava

Priloga 3: Slike predstavitve v PowerPointu

Priloga 4: Delovni list za učenca

Priloga 5: Delovni list za učitelja

1

1 UVOD

Vremenske spremembe, smog, taljenje ledu, kisel dež, poplave in suše so med posledicami

pretirane uporabe fosilnih goriv. V okolje se pri njihovem gorenju sprosti velik delež

toplogrednega plina ogljikovega dioksida (Baird in Cann, 2012). Visoke cene nafte,

omejenega vira fosilnih olj in povečanega vpliva na okolje so razlog za večjo uporabo

rastlinskih olj in živalskih masti za izdelavo biogoriv (Fanguri in Milford, 1999). Biodizel je

eno izmed obnovljivih, netoksičnih in okolju prijaznih alternativnih goriv, ki ga lahko

uporabljamo v nepredelanih dizelskih motorjih. Strogi emisijski standardi, izčrpavanje zalog

nafte in povezave med fosilnimi gorivi ter politiko so svet prisilili v to, da mora najti

alternativna goriva. Biodizel je za zdaj eno izmed goriv prihodnosti, saj veliko držav

pripravlja načela priprave in uporabe biodizla za prevozniški sektor (Shahir, Jawaharb in

Sures, 2015). Najpogosteje ga sintetizirajo z reakcijo transesterifikacije, kjer s postopkom

predelave rastlinskega olja nastane mešanica alkilnih estrov maščobnih kislin, ki jim s

komercialnim imenom rečemo biodizelsko gorivo (McCarthy, Rasul in Moazzem, 2011). Da

bi se izboljšala ozaveščenost ljudi o okoljskih težavah, ki jih povzroča množična uporaba

fosilnih goriv, je smiselno že učence v osnovni šoli seznaniti s pojmom biodizel, kajti ta lahko

v naslednjih desetletjih postane gorivo prihodnosti. Za namen diplomskega dela so bile

zastavljene naslednje hipoteze:

Hipoteza 1: V tujih literaturnih virih zasledimo z biodizlom povezane eksperimente,

prilagojene za osnovne šole, v domačih literaturnih virih pa še ne.

Hipoteza 2: V skladu z učnim načrtom (Bačnik idr., 2011) je možno razviti učno enoto o

alternativnih gorivih in njihovem pomenu, s posebnim poudarkom na biodizlu, ki bo

vključevala samostojno eksperimentalno delo učencev.

Pregledanih bo več različnih tujih in domačih literaturnih virov, prilagojenih za učence

osnovne šole pri pouku kemije. Na osnovi pregleda in analize literaturnih virov bo izbran

postopek za sintezo biodizla, ki bi bil primeren za uporabo v šolskem laboratoriju, ter bo v

nadaljevanju preverjen v laboratoriju in optimiziran za osnovnošolce. Po pregledu učnega

načrta za kemijo za osnovne šole (Bačnik idr., 2011) bo eksperiment umeščen v učno uro

kemije, skupaj z navodili za učitelja in delovnim listom za učenca.

2

2 OKOLJSKA PROBLEMATIKA

Okoljski problemi so postali aktualna svetovna problematika. V zadnjih dvajsetih letih je bil

podrobneje raziskan problem emisij ogljikovega dioksida in njegovega vpliva na okolje.

Koncentracije ogljikovega dioksida v okolju so se v petnajstih letih občutno povečale in

povzročile okoljske spremembe. To je največkrat posledica povečane uporabe fosilnih goriv

(Smith, Sturm, deNoyelles in Billings, 2010). Uporaba dizelskih motorjev je pogost vir

onesnaževanja zraka, ki vpliva na zdravje ljudi in večanje koncentracije toplogrednih plinov

(McCarthy idr., 2011). Največji delež k onesnaževanju okolja prispevata proizvodnja in

poraba fosilnih goriv. Posledice tega so kisel dež, povečane koncentracije ogljikovega

dioksida, fotokemični smog, onesnaževanje vod, toplotno onesnaževanje itd. Po ocenah

strokovnjakov naj bi imeli še dovolj časa za prehod od velike odvisnosti od fosilnih goriv k

drugim, alternativnim virom energije (Plut, 2004). Veliko raziskav se je zato pojavilo na

področju pridelave in uporabe biogoriv (Smith idr., 2010). Njihova uporaba je za zdaj

najboljša rešitev pri zmanjšanju uporabe fosilnih goriv in posledično emisij ogljikovega

dioksida (Subramaniam, Murugesan, Avinash in Kumaravel, 2013).

2.2 Zelena kemija

Vedo, ki se ukvarja s kemijo okolja in z okoljsko problematiko, imenujemo zelena kemija.

Njen glavni cilj je zmanjšati in preprečiti onesnaževanje okolja (Baird in Cann, 2012).

Temelji na načrtovanju učinkovitih »ekoprocesov«, ki minimizirajo odpadke, zato so ti hkrati

varnejši in manj toksični (Epicoco, Oltra in Saint Jean, 2013). Anastas in Warner (1998)

predlagata naslednjih dvanajst načel zelene kemije:

1. Nastanek odpadkov je bolje preprečiti, kot jih pozneje očistiti in predelati.

2. Sintezne metode naj bodo zasnovane tako, da bodo v procesu omogočale

maksimalno vključenost vseh uporabljenih materialov v končni produkt.

3. Kjerkoli izvedljive in sintetične metode naj bodo načrtovane tako, da bodo

uporabljene snovi zelo malo ali netoksično vplivale na človekovo zdravje in

okolje.

4. Kemijski produkti naj bodo načrtovani tako, da se bo ohranila njihova učinkovitost

in zmanjšala njihova toksičnost.

5. Uporaba pomožnih snovi (npr. topil, sredstev za ločevanje …) naj bo, kadarkoli je

to mogoče, nepotrebna in neškodljiva.

3

6. Energijske potrebe je treba zmanjšati ter jih upoštevati pri gospodarskem in

okoljskem vplivu. Sintezni postopki naj se izvajajo pri sobni temperaturi in

atmosferskem tlaku.

7. Izhodiščne surovine naj bodo obnovljivega izvora, kadarkoli je to ekonomsko in

tehnološko izvedljivo.

8. Izogibati se je treba nepotrebni derivatizaciji (zaščitne skupine, začasna

modifikacija), kadarkoli je to mogoče.

9. Katalitični reagenti (čim bolj selektivni) imajo prednost pred stehiometričnimi

reagenti.

10. Kemijske produkte je treba načrtovati tako, da se po koncu njihove uporabe ne

bodo zadrževali v okolju, ampak bodo razpadli v neškodljive produkte.

11. Analizne metode morajo biti razvite tako, da omogočajo opazovanje in nadzor nad

nastankom strupenih snovi v realnem času in procesu.

12. Pri kemijskih procesih naj bodo uporabljene snovi in oblike snovi, ki zmanjšajo

verjetnost nesreč, vključno z eksplozijami, s požari in z izpusti.

Načela zelene kemije so postala zelo pomembno in uporabno orodje za vključevanje in

uveljavljanje trajnostnega razvoja v kemijo in kemijsko industrijo. Nudijo jasno in zajetno

ogrodje za vzpostavljanje »trajnostnega« in »zelenega« v kemičnih industrijah (Tarasova,

Makarova, Varlamova in Vavilov, 2014).

2.3 Alternativna goriva ali goriva prihodnosti

Tradicionalna (konvencionalna) ali fosilna goriva so naravne organske snovi (ostanki

organizmov), ki so bile pred več milijoni let zaradi potresov in drugih naravnih sprememb

pokopane pod kamninami. Nepopolna oksidacija, visoke temperature in tlak so s časom

povzročili izločanje vode in plina. Pri tem je nastala stisnjena snov z visoko vsebnostjo

ogljika, ki se je mineralizirala v premog. V globinah, pri približno 2000 metrih, pa je začelo

prihajati do toplotnih reakcij, pri čemer sta nastala zemeljski plin in nafta. Fosilna goriva so

vir kemične energije, ki se z oksidacijo spremeni v toplotno energijo in nato sprosti v okolico.

Mednje uvrščamo npr. šoto, nafto, zemeljski plin, premog in lignit (Plut, 2004). Prevozna

sredstva so za zdaj največkrat zasnovana na podlagi uporabe količinsko omejenih fosilnih

goriv, kot sta bencin in dizel. Množična uporaba fosilnih goriv prispeva k prevelikim

količinam izpustov toplogrednih plinov v ozračje, ti pa k povečanemu segrevanju Zemlje, kar

4

je resen ekološki problem (Lanjewa, Rao in Kale, 2015). Od leta 1950 do 2000 so se emisije

ogljikovega dioksida in poraba fosilnih goriv povečale za štirikrat. Fosilna goriva nastajajo

počasneje, kot jih ljudje na Zemlji porabljamo, zato so neobnovljiv vir energije. V samo enem

letu človeštvo porabi toliko fosilnih goriv, kot jih je nastalo v milijonih let. Predvideva se, da

bodo zaloge zemeljskega plina in nafte zadostovale še za približno petdeset let, zato bomo

morali namesto teh uporabljati druge vire, t. i. alternativna goriva, ki jim danes lahko rečemo

goriva prihodnosti (Plut, 2004). Raziskovalci zato v zadnjih desetletjih intenzivno iščejo

rešitve in razvijajo nekonvencionalna goriva. V zadnjih letih se prvotno osredinjajo na težave,

povezane z izpusti toplogrednih plinov. Veliko raziskovalnih spoznanj je že na tem področju

in v povezavi z alternativnimi gorivi (Lanjewa idr., 2015).

Alternativna ali nekonvencionalna goriva so goriva, ki nadomeščajo konvencionalna (fosilna)

goriva. To so na primer goriva, temelječa na uporabi metanola, etanola in vodika, biodizla,

električne energije itd. (prav tam). Ljudje tudi vse pogosteje uporabljamo tradicionalne

obnovljive vire energije, kot so npr. vetrna, sončna in vodna energija. Njihovo trajanje je za

časovna merila človeštva neomejeno (Plut, 2004). V diplomskem delu se osredinjam na

pripravo in pomen biodizla v okolju ter njegovo vključevanje v pouk kemije, zato je v

nadaljevanju podrobneje predstavljen.

3 BIODIZEL

Biodizel je zmes alkilnih estrov maščobnih kislin, ki nastanejo pri različnih procesih,

najpogosteje pri procesu transesterifikacije. Pripravimo ga lahko iz različnih rastlinskih olj,

živalskih maščob ali odpadnih kuhinjskih olj (Daud, Adbullah, Hasan in Yaakob, 2015;

Shrirame idr., 2011). Lahko se uporablja kot mešanica s fosilnim dizlom, v poljubnih

razmerjih (Shrirame idr., 2011; Abbaszaadeh, Ghobadian, Omidkhah in Najafi, 2012).

3.1 Kratka zgodovina biodizla

Pretvorba rastlinskega olja ali živalskih maščob v mešanico alkilnih estrov maščobnih kislin

(biodizel) je že dolgo znan postopek. Proces transesterifikacije gliceridov v olju sta prva

izvedla Duffy in Patrik v letu 1853 (Demirbas, 2008). Koncept uporabe goriva rastlinskega

izvora je prvi opisal nemški inovator Rudolf Diesel, ki je živel med letoma 1858 in 1913.

Razvil je prvi motor, ki ga je poganjalo kikirikijevo olje (McCarthy idr., 2011; Demirbas,

5

2008). Pred približno sto leti je Diesel preizkusil delovanje rastlinskega olja v dizelskem

motorju. Med letoma 1930 in 1940 so rastlinska olja le redko uporabljali kot dizelsko gorivo,

običajno le v nujnih primerih (Fanguri in Milford, 1999). Proces priprave biodizla se od leta

1800 ni spremenil (Demirbas, 2008).

3.2 Vrste biodizla

Biodizel delimo glede na vrsto surovine, ki jo uporabimo za pripravo biodizla. Surovine

razdelimo v tri tipe: t. i. užitna olja, neužitna olja in druga olja. V diagramu so zapisani tipi

surovin za pripravo biodizla in primeri olj, ki spadajo v navedeno kategorijo (Daud idr.,

2015).

Graf 1: Graf delitve surovin za pripravo biodizla (Daud idr., 2015)

Uporabnost biodizla v dizelskih motorjih se preverja z dragimi in dolgotrajnimi postopki, ki

so pokazali smiselnost uporabe mešanice biodizla in fosilnega dizla, in sicer na podlagi njunih

značilnosti. Biodizel, ki je na voljo v prodaji, tako lahko vsebuje različen delež biodizla,

prisotnega v mešanici, od katerega je odvisna oznaka goriva (Javed, Murthy, Rahmath in

Prasada, 2015). Najpogosteje uporabljena mešanica je B20, ki vsebuje 20 odstotkov biodizla

in 80 odstotkov fosilnega dizla (Shrirame idr., 2011).

6

Tabela 1: Primeri oznak mešanic biodizla in fosilnega dizla glede na njun delež (Javed idr.,

2015)

Delež biodizla (%) Delež fosilnega dizla (%) Oznaka

1 0 100 B0 (čisti fosilni dizel)

2 5 95 B5

3 10 90 B10

4 15 85 B15

5 20 80 B20

6 30 70 B30

7 100 0 B100 (čisti biodizel)

3.3 Primerjava lastnosti biodizla in fosilnega dizla

Kemične in fizikalne lastnosti biodizla in fosilnega dizla so podobne. Lastnosti biodizla so

odvisne od vrste začetne surovine (McCarthy idr., 2011). V naslednji tabeli je zbranih nekaj

osnovnih kemijskih in fizikalnih značilnosti fosilnega dizla, biodizla in 20-odstotne mešanice

biodizla B20 (Baldassarri idr., 2004).

Tabela 2: Primerjava lastnosti fosilnega dizla, biodizla in mešanice biodizla B20 (Baldassarri

idr., 2004)

Lastnosti Fosilni dizel Biodizel B20

Gostota (pri 15 °C) [g/cm3] 0,835 0,860–0,900 0,844

Viskoznost (pri 40 °C) [mm2/s] 2,9 3,5–5 3,1

Voda [vol. v %] 0,01 0,01 0,022

Skupno žveplo [masni delež v %] 0,03 0,01 0,024

Fosfor [ppm] neizmerljivo 10 /

Metilni estri [masni delež v %] neizmerljivo 98 /

Skupni glicerin [masni delež v %] neizmerljivo 1,15 /

Pepel [masni delež v %] 0,003 0,01 < 0,01

Temperatura vrelišča (prva destilacija)

[°C] 174 300 176

Temperatura vrelišča (95-odstotni

destilat) [°C] 370 36 343

7

3.3.1 Razlike v lastnostih obeh vrst dizla

Kljub nekaterim skupnim značilnostim pa se biodizel in fosilni dizel razlikujeta. O tem je

dobro razmisliti, kadar želimo uporabljati čisti biodizel kot gorivo v nepredelanih dizelskih

motorjih (Abbaszaadeh idr., 2012). V skladu z navedbami v literaturi kaže razmisliti in paziti

na naslednje razlike v lastnostih obeh vrst dizla:

1. Temperatura zmrzišča: Biodizel ima v primerjavi s fosilnim dizlom višjo

temperaturo zmrzišča. Večina čistih vrst biodizla začne zmrzovati pri temperaturah od

0 °C do –15 °C, kar vodi do povečanja viskoznosti goriva. To lahko obremeni delovanje

črpalk in vbrizgalni sistem. Mešanica biodizla in fosilnega dizla lahko to prepreči, saj

fosilnemu dizlu v postopku izdelave dodajajo sredstva proti zmrzovanju. Za različne vrste

biodizla sta tako različni viskoznost in gostota. Te se lahko razlikujejo tudi v primerjavi s

fosilnim dizlom (McCarthy idr., 2011).

2. Penjenje: Čisti biodizel (B100) se v primerjavi s fosilnim dizlom občutno manj peni.

To omogoča in zagotavlja hitrejše polnjenje vozil, brez možnosti puščanja in prelitja pene

(Abbaszaadeh idr., 2012).

3. Cetansko število: Vrednosti cetanskega števila, ki označuje vnetljivost dizelskega

goriva pri kompresiji, se pri biodizlu običajno gibljejo med 45 in 70, pri fosilnem dizlu pa

ta vrednost znaša od 40 do približno 52 (Abbaszaadeh idr., 2012; Okorn, Boncelj,

Krbavčič in Purgar, 2012). Čim nižje je cetansko število, tem višja kompresija je

potrebna za vžig goriva. Vžig goriva je težaven pri nizkih temperaturah. Prav tako

prenizko cetansko število goriva zmanjšuje učinkovitost motorja. To povzroči počasni

vžig goriva, ki pripelje do nepopolnega zgorevanja (Okorn idr., 2012). Cetansko število

biodizla je odvisno od razporejenosti maščobnih kislin v originalnem olju ali masti. Čim

bolj so verige maščobnih kislin dolge in nasičene, tem večje je cetansko število biodizla

(Abbaszaadeh idr., 2012).

4. Kemijska struktura: Biodizel vsebuje mešanico manjših molekul. Običajno so to

alkilni estri maščobnih kislin, z 12, 14, 16, 18 ali 22 ogljikovimi atomi v verigi. Fosilni

dizel pa vsebuje številne vrste ogljikovodikov z od 12 do 25 ogljikovih atomov v verigi.

Sestavljajo ga torej parafini, naftalini, aromati in organske spojine, ki vsebujejo žveplo in

dušik. Biodizel je tako sestavljen iz alkilnih estrov maščobnih kislin z ravnimi verigami,

medtem ko fosilni dizel poleg alkilnih verig vsebuje tudi ciklične strukture (prav tam).

8

5. Vsebnost kisika: Biodizel vsebuje zaradi estrske strukture povprečno enajst odstotkov

kisika. To omogoča njegovo boljše izgorevanje in prispeva k večji polarnosti goriva

zaradi možnosti nastanka vodikove vezi s hidroksilno skupino. Večja polarnost biodizla

prispeva tudi k drugačni topnosti in prevodnosti v primerjavi s fosilnim dizlom (prav

tam).

3.3.2 Primerjava energijskih vrednosti alternativnih in tradicionalnih

goriv

Na grafu 1 so predstavljene energijske vrednosti izbranih alternativnih goriv (različnih vrst

biodizla, etanola in metanola) ter tradicionalnih goriv (npr. fosilnega dizla, premoga, surove

nafte, bencina itd.).

Graf 2: Prikaz energijskih vrednosti izbranih alternativnih in tradicionalnih goriv (Habibullah

idr., 2015; Nidah in Khaled, 2015; Agarwal, 2007; Hu idr., 2013; Ariyaratne idr., 2014)

Z grafa 2 je razvidno, da so za vrste biodizla, pripravljene iz različnih vrst olj, značilne

približno enake energijske vrednosti, ki se gibljejo med 39 in 42 MJ/kg. Energijska vrednost

fosilnega dizla je v primerjavi z biodizlom večja za približno 6 MJ/kg. Poleg drugih lastnosti

so zelo podobne tudi energijske vrednosti fosilnega dizla in biodizla. Pri alternativnih gorivih

je za metanol in etanol značilna bistveno nižja energijska vrednost kot pri vrstah biodizla,

pripravljenih iz različnih olj. Energijski vrednosti mešanice papirja in lesa ter surovega

premoga sta v primerjavi z izbranimi alternativnimi gorivi ter drugimi tradicionalnimi gorivi

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

En

ergij

ska v

red

nost

[M

J/k

g]

Vrste goriv

Primerjava energijskih vrednosti izbranih alternativnih in

tradicionalnih goriv

Metanol

Etanol

Biodizel iz sončničnega olja

Biodizel iz kokosovega olja

Biodizel iz sojinega olja

Mešanica papirja in lesa

Surovi premog

Surova nafta

Fosilni dizel

Bencin

Alternativna goriva

Tradicionalna goriva

Alternativna goriva Tradicionalna goriva

9

zelo nizki. Največ energije se torej sprošča pri gorenju bencina in fosilnega dizla pri

tradicionalnih gorivih. V primeru izbora alternativnih goriv pa je glede na izbrane podatke

najbolj priporočeno izbrati biodizel iz sezamovega olja. Z grafa 2 je razvidno tudi, da je

fosilni dizel z vidika energijske vrednosti najbolje nadomestiti z biodizlom. Razlog je v zelo

podobnih energijskih vrednostih obeh vrst dizla.

3.4 Uporaba biodizla

Biodizel lahko poganja klasične in nepreoblikovane dizelske motorje. Uporabljamo lahko čisti

biodizel ali pa različne mešanice biodizla in fosilnega dizla (Shrirame idr., 2011). Zaradi

podobnih lastnosti obeh vrst dizla se običajno pripravljajo mešanice v različnih razmerjih.

Namen mešanja je stabilizacija mešanice biodizla (Abbaszaadeh idr., 2012). Priporočeno je

dobro premisliti o neposredni uporabi biodizla v motorjih za fosilni dizel in mešanicah obeh

(McCarthy idr., 2011).

3.5 Prednosti in pomanjkljivosti biodizla v primerjavi s fosilnim dizlom

V primerjavi s fosilnim dizlom je biodizel biorazgradljivo, netoksično in naravi prijazno

gorivo. Pri gorenju biodizla nastajajo manjše koncentracije toplogrednih plinov, zato je vpliv

na okolje manjši. Skupne emisije ogljikovodikov in ogljikovega oksida so pri gorenju biodizla

v primerjavi s fosilnim gorivom občutno nižje. Razlog za to je popolno zgorevanje biodizla,

ki je posledica večje koncentracije kisika v plamenu (Shrirame idr., 2011). V biodizlu ni

žvepla in aromatskih spojin (Baldassarri idr., 2004). Priprava in uporaba biodizla bi lahko

tako po predvidevanjih zmanjšali emisije ogljikovega dioksida za približno 80 odstotkov,

emisije žveplovega dioksida pa za sto odstotkov. Za biodizel je značilna zelo visoka

temperatura plamenišča (približno 149 °C), kar pomeni, da je z vidika gorljivosti eno izmed

najvarnejših alternativnih goriv (Shrirame idr., 2011).

Kljub manjšim emisijam ogljikovih in žveplovih oksidov pa je treba opozoriti, da so emisije

dušikovih oksidov pri uporabi biodizla večje (Baldassarri idr., 2004), pri čemer so emisije

odvisne od vrste uporabljenega biodizla in motorja (McCarthy idr., 2011).

10

3.6 Sinteza biodizla

Za pripravo biodizla so na voljo štirje primarni postopki: metoda direktne uporabe mešanic

surovega olja, mikroemulzije, transesterifikacija in piroliza. Dandanes je najpogosteje

uporabljena metoda reakcija transesterifikacije (Daud idr., 2015). Pri izvedbi

eksperimentalnega dela sem glede na primernost za uporabo v šolskem laboratoriju biodizel

sintetizirala s postopkom transesterifikacije, zato bo poudarek na tem postopku največji.

3.6.1 Metoda direktne uporabe surovih olj

Direktna metoda je metoda, pri kateri se surovo rastlinsko olje zmeša ali razredči z dizelskim

gorivom. To metodo je prvi uporabil Rudolf Diesel leta 1900 in jo podrobneje preučujejo že

skoraj sto let. Neposredna uporaba rastlinskih olj v motorju je zaradi naravnega razpadanja

lahko problematična (Abbaszaadeh idr., 2012). Če surovo rastlinsko olje zmešamo in

razredčimo s fosilnim dizlom, lahko izboljšamo viskoznost goriva (Daud idr., 2015). Za čisto

rastlinsko olje je namreč značilna previsoka gostota za delovanje dizelskega motorja. Fukuda,

Kondo in Noda (2001) navajajo, da je najbolj priporočeno razmerje mešanice rastlinskega olja

in fosilnega dizla 1 : 10 ali 2 : 10.

3.6.2 Metoda mikroemulzije

Metoda mikroemulzije je metoda, pri kateri iz olja nastajajo mikroemulzije. Metoda se počasi

razvija in uporablja za reševanje težav z visoko viskoznostjo rastlinskega olja. Zasnovana je

na podlagi mešanja rastlinskega olja s primernim topilom. Običajno se uporabljajo topila, kot

so metanol, etanol in 1-butanol. Slabost te metode so težke ogljikove usedline, ki nastanejo pri

uporabi, in nepopoln sežig (Abbaszaadeh idr., 2012).

3.6.3 Piroliza

Piroliza olja vključuje postopek segrevanja s katalizatorjem ali brez njega, pri čemer se ena

organska snov spremeni v drugo (Mohan, Pittman in Steele, 2006). Prednost tega postopka je,

da je biodizelsko gorivo ali bioolje primerno za uporabo v motorjih za fosilni dizel. Proces

zahteva uporabo drage opreme, a je ta okolju prijaznejša. Pridela se manj odpadkov, stroški

pri delovanju opreme so nižji, ne onesnažuje okolja in je preprosta za uporabo (Abbaszaadeh

idr., 2012; Daud idr., 2015). Nezaželene lastnosti biodizla, sintetiziranega na podlagi tega

postopka, so nizka temperatura plamenišča, majhna hlapljivost in nestabilnost (Daud idr.,

2015).

11

4 TRANSESTERIFIKACIJA

Transesterifikacija (tudi alkoholiza) je najbolj priljubljena in najpogosteje uporabljana

reakcija za pripravo biodizla, saj zmanjša viskoznost olja. Pri tem biodizel nastane pri reakciji

med rastlinskim oljem ali živalsko mastjo z alkoholom, ob prisotnosti katalizatorja (Daud idr.,

2015; Fanguri in Milford, 1999). Uporabljajo se primarni in sekundarni alkoholi, ki imajo v

molekuli od 1 do 8 ogljikovih atomov, predvsem pa metanol, etanol, propanol, butanol ali

amilalkohol. Med naštetimi se najpogosteje uporablja metanol, saj so njegove fizikalne in

kemijske lastnosti ustrezne: je polaren in je alkohol z najkrajšo verigo. Je tudi cenovno

ugoden, lahko dostopen, hitro raztaplja natrijev hidroksid in reagira s trigliceridi (Daud idr.,

2015; Fanguri in Milford, 1999). Produkti, nastali po transesterifikaciji, so mešanica estrov,

glicerola, alkohola, katalizatorja ter tri-, di- in monogliceridov. Ta proces uporabljajo tudi za

pridobivanje metilnih estrov za detergente in kozmetiko (Fanguri in Milford, 1999).

4.1 Tipi katalizatorjev

Katalizatorji se pri transesterifikaciji uporabljajo zaradi boljšega izkoristka in večje količine

nastalega biodizla (Fanguri in Milford, 1999). Poznamo tri tipe katalizatorjev, in sicer baze,

kisline in encime.

V komercialnih produktih se kot katalizator najpogosteje uporablja baza, saj ta metoda

omogoča hitro pretvorbo olja v biodizel in manjšo korozijo industrijske opreme. V primerjavi

katalize s kislino ali z encimi reakcija z bazo poteče veliko hitreje (Daud idr., 2015). Med

bazične katalizatorje spadajo natrijev hidroksid, kalijev hidroksid, natrijev metoksid, natrijev

etoksid, natrijev propoksid in natrijev butoksid (Fanguri in Milford, 1999). Slabost uporabe

baze kot katalizatorja pa je nastanek mila kot stranskega produkta. To oteži ločevanje

glicerola od nastalih estrov ter zmanjša količino končnega produkta (biodizla). Če se želimo

izogniti nastanku mila, moramo kot katalizator uporabiti encime ali kislino. Slabost obeh

katalizatorjev so daljši čas nastajanja biodizla in visoke cene (Daud idr., 2015). Kot kislinski

katalizator se uporabljajo žveplova kislina, sulfonske kisline in klorovodikova kislina. Lipaze

pa se uporabljajo za encimsko katalizirane transesterifikacije (Fanguri in Milford, 1999).

12

4.2 Mehanizem reakcije

Transesterifikacija je splošen izraz za opis pomembne vrste organskih reakcij (Schuchardt,

Sercheli in Vargas, 1998). Reakcijo sestavljajo številne zaporedne in reverzibilne reakcije.

Ker je reakcija reverzibilna, je treba alkohol dodati v presežku, da se ravnotežje pomakne v

smer nastanka produktov. Če želimo doseči popolno ravnotežje reakcije transesterifikacije, je

idealno razmerje med alkoholom in trigliceridi 3 : 1 (Fanguri in Milford, 1999).

Slika 1: Shematski prikaz reakcije transesterifikacije med gliceridom in alkoholom, ob

prisotnosti katalizatorja (Fanguri in Milford, 1999)

Pri transesterifikaciji rastlinskega olja, acilglicerol (glicerid) reagira z alkoholom ob

prisotnosti katalizatorja (močne kisline/baze/encima). Nastane mešanica estrov maščobnih

kislin in glicerola ter presežnih reagentov. Proces poteka v treh zaporednih in reverzibilnih

reakcijah, pri čemer kot vmesni produkti nastanejo monogliceridi in digliceridi. Za

stehiometrično reakcijo so potrebni trije moli alkohola in en mol trigliceridov. Prebitek

alkohola ni namenjen le povečanju izkoristka, temveč omogoča tudi lažjo ločitev biodizelske

faze od nastalega glicerola. Na potek reakcije vpliva več različnih dejavnikov: tip

katalizatorja, razmerje med alkoholom in rastlinskim oljem, temperatura, čistost reaktantov in

prostih maščobnih kislin (Schuchardt idr., 1998).

Mehanizem bazično katalizirane transesterifikacije rastlinskega olja prikazuje slika 2 in

poteka po naslednjih stopnjah (prav tam): (1) Reakcija baze z alkoholom, pri čemer kot

produkt nastaneta alkoksid in protoniran bazični katalizator. (2) Nukleofilni napad alkoksida

na karbonilno skupino triglicerida tvori tetraedrski intermediat, iz katerega nastaneta alkilni

ester in ustrezen anion diglicerida (3). Ta nato deprotonira katalizator, ki obnovi aktivne

specije (4). Specije tako lahko reagirajo z drugo molekulo alkohola in ponovno začnejo

13

katalitični cikel. Digliceridi in monogliceridi se po enakem mehanizmu pretvorijo v mešanico

alkilnih estrov in glicerola.

Slika 2: Prikaz mehanizma bazično katalizirane transesterifikacije (Schuchardt idr., 1998)

Proces bazično katalizirane transesterifikacije je podoben procesu saponifikacije. Zaradi

nastalih mil pri transesterifikaciji nastalo biogorivo običajno spirajo z vodo. Pred prvim

spiranjem je priporočeno vodi dodati malo ocetne kisline, ki pH zmesi zniža čim bližje

nevtralnemu. Če želimo odstraniti čim več mila, moramo spiranje ponoviti dva- ali trikrat

(Pelly, 2001).

5 ANALIZA TUJIH IN DOMAČIH LITERATURNIH VIROV

ZA POUK KEMIJE V OSNOVNI ŠOLI

Za ovrednotenje prve zastavljene hipoteze »V tujih literaturnih virih zasledimo z biodizlom

povezane eksperimente, prilagojene za osnovne šole, v domačih literaturnih virih pa še ne«,

so bili izbrani trije domači in trije tuji literaturni viri. Kriterij za izbor literature so bili različni

avtorji in naravoslovno področje (naravoslovje in kemija). Pri analizi tujih literaturnih virov

so bile preučene vsebine povezane s poučevanjem o tradicionalnih (fosilnih) in alternativnih

gorivih, z namenom ugotoviti, kakšno pozornost namenijo domači literaturni viri ozaveščanju

osnovnošolcev o vplivu uporabe fosilnih goriv na okolje in nadomeščanju tradicionalnih goriv

z gorivi prihodnosti. Pri tem je bil največji poudarek namenjen biodizlu kot pomembnemu

gorivu prihodnosti.

14

Tabela 3: Izbor domačega učnega gradiva za podrobnejšo analizo

Domači (slovenski) literaturni viri

Vir Slika naslovnice

MOJA PRVA KEMIJA 1

Delovni zvezek

(Glažar, Godec, Vrtačnik in

Wissiak Grm, 2012)

Platnica delovnega zvezka Moja prva kemija 1 (Moja prva kemija 1,

delovni zvezek za kemijo v 8. razredu osnovne šole, 2014)

OD ATOMA DO

MOLEKULE

Delovni zvezek

(Smrdu, 2002)

Platnica delovnega zvezka Od atoma do molekule (Od atoma

do molekule, b. d.)

DOTIK NARAVE 7

Zvezek za aktivno učenje

(Devetak, Rozman,

Sopotnik in Susman, 2013)

Platnica zvezka za aktivno učenje naravoslovja, Dotik narave 7

(Dotik narave 7, zvezek za aktivno učenje za naravoslovje v 7.

razredu osnovne šole, 2014)

15

Tabela 4: Izbor tujega učnega gradiva za podrobnejšo analizo

Tuji (angleški) literaturni viri

Vir Slika naslovnice

FIZIKALNA

ZNANOST

KALIFORNIJE

Naravoslovna šolska

knjiga za osnovno šolo

(Frank, Griffith, Little,

Miaoulis, Miller in

Pasachoff, 2008)

Platnica osnovnošolske knjige Focus on California physical science

(Focus on California physical science, 2008)

KALIFORNIJSKA

ZNANOST ZEMLJE

Naravoslovna šolska

knjiga za osnovno šolo

(Jenner, Lisowski,

Wellnitz, Cronin Jones,

Brooks Simons in

Wysession, 2008)

Platnica osnovnošolske knjige Focus on California Earth science

(Focus on California Earth science, 2008).

OKOLJSKA

ZNANOST

Naravoslovna šolska

knjiga za osnovno šolo

(Arms, 2004)

Platnica osnovnošolske knjige Environmental science (Holt

Environmental Science, Student Edition, 2015).

16

5.1 Analiza domačih literaturnih virov za pouk kemije v osnovni šoli

Podrobnejše analize vsakega izmed izbranih delovnih zvezkov so predstavljene v

nadaljevanju.

5.1.1 Moja prva kemija 1 (Glažar idr., 2012)

Delovni zvezek Moja prva kemija 1 s 116 stranmi vsebuje sedem poglavij. Zadnje, sedmo

poglavje z naslovom Družina ogljikovodikov, je namenjeno ponavljanju in utrjevanju učne

snovi o ogljikovodikih. Vključuje različne tipe nalog, eksperimente in informativna besedila.

V eni izmed nalog morajo učenci v dnevnem tisku ali spletu preiskati pomen nafte v sodobni

družbi. To jim omogoča, da se lahko podrobneje seznanijo z vplivom uporabe fosilnih goriv

na okolje in morda tudi z alternativnimi gorivi. V delovnemu zvezku so opisana tudi tri

informativna besedila, ki so zanimiva in poučna. Učence ozaveščajo o negativnih vplivih

uporabe ogljikovodikov in njihovih derivatov ter okoljski škodi, ki jo povzroči razlitje nafte.

Med nalogami so načrtovani tudi kemijski eksperimenti, povezani z lastnostmi

ogljikovodikov. Dve vprašanji vključujeta tudi razlago pomena ozonske luknje in

toplogrednih plinov. Učenci tako spoznajo oba pojma, ki sta ključna pri razumevanju

okoljskih težav, povezanih z uporabo fosilnih goriv. V delovnem zvezku Moja prva kemija 1

ni pojma biodizel in s tem povezanega eksperimentalnega dela.

5.1.2 Od atoma do molekule (Smrdu, 2002)

Delovni zvezek obsega 144 strani in šest poglavij. Vsebuje različne vrste nalog. V primerjavi

z delovnim zvezkom Moja prva kemija 1 v njem ni načrtovanih eksperimentov, ob katerih bi

učenci ponavljali ali utrjevali snov. Delovni zvezek je namenjen utrjevanju in ponavljanju

snovi ob različnih vrstah nalog. V poglavju Spoznajmo vire ogljikovodikov so zastavljene

naloge povezane z nafto, zemeljskim plinom in s premogom. Naloge o fosilnih gorivih in

negativnih posledicah, povezanih z njimi, so v poglavju Spoznajmo ekološke probleme.

Učenci se ob nalogah o ozonski luknji, kislem dežju in učinku tople grede seznanijo z

okoljskimi težavami, nastalimi zaradi uporabe fosilnih goriv. V eni izmed nalog morajo

razložiti, kako bi lahko zmanjšali naraščanje koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju.

Tako lahko pri iskanju informacij spoznajo tudi pojem biodizel. Nikjer v delovnem zvezku pa

ni pojma biodizel ali eksperimenta, povezanega z njim.

17

5.1.3 Dotik narave 7 (Devetak idr., 2013)

Zvezek za dejavno učenje naravoslovja za sedmošolce obsega 87 strani, štiri poglavja in

veliko različnih vrst nalog. Zadnje poglavje je namenjeno ponavljanju in utrjevanju snovi o

vplivu človeka na naravo. V poglavju učenci povezujejo vpliv prometa na onesnaževanje

okolja in zraka. Prav tako morajo zapisati, kako bi lahko zmanjšali izpušne pline. Učenci se

pri tem naučijo, da uporaba fosilnih goriv v prometu negativno vpliva na okolje. Sledi del

poglavja z naslovom ogljikov dioksid in podnebje. Učenci pri reševanju spoznajo pojme, kot

so toplogredni plini, fosilna goriva, učinek tople grede, smog, ozonska plast in trajnostni

razvoj. Naučijo se, da se z uporabo fosilnih goriv, ki jih morajo našteti, sprošča v ozračje

toplogredni plin ogljikov dioksid. Ta poveča učinek tople grede, kar povzroči podnebne

spremembe. Zvezek za dejavno učenje zelo dobro ozavešča učence o vplivu uporabe fosilnih

goriv na okolje. Učenci spoznajo zelo veliko pojmov, povezanih z okoljskimi težavami. V

tem literaturnem viru ni omenjen pojem biodizel in tudi ni z njim povezanega

eksperimentalnega dela.

5.2 Analiza tujih literaturnih virov

Zaradi dostopnosti najnovejše literature v angleškem jeziku je bilo iskanje vezano le na splete

strani. Posebej prirejenega učbenika ali delovnega zvezka za kemijo ni na voljo, zato so bile

analizirane šolske knjige, namenjene več različnim naravoslovnim vedam: naravoslovju,

fiziki, biologiji in kemiji.

5.2.1 Fizikalna znanost Kalifornije (Frank idr., 2008)

V tej 693 strani dolgi šolski knjigi v angleščini je zajetih več naravoslovnih predmetov, ki si

sledijo po poglavjih in se med seboj povezujejo. V knjigi, namenjeni osnovnošolcem 8.

razreda, zasledimo razlago snovi, predstavitev kemijskih eksperimentov in različne vrste

nalog iz predmetov, kot so fizika, kemija in astronomija. Poglavja, povezana s kemijo, so

podobna poglavjem v slovenskih učbenikih. Pred vsakim razdelkom so navedeni standardi

znanja, ki jih mora učenec usvojiti. V poglavju iz kemije z naslovom Carbon chemistry

oziroma Kemija ogljika sta rabljena izraza zemeljski plin in metan. V besedilu je govor tudi o

nafti kot viru organskih snovi, iz katerih izdelujejo izdelke, kot je npr. plastika. Prav tako je

zapisano, kje in za kateri namen uporabljamo ogljikovodike. V tem poglavju je v povezavi z

okoljsko problematiko predstavljeno le onesnaževanje okolja z odpadki, in sicer z namenom

ozaveščanja učencev o pomembnosti čistoče okolja. Nikjer v besedilu pa ni omembe pojmov,

18

kot so fosilna goriva, toplogredno plini, ozonska luknja in biodizel. Eksperiment, povezan s

pripravo biodizla, ni predstavljen, saj so v knjigi zbrani le najpreprostejši kemijski in fizikalni

eksperimenti.

5.2.2 Kalifornijska znanost Zemlje (Jenner idr., 2008)

Šolska knjiga s 566 stranmi je namenjena učencem 6. razreda osnovne šole. Tako kot v prvi

naravoslovni knjigi v angleščini so tudi v tej pred vsakim razdelkom navedeni standardi

znanja, ki jih morajo učenci doseči. Po pregledu celotne knjige je bilo ugotovljeno, da obsega

snov o Zemlji. Opredeljeni so pojmi vreme, potres, vulkan, atmosfera, klima in klimatske

spremembe, ekosistem, energija, materialne dobrine itd. Podrobneje je bilo analizirano

poglavje o energijskih in materialnih virih (Energy and material resources). V posebnem

razdelku so zelo natančno opisani fosilna goriva in njihov nastanek. Opredeljeni so tudi

različni pojmi, povezani s fosilnimi gorivi, kot so premog, nafta, zemeljski plin ter obnovljivi

in neobnovljivi viri energije. Ti so tudi zelo natančno opisani, in sicer nastanek, uporaba,

prednosti in slabosti, pridobivanje in vpliv na okolje. Predstavljeni so tudi posledice razlitja

nafte in vpliv uporabe fosilnih goriv na okolje. Natančneje so opisani še obnovljivi viri

energije, kot so sončna, vetrna in vodna energija ter biomasa ipd. Ni pa predstavljen noben

eksperiment, povezan s pripravo biodizla, in tudi biodizel ni omenjen.

5.2.3 Okoljska znanost (Arms, 2004)

Knjiga je namenjena učencem od 9. do 12. razreda. Obsega 536 strani in vsebuje 21 poglavij.

V njej so poglavja, povezana s fosilnimi gorivi in z okoljskimi problemi. Poglavje o zraku

(Air) govori o onesnaževanju okolja. Med viri onesnaževanja so omenjena in opisana tudi

fosilna goriva. Učenci izvedo tudi o ozonu in ozonski luknji, smogu ipd. V poglavju o

obnovljivi energiji (Renewable energy) so predstavljeni obnovljivi viri energije (npr. sončna)

in njihov opis. V poglavju so predstavljeni in opisani tudi alternativna goriva ter njihov

pomen za prihodnost. Dvajseto poglavju pa govori o vplivih okoljske onesnaženosti na

zdravje ljudi. Velik poudarek je v tem poglavju namenjen toksikologiji. Učence knjiga

ozavešča o okoljskih težavah, povezanih z uporabo fosilnih goriv. Tako kot v drugih

analiziranih literaturnih virih tudi v tem ni omenjen pojem biodizel ali predstavljen

eksperiment, povezan z njim.

19

5.3 Sklep o analizi literaturnih virov

Cilj analize izbranih tujih in domačih literaturnih virov je bil potrditev ali ovržba prve

hipoteze glede obravnave vsebin o biodizlu, predvsem s tem povezanega dela. Zaradi

časovnih omejitev pri izdelavi diplomskega dela je bilo podrobno analiziranih in pregledanih

le šest izbranih slovenskih in tujih literaturnih virov, namenjenih osnovnošolcem. Na podlagi

analize izbrane literature je bila prva hipoteza ovržena, saj eksperimentalno delo v zvezi z

biodizlom za osnovnošolce ni bilo predvideno niti v domači niti v tuji literaturi. Ob ovrženju

hipoteze se zavedamo njene omejene veljavnosti, ki izhaja iz majhnega obsega preučenega

učnega gradiva, zato ni izključena možnost, da je v tujo ali domačo literaturo že vključeno

eksperimentalno delo za učence osnovne šole, povezano z biodizlom. V nadaljevanju študija

na tem področju na magistrski stopnji bi bilo smiselno v analizo domače literature zajeti vse

potrjene učbenike in delovne zvezke za naravoslovje in kemijo v osnovni šoli.

6 OPTIMIZACIJA POSTOPKA ZA SINTEZO BIODIZLA ZA

VKLJUČITEV V ŠOLSKO PRAKSO

Za optimizacijo v šolskem laboratoriju je bil izbran postopek za sintezo biodizla (Ryan in

Tinnesand, 2002). Po nekoliko prilagojenem postopku Ryanove in Tinnesanda (2002) je bil

izveden eksperiment z nerabljenim in večkrat rabljenim sončničnim oljem. Za vsako olje so

bile istočasno izvedene tri vzporednice za boljšo objektivnost rezultatov in izračun njihovega

povprečja. Uporabljeno je bilo sončnično olje Girasole (olio di semi di) italijanskega

proizvajalca Collina d'Oro. Poleg nerabljenega olja pa je bilo pri eksperimentalnem delu

uporabljeno isto, večkrat rabljeno olje Girasole. Olje je bilo večkrat uporabljeno za cvrtje in

na koncu filtrirano.

Sinteza biodizla je bila po postopku, predstavljenem v prilogi 1, izvedena v treh vzporednicah

z nerabljenim sončničnim oljem in trikrat z večkrat rabljenim sončničnim oljem. Izvedba vseh

sintez iz enakega olja je bila izvedena istočasno, tako da so bili na stojalo vpeti trije obroči za

lije ločnike (slika 8). Prav tako je bil eksperiment izveden s tremi liji ločniki hkrati. Pri

eksperimentiranju z nerabljenim oljem so bili liji ločniki označeni z N1, N2 in N3, z večkrat

rabljenim pa R1, R2 in R3. Cilj eksperimenta je bil ugotoviti možno razliko v količini

nastalega biodizla, v odvisnosti od tega, ali je rastlinsko olje (npr. za cvrtje) predhodno

uporabljeno ali ne. Predvideno je bilo, da bo več biodizla nastalo ob sintezi iz

20

neuporabljenega olja. Podatki o prostornini nastalega biodizla in glicerola po prilagojenem

postopku biodizla (Ryan in Tinnesand, 2002) iz svežega olja so zbrani v tabeli 5 in iz večkrat

rabljenega olja v tabeli 6.

Tabela 5: Rezultati sinteze biodizla po izbranem postopku sinteze svežega olja

Lij ločnik

Volumen

reagentov

[mL]

Volumen

biodizla [mL]

Volumen

glicerola [mL]

Volumen biodizla po spiranju z

destilirano vodo [mL]

N1 116 106 10 100

N2 116 106 10 100

N3 116 107 9 96

Povprečje 116 106,3 9,7 98,7

Tabela 6: Rezultati sinteze biodizla po izbranem postopku sinteze iz večkrat rabljenega olja

Lij ločnik

Volumen

reagentov

[mL]

Volumen

biodizla [mL]

Volumen

glicerola [mL]

Volumen biodizla po spiranju z

destilirano vodo [mL]

R1 116 107 9 103,4

R2 116 107 9 103,6

R3 116 106 10 102,9

Povprečje 116 106,7 9,3 103,3

Iz podatkov v tabelah 5 in 6 je razvidno, da je v primerjavi z nerabljenim sončničnim oljem

več biodizla nastalo pri sintezi iz večkrat rabljenega olja. Količina nastalega »surovega«

biodizla neposredno po zaključeni sintezi je bila pri obojem olju na začetku podobna (razlika

povprečnih prostornin le 0,4 mL). Do nekoliko opaznejše razlike v količini sintetiziranega

biodizla je prišlo v stopnji spiranja produkta z destilirano vodo. Iz večkrat rabljenega olja je v

povprečju nastalo 4,6 mL več »očiščenega« biodizla kot iz nerabljenega olja. Glede na to, da

se je prostornina sintetiziranega biodizla iz svežega olja ob spiranju z destilirano vodo v

primerjavi z biodizlom, sintetiziranim iz večkrat rabljenega olja, nekoliko zmanjšala, lahko

sklepamo, da je pri sintezi iz svežega olja v nekoliko večji meri hkrati potekla tudi reakcija

umiljenja, kar je povzročilo tudi delno spiranje produkta v vodno fazo.

21

7 UMESTITEV OPTIMIZIRANEGA POSTOPKA SINTEZE

BIODIZLA V UČNO URO KEMIJE

Učna načrta za naravoslovje (Skvarč idr., 2011) in kemijo (Bačnik idr., 2011), vključujeta

operativne učne cilje, povezane s fosilnimi gorivi. Tako so v učnem načrtu za naravoslovje v

sedmem razredu v vsebinskem sklopu z naslovom Vpliv človeka na okolje opredeljeni

naslednji učni cilji, povezani z okoljem in s fosilnimi gorivi (Skvarč idr., 2011):

učenec s primeri razloži škodljive vplive in posledice čezmernega izkoriščanja

naravnih virov (fosilnih goriv, vode in surovin) ter velike količine nastalih odpadkov;

učenec zna navesti primere človeških dejavnosti, ki povzročajo onesnaževanje zraka,

tal in vode;

učenec predlaga ukrepe in ravnanje, ki bi prispevali k zmanjšanju posledic posegov

človeka v okolje.

V vsebinskem sklopu učnega načrta za kemijo (Bačnik idr., 2011) z naslovom Družina

ogljikovodikov s polimeri lahko zasledimo naslednje učne cilje, povezane s fosilnimi gorivi:

učenci spoznajo nafto in zemeljski plin kot glavna vira organskih spojin

(ogljikovodikov) in neobnovljiva vira energije;

učenci razmišljajo o zmanjšanju vplivov ogljikovodikov in njihovih derivatov na

okolje.

Na osnovi navedenega se osnovnošolci s fosilnimi gorivi spoznajo že v sedmem razredu, in

sicer v vsebinskem sklopu z naslovom Vpliv človeka na okolje, ob vsebinskem sklopu

Družina ogljikovodikov s polimeri pa v osmem razredu ponovijo učno snov o fosilnih gorivih

kot glavnem viru ogljikovodikov. Čeprav v učnem načrtu za naravoslovje ali kemijo v

osnovnih šolah ni eksplicitno zapisanih pojmov alternativna goriva in biodizel, je možno v

skladu z opredeljenimi operativnimi učnimi cilji potrditi drugo zastavljeno hipotezo

diplomskega dela, ki se glasi: V skladu z učnim načrtom (Bačnik idr., 2011) je možno razviti

učno enoto o alternativnih gorivih in njihovem pomenu, s posebnim poudarkom na biodizlu,

ki bo vključevala samostojno eksperimentalno delo učencev. Na podlagi učnega načrta za

kemijo v osnovnih šolah (prav tam) so lahko operativni učni cilji na temo fosilnih goriv

povezani s pojmom biodizel. Za namen diplomskega dela je bil tako razvit primer gradiva za

22

učno enoto, ki vključuje eksperimentalno delo o biodizlu ter je predstavljena v prilogah 2, 3, 4

in 5.

Iz priloge 2 je razvidno, da je bilo v učno enoto vključeno tudi samostojno eksperimentalno

delo učencev, s poudarkom na biodizlu. Učna enota je sestavljena iz dveh šolskih ur (90

minut). Učenci na začetku ponovijo učno snov o fosilnih gorivih ter spoznajo pojma

alternativna goriva in biodizel (priloga 3). Nato sledi samostojno delo učencev, med katerim

na podlagi učnega lista (priloga 4) in predhodnih navodil učitelja poskušajo sami sintetizirati

biodizel. Pri samostojnem delu učencev lahko pride do nezgod zaradi uporabe močne baze

(kalijevega hidroksida). Učitelj bi moral zato vseskozi spremljati delo učencev in jih pred

eksperimentiranjem posebej opozoriti na varnost pri delu. Pripravljena učna enota bi lahko

bila izvedena po zapisanih fazah. Težave bi lahko povzročala časovna omejitev. Učenci bi

zaradi počasnejšega rokovanja s kemijskimi pripomočki potrebovali več časa. Med tresenjem

lijev ločnikov, pa bi učitelj moral zaposliti preostale učence. Z željo po dejavni vlogi učencev

pri pouku kemije je s predstavljeno učno enoto predvideno samostojno eksperimentalno delo

učencev. V šolski praksi bi se morda učitelj kemije pri rednem pouku raje odločil za

demonstracijsko izvedbo opisane sinteze biodizla, kar bi bilo tudi z vidika varnosti pri delu

sprejemljivejše. Učitelj bi tako v krajšem času učencem predstavil postopek priprave biodizla

in sam rokoval z močno bazo. Učence bi lahko med tresenjem lija ločnika zaposlil z

reševanjem delovnega lista. Prav tako bi bila ena šolska ura (45 minut) dovolj za teoretični

uvod in demonstracijo. V nadaljevanju raziskovalnega dela na področju vključevanja vsebin o

gorivih prihodnosti v pouk bi bilo smiselno obe možni izvedbi preizkusiti in evalvirati v šoli.

8 SKLEP

Povečane koncentracije ogljikovega dioksida v zraku in ekstremne vremenske spremembe so

po navedbah okoljskih strokovnjakov posledica množične in dolgoletne uporabe fosilnih

goriv. Zelena kemija, katere cilj je zmanjšati in preprečiti onesnaževanje okolja, spodbuja

uporabo alternativnih goriv. Manjšanje zalog nafte in zemeljskega plina povzroča dvigovanje

cen fosilnih bencina in dizla. Vse več ljudi se zato odloča za uporabo biogoriv, kot sta npr.

biodizel in bioetanol. Biodizel je alkilni ester maščobnih kislin, sintetiziranih iz rastlinskega

olja ali živalskih maščob in alkohola, ob prisotnosti katalizatorja (običajno močne baze,

kisline ali encimov). Priprava biodizla iz rastlinskih olj ustreza sedmemu načelu zelene

23

kemije, po katerem morajo biti izhodiščne surovine obnovljivega izvora, če je to ekonomsko

in tehnološko izvedljivo. Biodizel je obnovljivo, netoksično, biorazgradljivo in okolju

prijazno biogorivo, s podobnimi lastnostmi kot fosilni dizel. Uporabljamo ga lahko v

nepredelanih dizelskih motorjih, kot mešanico s fosilnim dizlom. V primerjavi s fosilnim

dizlom pri gorenju biodizla nastaja veliko manj saj in emisijskih plinov. Zaradi prepoznavanja

potrebe intenzivne integracije vsebin o alternativnih gorivih v pouk kemije že v osnovni šoli

je bil glavni namen diplomskega dela preučiti obstoječe stanje v šolski praksi na podlagi

analize obstoječega gradiva ter v nadaljevanju predlagati možnosti za njeno izboljšanje. Tako

je bilo v diplomskem delu ugotovljeno, da je v tuji in domači literaturi in virih na voljo veliko

informacij o biodizlu in njegovi sintezi. Po pregledu literature in virov v slovenščini in

angleščini, prilagojenih za osnovne šole (natančneje učbenikov in delovnih zvezkov), je bil

pojem biodizel najden le v enem učbeniku v slovenščini. V nobenem izmed analiziranih

osnovnošolskih učbenikov oz. delovnih zvezkov pa ni predstavljen eksperiment, povezan s

pripravo biodizla, prilagojen za osnovno šolo. Čeprav biodizel ni omenjen v nobenem izmed

analiziranih delovnih zvezkov, je veliko informacij o okoljskih težavah, povezanih s fosilnimi

gorivi. Z namenom umestitve vsebin o gorivih prihodnosti v pouk kemije v skladu s potrjenim

učnim načrtom za kemijo v osnovni šoli je bil v sklopu diplomskega dela v laboratoriju

preverjen in optimiziran izbrani postopek sinteze biodizla. Postopek priprave biodizla je

preprost in primeren za vključitev v učno uro kemije. Za namen diplomskega dela je bila tako

izdelana učna enota o biodizlu s pripadajočim gradivom za učitelja in učence. Izdelano učno

enoto je smiselno v nadaljnjem raziskovalnem delu evalvirati v šolski praksi, morda v smislu

primerjave samostojne izvedbe eksperimentalnega dela učencev z učiteljevo demonstracijsko

izvedbo sinteze biodizla z vidika razvoja interesa učencev za predlagano vsebino in kakovosti

usvojenega znanja.

24

9 VIRI IN LITERATURA

Abbaszaadeh, A., Ghobadian, B., Omidkhah, M. R., in Najafi, G. (2012). Current biodiesel

production technologies: A comparative review. Energy Conversion and Management,

63, 138–148. doi:10.1016/j.enconman.2012.02.027.

Agarwal, A. K. (2007). Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal

combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 33, 233–271.

doi:10.1016/j.pecs.2006.08.003.

Anastas, P. T., in Warner, J. C. (1998). Green Chemistry: Theory and Practice. New York:

Oxford University Press.

Ariyaratne, H. W .K., Melaaen, C. M., in Tokheim, L. A. (2014). Determination of biomass

fraction for partly renewable solid fuels. Energy, 70, 465–472.

doi:10.1016/j.energy.2014.04.017.

Arms, K. (2004). Holt Environmental Science, Student Edition. USA: Holt, Rinehart and

Winston.

Bačnik, A., Bukovec, N., Vrtačnik, M., Poberžnik, A., Križaj, M. idr. (2011). Učni načrt.

Program osnovna šola. Kemija. Ljubljana: Ministrstvo za šolstvo in šport.

Baird C., in Cann, M. (2012). Environmental Chemistry-5th edition. New York: W. H.

Freeman and Company.

Baldassarri, T. L., Battistelli, L. C., Conti, L., Crebelli, R., De Berardi, B., Iamicel, A. L., /…/

Iannaccon, S. (2004). Emission comparison of urban bus engine fueled with diesel oil

and ‘biodiesel’ blend. Science of the Total Environment 327, 147–162.

Daud, N. M., Abdullah, S. R. S., Hasan, H. A., in Yaakob, Z. (2015). Production of biodiesel

and its wastewater treatment technologies: A review. Process safety and environmental

protection, 94, 487–508.

Demirbas, A. (2008). Biodiesel: A Realistic Fuel Alternative for Diesel Engines. London:

Springer Verlag.

Devetak, I., Rozman, L., Sopotnik, M., in Susman, K. (2013). Dotik narave 7 : zvezek za

aktivno učenje naravoslovja v 7. razredu osnovne šole. Ljubljana: Rokus Klett.

Epicoco, M., Oltra, V., in Saint Jean, M. (2013). Knowledge dynamics and sources of eco-

innovation: Mapping the Green Chemistry community. Technological Forecasting &

Social Change, 81, 388–402.

Fanguri, M., in Milford, A. H. (1999). Biodiesel production: a review. Bioresource

Tehnology, 70, 1–15.

Frank, D. V., Griffith, J. T., Little, J. G., Miaoulis, B., Miller, S., in Pasachoff, J. M. (2008).

Focus on California physical science. Boston: Pearson Prentice Hall. Pridobljeno 8.8.

25

2015 s https://www.pearsonsuccessnet.com/snpapp/iText/products/0-13-203527-

8/phs_ca_sci_gr8_main.html.

Fukuda, H., Kondo, A., in Noda, H. (2001). Biodiesel fuel production by transesterification of

oils. Journal of bioscience and bioengineefxn, 92 (5), 405–16.

Glažar, S. A., Godec, A., Vrtačnik, M., in Wissiak Grm, K. S. (2012). Moja Prva kemija 1:

kemija za 8. razred osnovne šole. Delovni zvezek. Ljubljana: Modrijan.

Habibullah, M. H., Masjuki, H. H., Kalam, M. A., Ashrafur Rahman, S. M., Mofijur, M.,

Mobarak, H. M., in Ashraful, A. M. (2015). Potential of biodiesel as a renewable energy

source in Bangladesh. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 819–834.

Hu, Y., Hall, C. A. S., Wang, J., Feng, L., in Poisson, A. (2013). Energy Return on

Investment (EROI) of China’s conventional fossil fuels: Historical and future trends.

Energy, 54, 352–364. doi:10.1016/j.energy.2013.01.067.

Javed, S., Murthy, S. Y. V. V., Rahmath, U. B., in Prasada, R. O. (2015). Development of

ANN model for prediction of performance and emission characteristics of hydrogen

dual fueled diesel engine with Jatropha Methyl Ester biodiesel blends. Journal of

Natural Gas Science and Engineering, 26, 549–557. doi:10.1016/j.jngse.2015.06.041.

Jenner, J., Lisowski, M., Wellnitz, T. R., Cronin Jones, L., Brooks Simons, B., in Wysession,

M., 2008. Focus on California Earth science. USA: Pearson Education. Pridobljeno 8.

8. 2015 s https://www.pearsonsuccessnet.com/snpapp/iText/products/0-13-203526-

X/phs_ca_sci_gr6_main.html.

Lanjewa, B. M., Rao, R. V., in Kale, A. V. (2015). Assessment of alternative fuels for

transportation using a hybrid graph theory and analytic hierarchy process method. Fuel,

154, 9–16.

McCarthy, P., Rasul

, M. G., in Moazzem, S. (2011). Analysis and comparison of

performance and emissions of an internal combustion engine fuelled with petroleum

diesel and different bio-diesels. Fuel, 90, 2147–2157. doi:10.1016/j.fuel.2011.02.010.

Mohan, D., Pittman Jr., C. U., in Steele, P. H. (2006). Pyrolysis ofwood/biomass for bi-oil: a

critical review. Energy Fuel, 20, 848–889.

Nidah, A. H., in Khaled, A. A. (2015). A comparative study of almond and palm oils as two

bio-diesel fuels for diesel engine in terms of emissions and performance. Fuel, 150,

318–324.

Okorn, B., Boncelj, G., Krbavčič, A., in Purgar, Ž. (2012). Novosti pri gorivu v slovenski

ponudbi. Pridobljeno 15. 7. 2015 s http://www.delo.si/druzba/na-kolesih/novosti-pri-

gorivu-v-slovenski-ponudbi.html.

Pelly, M. (2001). Make bio-diesel from used kitchen grease. Countryside and Small Stock

Journal, 85 (1), 32–37.

26

Plut, D. (2004). Zeleni planet? : prebivalstvo, energija in okolje v 21. stoletju. Radovljica:

Didakta.

Ryan, A. in Tinnesand, M. (2002). Introduction to green chemistry. Washington, D. C.:

American Chemical Society.

Schuchardt, U., Sercheli, R., in Vargas, M. R. (1998). Transesterification of Vegetable Oils: a

Review. J Braz Chem Soc, 9 (1), 199–210.

Shahir, V. K., Jawaharb, C. P., in Sures, P. R. (2015). Comparative study of diesel and

biodiesel on CI engine with emphasis to emissions – A review. Renewable and

Sustainable Energy Reviews, 45, 686–697

Shrirame, H. Y., Panwar, N. L., in Bamniya, B. R. (2011). Bio Diesel from Castor Oil – A

Green Energy Option. Low Carbon Economy, 2, 1–6. doi:10.4236/lce.2011.21001.

Skvarč, M. Glažar, S. A., Marhi, M., Skribe Dimec, D., Zupan A. idr. (2011). Učni načrt.

Program osnovna šola. Naravoslovje. Ljubljana: Ministrstvo za šolstvo in šport.

Smith, V. H., Sturm, B. S. M., deNoyelles, F. J., in Billings, S. A. (2010). The ecology of

algal biodiesel production. Trends in Ecology and Evolutio, 25(5), 301–209.

Smrdu, A. (2002). Od atoma do molekule: delovni zvezek za kemijo v 8. razredu devetletne

osnovne šole. Ljubljana: Jutro.

Subramaniam, D., Murugesan, A., Avinash, A., in Kumaravel, A. (2013). Bio-diesel

production and its engine characteristics – An expatiate view. Renewable and

Sustainable Energy Reviews, 22, 361–370. doi:10.1016/j.rser.2013.02.002.

Tarasova, N. P., Makarova, A. S., Varlamova, S. N., in Vavilov, S. Y. (2014). The

development of Green Chemistry in Russia as a tool to improve the competitiveness of

chemical products [an opinion poll]. Journal of Cleaner Production, 83, 491–496.

9.1 Viri slik

Daud, N. M., Abdullah, S. R. S., Hasan, H. A., Yaakob, Z. (2015). Production of biodiesel

and its wastewater treatment technologies: A review. Process safety and

environmental protection, 94, 487–508.

Dotik narave 7, zvezek za aktivno učenje za naravoslovje v 7. razredu osnovne šole. (2014).

Pridobljeno 8. 8. 2015 s http://www.emka.si/dotik-narave-7-novo-zvezek-za-aktivno-

ucenje-za-naravoslovje-v-7-razredu-osnovne-sole/PR/1518145.

Focus on California Earth science (2008). Pridobljeno 8. 8. 2015 s

https://www.pearsonsuccessnet.com/snpapp/iText/products/0-13-203526-

X/phs_ca_sci_gr6_main.html.

27

Focus on California physical science (2008). Pridobljeno 9. 8. 2015 s

https://www.pearsonsuccessnet.com/snpapp/iText/products/0-13-203527-

8/phs_ca_sci_gr8_main.html.

Fanguri, M., in Milford, A. H. (1999). Biodiesel production: a review. Bioresource

Tehnology, 70, 1–15.

Holt Environmental Science, Student Edition. (2015). Pridobljeno 8. 8. 2015 s

http://www.abebooks.com/Holt-Environmental-Science-Student-Edition-

RINEHART/6174897370/bd.

Moja prva kemija 1, delovni zvezek za kemijo v 8. razredu osnovne šole (2014). Pridobljeno 6.

8. 2015 s http://www.emka.si/moja-prva-kemija-1-delovni-zvezek-za-kemijo-v-8-

razredu-osnovne-sole-do-razprodaje/PR/45939.

Od atoma do molekule (b. d.). Pridobljeno 7. 8. 2015 s

http://www.jutro.si/knjige_od_atoma.html.

Relative hydrophobicity (2011). Pridobljeno 1. 8. 2015 s http://www.onlinembr.info/Fouling/

Hydrophobicity.htm.

Sončnično olje (b. d.). Pridobljeno 23. 8. 2015 s http://www.eurospin.it/dettaglio.cfm?val=pr

&fr=2&dett=53819.

PRILOGE

Priloga 1: Postopek sinteze biodizla po izbranem postopku

Tabela 1: Seznam pripomočkov in reagentov, uporabljenih za izbrani preizkus priprave

biodizla

Pripomočki Reagenti

lij ločnik, 250 mL 100 mL nerabljenega sončničnega olja

(Girasole)

merilni valj, 100 mL 100 mL večkrat rabljenega sončničnega olja

(Girasole)

merilni valj, 50 mL 15 mL metanola

čaša, 50 mL 1 mL 9M KOH

stojalo 10 mL destilirane vode

obroč za lije ločnike

Prilagojen postopek, po katerem sem pripravila biodizel iz nerabljenega in večkrat rabljenega

olja (Ryan in Tinnesand, 2002), je tak:

1. Na stojalo vpnemo obroč za merilni valj (250 mL).

2. V 250-mililitrski lij ločnik nalijemo 100 mililitrov nerabljenega rastlinskega olja in mu

previdno dodamo 15 mL metanola.

3. Počasi, po kapljicah, dodamo še 1 mL 9M KOH.

4. Vsebino vedno mešamo na enak način (sama sem lij ločnik z rokami 600-krat obrnila

navzgor in navzdol).

5. Lij ločnik postavimo na obroč in pustimo vsebino stati čez noč, da nastaneta dve

plasti.

6. Spodnjo plast (glicerol) ločimo od zgornje (biodizla) z merilnim valjem in zapišemo

količino nastalega glicerola. Količino glicerola odštejemo od skupne količine vseh

reagentov, da dobimo količino nastalega biodizla.

7. Zgornjo plast biodizla speremo z 10 mL destilirane vode. Lij ločnik zelo počasi

navpično obrnemo štirikrat. Pri tem je pomembno, da vsebino zmešamo zelo počasi in

previdno (pri reakciji nastanejo mila, ki lahko ob hitrem mešanju spenijo vsebino).

8. Počakamo toliko časa, da nastaneta dve plasti. Spodnjo plast mila in destilirane vode

ločimo v 50-mililitrsko čašo.

9. Pripravljen biodizel nalijemo v merilni valj, izmerimo končno količino nastalega

biodizla in podatek zapišemo. Biodizel nato prelijemo v 250-mililitrsko čašo in ga

pustimi stati čez noč, da se zbistri.

10. Postopek ponovimo še z večkrat rabljenim rastlinskim oljem.

Slika 1: Olje Girasole, uporabljeno za sintezo

biodizla (Sončnično olje, b. d.)

Slika 2: Skica aparature za pripravo

biodizla v liju ločniku (Relative

hydrophobicity, 2011)

Slika 3: 9M KOH, nerabljeno sončnično olje

z alkoholom in bazo, metanol (Lasten vir)

Slika 4: Liji ločniki z biodizlom in

glicerolom v dveh plasteh (Lasten vir)

Slika 5: Merilni valj z biodizlom po končanem

postopku (Lasten vir)

Slika 6: Bister biodizel pripravljen iz

nerabljenega rastlinskega olja (Lasten

vir)

Priloga 2: Učiteljeva priprava

Tabela 1: Primer učiteljeve priprave za pouk kemije s fazami učne ure

Učitelj/ica: Mojca Konda

Razred: 8. a

Število učencev: 24

Trajanje: Dve šolski uri (2 x 45 min.)

Učna tema: Družina ogljikovodikov s polimeri

Učna enota: Fosilna in alternativna goriva

Učne oblike:

frontalna

individualna

skupinska

Učne metode:

razlaga

pogovor

opis

poročanje

diskusija

demonstracija

Praktično delo

uvrščanje

urjenje

preizkušanje

obdelava podatkov

raziskovanje

metoda dela z besedilom

opazovanje

merjenje

primerjanje

razvrščanje

metoda pisnih izdelkov

poskus

degustacija

didaktična igra

Učila: pano za projekcijo, tabla, laboratorijski pripomočki

Učni pripomočki: PowerPoint, kreda, listki s številkami (1–6) in črkami (a, b, c), halja,

rokavice, zaščitna očala, delovni list za učence, pripravljeni reagenti

Novi pojmi: alternativna goriva, fosilna goriva, biodizel

Medpredmetne

povezave:

biologija, fizika, geografija

Učni cilji: – Učenci vedo, da sta ogljik in vodik ključna elementa v

ogljikovodikih, biodizel pa biogorivo s podobnimi lastnostmi kot

fosilni dizel.

– Razmišljajo o zmanjšanju vplivov ogljikovodikov in njihovih

derivatov na okolje.

– Vedo, da je biodizel alternativno gorivo, pripravljeno iz

rastlinskega olja ali živalskih maščob.

– Naštejejo primere ogljikovodikov, (ne)obnovljive vire energije in

alternativna goriva.

– Spoznajo pojem biodizel in ga z eksperimentalnim postopkom na

podlagi navodil na učnem listu sintetizirajo.

Viri in literatura: – Ryan, A., Tinnesand, M. (2002). Introduction to green chemistry.

Washington, D. C.: American Chemical Society.

– Košele, M., Ferk, V., Fir, M., Sajovec, M., Pufič, T., in Lešnik, J.

(2004). Kemija 8. Učbenik za 8. razred devetletne osnovne

šole. Ljubljana: Tehniška zveza Slovenije.

– Košele, M., Ferk, V., Fir, M., Sajovec, M., Pufič, T., in Lešnik, J.

(2004). Kemija 8. Učbenik za 8. razred devetletne osnovne

šole. Ljubljana: Tehniška zveza Slovenije.

– Gabrič, A., Glažar, A. S., in Slatinek-Žigon, M. (2003). Kemija

danes 1: učbenik za 8. razred devetletne osnovne šole.

Ljubljana: DZS.

– Glažar, S. A., Godec, A., Vrtačnik, M., in Wissiak Grm, K. S.

(2006). Moja Prva kemija 1: kemija za 8. razred osnovne šole.

Ljubljana: Modrijan.

– Bačnik, A., idr. (2011). Učni načrt, program osnovna šola –

Kemija. Ljubljana: Ministrstvo za šolstvo in šport.

Postavitev učilnice: Tabla in pano za projekcijo

Kateder

Faze

Učna strategija

Učitelj/-ica Učenci Oblike oz. metode

dela

Čas Učila in učni

pripomočki

Uvod

(ponavljanje)

– Pozdravi učence.

– Učencem poda navodila o kvizu in jih s štetjem od ena do šest razdeli v

šest skupin. Vsaki skupini izroči liste s črkami a, b in c ter vsaki skupini

dodeli številko. Na tablo nariše tabelo, v katero zapisuje točke (1 točko

skupina prejme za pravilni odgovor, 0 za nepravilnega).

– Pozdravijo učitelja.

– Razdelijo se v skupine,

sodelujejo in odgovarjajo z

dviganjem listkov s črkami (a, b,

c). Pri tem si ne smejo pomagati

z zvezkom.

– skupinska

– didaktična igra

– pogovor

10

min.

pano za

projekcijo,

PowerPoint,

listki s

številkami in

črkami

Novo znanje

(obravnava

nove učne

snovi)

– Učence prosi, da naštejejo nekaj obnovljivih virov energije. Vpraša jih, ali

vedo, kaj so alternativna goriva in kaj je biodizel.

– Predstavi jim pojma alternativna goriva in biodizel.

– Predstavi ekološki problem, ki je nastal zaradi uporabe fosilnih goriv.

– Učno snov prepišejo v zvezke.

– Odgovarjajo.

– frontalna

– razlaga

– pogovor

10

min.

pano za

projekcijo,

PowerPoint

Urjenje

– Poda jim natančna navodila o eksperimentalnem delu, ki ga bodo izvajali

v skupinah s po štirimi učenci (skupine so lahko iste kot pri kvizu). Posebej

jih opozori na varnost rokovanja z močno bazo.

– Razdeli jim delovne liste.

– Učence ves čas spremlja in pazi, da ne pride do morebitnih nesreč (nevarna

je predvsem 9M KOH).

– Na tablo nariše tabelo, v katero učenci po skupinah zapisujejo količino

dobljenega biodizla in glicerola.

–Oblečejo halje, zaščitna očala

in rokavice.

– V skupinah s po štirimi učenci

pripravljajo biodizel po

navodilih na delovnem listu za

učence.

– Član skupine zapiše rezultate

na tablo.

– Rešijo delovni list.

– frontalna

– skupinska

– individualna

– praktično delo

– opazovanje

– primerjanje

65

min.

tabla, kreda,

delovni list za

učenca, halja,

zaščitna očala in

rokavice,

pripravljeni

reagenti

Ponavljanje

– Z učenci analizira rezultate, pridobljene pri eksperimentalnem delu.

– Odgovarjajo individualno ali v

skupini.

– frontalna

– individualna

– skupinska

5 min. /

Zaključek

– Učencem pokaže predhodno pripravljen, bister biodizel.

– Naroči jim, naj pripravljene biodizle dajo na pladenj, kjer jih bodo

prihodnjo uro analizirali. Pozdravi učence.

– Pozdravijo. 5 min. /

Priloga 3: Slike predstavitve

Slika 1: Slike predstavitve v PowerPointu (Lasten vir)

Priloga 4: Delovni list za učenca

Priprava biodizla – goriva prihodnosti

1. Namen eksperimenta

Eksperiment je namenjen spoznavanju pojma biodizla kot goriva prihodnosti in uporabi

preprostega postopka njegove sinteze.

2. Teoretična izhodišča

Biodizel je zmes estrov, ki nastanejo pri procesu, imenovanem transesterifikacija. Pripravimo

ga lahko iz različnih rastlinskih olj, živalskih maščob ali odpadnih kuhinjskih olj. Postal je

alternativno gorivo, ki se uporablja v dizelskih motorjih, saj so njegove osnovne značilnosti

podobne kot pri fosilnem dizlu. Lahko se uporablja kot mešanica s fosilnim dizlom, v

poljubnih razmerjih. Reakcija nastanka biodizla je podobna reakciji nastanka mila.

Prednost biodizla v primerjavi s fosilnim dizlom je, da je biodizel biorazgradljivo, netoksično

in naravi prijazno gorivo. Pri gorenju biodizla namreč nastajajo manjše koncentracije

toplogrednih plinov, zato je vpliv na okolje manjši. Razlog za to je popolno zgorevanje

biodizla, ki je posledica večje koncentracije kisika v plamenu.

Pri sintezi biodizla poteče naslednja kemijska reakcija:

Slika 3: Shematski prikaz reakcije transesterifikacije med gliceridom in alkoholom, ob

prisotnosti katalizatorja

3. Potrebščine in kemikalije

Tabela 1: Seznam potrebščin in kemikalij za pripravo biodizla

Potrebščine Kemikalije

lij ločnik, 250 mL 100 mL sončničnega olja

merilni valj, 100 mL 15 mL metanola

merilni valj, 50 mL 1 mL 9M KOH

čaša, 50 mL 10 mL destilirane vode

stojalo

obroč za lije ločnike

4. Zaščita in varnost pri delu

a) Varnostni znaki in ravnanje s snovjo

Tabela 2: Znaki za nevarnost in njihov pomen ter ravnanje z izbrano snovjo

Snov Znak za nevarnost Pomen znaka Ravnanje s snovjo

Metanol

Vnetljiva snov

– samosegrevajoče se snovi in

zmesi, piroforne tekočine in trdne

snovi, ki lahko povzročijo požar ob

stiku z zrakom,

– snovi in zmesi, ki v stiku z vodo

sproščajo vnetljive pline,

– samoreaktivne snovi ali organski

peroksidi, ki pri segrevanju lahko

povzročijo požar

– hramba na suhem in v

zaprti posodi

– hramba stran od vira

ognja

Smrtno nevarno

Vedeti morate, da ravnate s

kemikalijo, ki je akutno strupena v

stiku s kožo, pri vdihavanju ali po

zaužitju, kar je lahko smrtno

nevarno.

– Obvezna je uporaba

zaščitnih rokavic, halje

in zaščitnih očal.

– Poiskati je treba

zdravniško pomoč.

KOH

Škodljivo, dražljivo

– Snov lahko povzroči draženje kože,

oči in dihal.

– Snov lahko omami za kratek čas.

– Če pride v stik z očmi

ali s kožo, nekaj minut

spiramo pod vodo.

Jedko

Snov lahko povzroči opekline ali

razjede kože in oči.

– Obvezna je uporaba

zaščitnih rokavic, halje

in zaščitnih očal.

– V primeru zaužitja

mora bolnik piti vodo ali

mleko; ne smemo

izzvati bruhanja.

– Poiskati je treba

zdravniško pomoč.

b) Ravnanje z odpadki

Končna produkta (biodizel in glicerol) po koncu eksperimentalnega dela zlijemo v

označeni posodi, ki ju je pripravil učitelj.

c) Varnost pri delu

Pri delu so obvezni zaščitna očala in halja. Paziti moramo, da reagenti ne pridejo v stik s

kožo, zato so priporočene rokavice. Preden laboratorij zapustimo, si umijemo roke.

5. Potek dela po stopnjah

a) Potek dela

1. Na stojalo vpnemo obroč za 250-mililitrski merilni valj.

2. V 250-mililitrski lij ločnik nalijemo 100 mL rastlinskega olja in mu previdno

dodamo 15 mL metanola.

3. Počasi, po kapljicah, dodamo še 1 mL 9M KOH.

4. Lij ločnik zapremo in vsebino pet minut dobro tresemo.

5. Lij ločnik postavimo na obroč in počakamo, da nastaneta dve plasti.

6. Spodnjo plast (glicerol) ločimo od zgornje (biodizla) s 50-mililitrskim

merilnim valjem in zapišemo podatek o količini nastalega glicerola. Količino

glicerola odštejemo od skupne količine vseh reagentov in dobimo količino

nastalega biodizla, ki jo prav tako zapišemo v tabelo z rezultati.

7. Zgornji plasti biodizla v liju ločniku počasi dodamo 10 mL destilirane vode.

Lij ločnik zelo počasi navpično obrnemo štirikrat. Pri tem je pomembno, da

vsebino zmešamo zelo počasi in previdno.*

8. Počakamo toliko časa, da nastaneta dve plasti. Spodnjo ločimo v 50-mililitrsko

čašo.

9. Pripravljen biodizel nalijemo v 100-mililitrski merilni valj, izmerimo končno

količino nastalega biodizla in podatek zapišemo.

10. Biodizel nato prelijemo v 250-mililitrsko čašo in ga pustimi stati čez noč, da se

zbistri.

11. Fizikalne lastnosti biodizla in sončničnega olja nato primerjamo.

Opomba:* Pri spiranju biodizla z destilirano vodo je treba zmes premešati zelo počasi in

previdno, saj pri reakciji nastane tudi manjša količina mila, ki lahko ob hitrem mešanju speni

reakcijsko zmes.

b) Skica aparature:

6. Rezultati

V tabelo sproti zapisuj rezultate, ki jih dobiš pri eksperimentalnem delu.

Tabela 3: Tabela prostornin produktov sinteze biodizla

Produkti sinteze Prostornine produktov sinteze biodizla

glicerol

surovi biodizel (pred spiranjem z vodo)

očiščeni biodizel (po spiranju z vodo)

7. Vprašanja in naloge

1. Kaj je biodizel?

2. V postopku sinteze biodizla si uporabil/-a kalijev hidroksid. Iz zapisa enačbe

kemijske reakcije skušaj ugotoviti, kakšna je bila njegova vloga v poteku

kemijske reakcije.

3. Katero bistveno razliko si opazil/-a pri primerjavi olja (reaktanta) in biodizla

(produkta)?

4. Tvoj očka želi pri svojem avtomobilu zamenjati gorivo (fosilni) dizel z

alternativnim gorivom. Katero alternativno gorivo bi mu priporočil/-a glede na

energijsko vrednost? V pomoč naj ti bodo podatki iz tabele energijskih

vrednosti alternativnih goriv in tradicionalnih goriv.

Tabela 4: Energijske vrednosti izbranih alternativnih in tradicionalnih goriv

Vrsta goriva Energijska vrednost [MJ/kg]

Alternativna

goriva

biodizel iz sončničnega olja 39,6

biodizel iz kokosovega olja 40,37

biodizel iz sojinega olja 41,57

metanol 22,36

etanol 29,4

Tradicionalna

goriva

fosilni dizel 46,94

bencin 47,46

surovi premog 20,9

surova nafta 41,8

mešanica papirja in lesa 16,7

Kaj bi svetoval/-a očku? Pojasni svoj odgovor.

Priloga 5: Delovni list za učitelja

Priprava biodizla – goriva prihodnosti

1. Namen eksperimenta

Eksperiment je namenjen spoznavanju pojma biodizla kot goriva prihodnosti in uporabi

preprostega postopka njegove sinteze.

2. Teoretična izhodišča

Biodizel je zmes metilnih ali etilnih estrov ter dolgoverižnih maščobnih kislin, ki nastanejo

pri procesu transesterifikacije. Pripravimo ga lahko iz različnih rastlinskih olj, živalskih

maščob ali odpadnih kuhinjskih olj. Postal je alternativno gorivo, ki se uporablja v dizelskih

motorjih, saj so njegove osnovne značilnosti podobne kot pri fosilnem dizlu. Lahko se

uporablja kot mešanica s fosilnim dizlom, v poljubnih razmerjih.

Tabela 1: Primerjava lastnosti fosilnega dizla, biodizla in mešanice biodizla B20

Lastnosti Fosilni dizel Biodizel B20

Gostota (pri 15 °C) [g/cm3] 0,835 0,860–0,900 0,844

Viskoznost (pri 40 °C) [mm2/s] 2,9 3,5–5 3,1

Voda [vol. v %] 0,01 0,01 0,022

Skupno žveplo [masni delež v %] 0,03 0,01 0,024

Fosfor [ppm] neizmerljivo 10 /

Metilni estri [masni delež v %] neizmerljivo 98 /

Skupni glicerin [masni delež v %] neizmerljivo 1,15 /

Pepel [masni delež v %] 0,003 0,01 < 0,01

Temperatura vrelišča (prva destilacija)

[°C] 174 300 176

Temperatura vrelišča (95-odstotni

destilat) [°C] 370 36 343

Prednost biodizla v primerjavi s fosilnim dizlom je, da je biodizel biorazgradljivo, netoksično

in naravi prijazno gorivo. Pri gorenju biodizla nastajajo manjše koncentracije toplogrednih

plinov, zato je vpliv na okolje manjši. Razlog za to je popolno zgorevanje biodizla, ki je

posledica večje koncentracije kisika v plamenu. Kisik pri zgorevanju izhaja iz molekul

biodizla. Približno deset odstotkov teže biodizla predstavlja kisik. V molekuli biodizla ni

prisotnega žvepla in aromatskih spojin. Slabost biodizla pa je v večjih emisijah dušikovih

oksidov. Transesterifikacija (tudi alkoholiza) je najbolj priljubljena in najpogosteje

uporabljana reakcija za pripravo biodizla, saj zmanjša viskoznost olja. To je reakcija iz

rastlinskega olja ali živalske masti z alkoholom, ob prisotnosti katalizatorja. Proces

transesterifikacije je podoben procesu saponifikacije, pri katerem gre za nastanek mila. Za

pripravo mila potrebujemo maščobo (rastlinsko olje ali mast), ki jo zmešamo z vodno

raztopino močne baze (npr. KOH ali NaOH). Pri saponifikaciji se estrska veriga loči od

glicerola. Iz estrskih verig (lipidov) nato nastane milo. Pri transesterifikaciji pa prav tako

nastanejo estrske verige (metilni in etilni estri), glicerol in manjše količine milnih ostankov.

3. Potrebščine in kemikalije

Tabela 2: Seznam potrebščin in kemikalij za pripravo biodizla

Potrebščine Kemikalije

lij ločnik, 250 mL 100 mL sončničnega olja

merilni valj, 100 mL 15 mL metanola

merilni valj, 50 mL 1 mL 9M KOH

čaša, 50 mL 10 mL destilirane vode

stojalo

obroč za lije ločnike

4. Zaščita in varnost pri delu

a) Varnostni znaki in ravnanje s snovjo

Tabela 3: Znaki za nevarnost in njihov pomen ter ravnanje z izbrano snovjo

Snov Znak za nevarnost Pomen znaka Ravnanje s snovjo

Metanol

Vnetljiva snov

– samosegrevajoče se snovi in zmesi,

piroforne tekočine in trdne snovi, ki

lahko povzročijo požar ob stiku z

zrakom,

– snovi in zmesi, ki v stiku z vodo

sproščajo vnetljive pline,

– samoreaktivne snovi ali organski

peroksidi, ki pri segrevanju lahko

povzročijo požar

–hramba na suhem

in v zaprti posodi

– hramba stran od

vira ognja

Smrtno nevarno

Vedeti morate, da ravnate s

kemikalijo, ki je akutno strupena v

stiku s kožo, pri vdihavanju ali po

zaužitju, kar je lahko smrtno

nevarno.

– Obvezna je uporaba

zaščitnih rokavic, halje

in zaščitnih očal.

– Poiskati je treba

zdravniško pomoč.

KOH

Škodljivo, dražljivo

– Snov lahko povzroči draženje kože,

oči in dihal.

– Snov lahko omami za kratek čas.

– Če pride v stik z očmi

ali s kožo, nekaj minut

spiramo pod vodo.

Jedko

Snov lahko povzroči opekline ali

razjede kože in oči.

– Obvezna je uporaba

zaščitnih rokavic, halje

in zaščitnih očal.

– V primeru zaužitja

mora bolnik piti vodo ali

mleko; ne smemo

izzvati bruhanja.

– Poiskati je treba

zdravniško pomoč.

b) Ravnanje z odpadki

Končna produkta (biodizel in glicerol) po koncu eksperimentalnega dela zlijemo v

označeni posodi, ki ju je pripravil učitelj.

c) Varnost pri delu

Pri delu so obvezni zaščitna očala in halja. Paziti moramo, da reagenti ne pridejo v stik s

kožo, zato so priporočene rokavice. Preden laboratorij zapustimo, si umijemo roke.

5. Potek dela po stopnjah

c) Potek dela

1. Na stojalo vpnemo obroč za 250-mililitrski merilni valj.

2. V 250-mililitrski lij ločnik nalijemo 100 mL rastlinskega olja in mu previdno dodamo

15 mL metanola.

3. Počasi, po kapljicah, dodamo še 1 mL 9M KOH.

4. Lij ločnik zapremo in vsebino pet minut dobro tresemo.

5. Lij ločnik postavimo na obroč in počakamo, da nastaneta dve plasti.

6. Spodnjo plast (glicerol) ločimo od zgornje (biodizla) z uporabo 50-mililitrskega

merilnega valja in zapišemo podatek o količini nastalega glicerola. Količino glicerola

odštejemo od skupne količine vseh reagentov, da dobimo količino nastalega biodizla,

ki jo prav tako zapišemo v tabelo z rezultati.

7. Zgornji plasti biodizla v liju ločniku počasi dodamo 10 mL destilirane vode. Lij ločnik

zelo počasi navpično obrnemo štirikrat. Pri tem je pomembno, da vsebino zmešamo

zelo počasi in previdno.*

8. Počakamo toliko časa, da nastaneta dve plasti. Spodnjo ločimo v 50-mililitrsko čašo.

9. Pripravljen biodizel nalijemo v 100-mililitrski merilni valj, izmerimo končno količino

nastalega biodizla in podatek zapišemo.

10. Biodizel nato prelijemo v 250-mililitrsko čašo in ga pustimi stati čez noč, da se zbistri.

11. Fizikalne lastnosti biodizla in sončničnega olja nato primerjamo.

Opomba:* Pri spiranju biodizla z destilirano vodo je treba zmes premešati zelo počasi in

previdno, saj pri reakciji nastane tudi manjša količina mila, ki lahko ob hitrem mešanju speni

reakcijsko zmes.

d) Skica aparature:

Slika 1: Aparatura za pripravo biodizla

6. Rezultati

V tabelo sproti zapisuj rezultate, ki jih dobiš pri eksperimentalnem delu.

Tabela 4: Tabela prostornin produktov sinteze biodizla

Produkti sinteze Prostornine produktov sinteze biodizla

glicerol

surovi biodizel (pred spiranjem z vodo)

očiščeni biodizel (po spiranju z vodo)

Razlaga eksperimentalnih opažanj

Pri transesterifikaciji rastlinskega olja trigliceridi reagirajo z alkoholom ob prisotnosti močne

kisline ali baze, nastane pa mešanica estrov maščobnih kislin in glicerola. Zaradi metanola in

močne baze se estrska veriga loči od glicerola. Za glicerol, ki pri reakciji nastane, pa je

značilna večja gostota kot za metilne estre (biodizel).

Pri procesu transesterifikacije se viskoznost olja zmanjša zaradi ločitve maščobnih kislin od

glicerola v molekuli triglicerida. Pri transesterifikaciji pa prav tako nastanejo estrske verige

(alkilni estri), glicerol in manjše količine milnih ostankov. Milne komponente so rezultat

ionov Na+ iz natrijevega hidroksida, ki so reagirali z vodo, nastalo pri nastanku vezi med

metanolom in estrskimi verigami.

Enačba kemijske reakcije

Slika 2: Shematski prikaz reakcije transesterifikacije med gliceridom in alkoholom, ob

prisotnosti katalizatorja

7. Vprašanja in naloge

1. Kaj je biodizel?

Je zmes estrov, ki nastanejo pri reakciji rastlinskega olja z alkoholom in močno bazo.

2. V postopku sinteze biodizla si uporabil/-a kalijev hidroksid. Iz zapisa enačbe

kemijske reakcije skušaj ugotoviti, kakšna je bila njegova vloga v poteku

kemijske reakcije.

Kalijev hidroksid je močna baza in je v kemijski reakciji v vlogi katalizatorja.

3. Katero bistveno razliko si opazil/-a pri primerjavi olja (reaktanta) in biodizla

(produkta)?

Viskoznost olja je bila na začetku večja od viskoznosti biodizla na koncu.

4. Tvoj očka želi pri svojem avtomobilu zamenjati gorivo (fosilni) dizel z

alternativnim gorivom. Katero alternativno gorivo bi mu priporočil/-a glede na

energijsko vrednost? V pomoč naj ti bodo podatki iz tabele energijskih

vrednosti alternativnih goriv in tradicionalnih goriv.

Tabela 5: Energijske vrednosti izbranih alternativnih in tradicionalnih goriv

Vrsta goriva Energijska vrednost [MJ/kg]

Alternativna

goriva

biodizel iz sončničnega olja 39,6

biodizel iz kokosovega olja 40,37

biodizel iz sojinega olja 41,57

metanol 22,36

etanol 29,4

Tradicionalna

goriva

fosilni dizel 46,94

bencin 47,46

surovi premog 20,9

surova nafta 41,8

mešanica papirja in lesa 16,7

Kaj bi svetoval/-a očku? Pojasni svoj odgovor.

Očku bi predlagal/-a biodizel, pripravljen iz sojinega olja, saj ima izmed alternativnih goriv

najvišjo energijsko vrednost in podobno energijsko vrednost kot fosilni dizel.

8. Raven izobraževanja

Eksperiment je prilagojen za obravnavo pri vsebinskem sklopu Družina ogljikovodikov s

polimeri. Pri predstavitvi enačbe kemijske reakcije transesterifikacije se zato omejimo zgolj

na izraze reaktant, produkt, katalizator. Učenci lahko z eksperimentalnim delom razvijajo

eksperimentalne spretnosti in merijo prostornine nastalih produktov sinteze biodizla,

primerjajo fizikalne lastnosti reaktantov in produktov oz. biodizel primerjajo z drugimi gorivi.

Če predstavljeno eksperimentalno delo vključimo v pouk kemije v 9. razredu, ko učenci že

poznajo estre, lahko bolj zainteresiranim učencem pojasnimo tudi nastanek alkilnih estrov na

primeru biodizla.