Brandstof voor het leven - docentenhandleiding

Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
––Docentenhandleiding voor de NLT module
Brandstof voor het leven!
Fotosynthese en energie op aarde
Inhoudsopgave
1. Inleiding.......................................................................................................... 2
2. De module in één oogopslag .............................................................................. 3
3. Leerdoelen ...................................................................................................... 5
4. Contexten ....................................................................................................... 6
5. Concepten ....................................................................................................... 8
6. Vaardigheden................................................................................................... 9
7. Voorkennis .................................................................................................... 10
8. Leerplan ........................................................................................................ 11
9. Toelichting bij leerlingopdrachten ...................................................................... 13
10. Bronnen bij leerlingmateriaal (o.a. antwoorden) ................................................ 20
11. Toetsing ...................................................................................................... 46
12. Suggesties en extra opdrachten ...................................................................... 70
13. Achtergrondinformatie ................................................................................... 71
1
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
1. Inleiding
Dit is de docentenhandleiding bij de NLT module ‘Brandstof voor het leven’. In deze
handleiding zijn de leerdoelen van de module beschreven, evenals een planning en
benodigdheden om de praktische opdrachten goed uit te voeren.
LET OP:
OM DEZE MODULE GOED UIT TE VOEREN MOET ER EEN VOORBEREIDINGSTIJD VAN
MINIMAAL DRIE WEKEN IN ACHT WORDEN GENOMEN!
Dit i.v.m. het voorkweken van algen en het evt. bestellen van de benodigde materialen.
Ook zijn in deze docentenhandleiding antwoorden opgenomen van de opdrachten zoals
beschreven in het leerlingmateriaal. Er staan ook verwijzingen naar literatuur (al dan niet
op internet) waarmee de docent zich kan verdiepen in het onderwerp.
Vragen over de module kunnen het best gesteld worden aan Bètasteunpunt Wageningen:
[email protected]
Ook is er een website speciaal voor docenten die met modules van Wageningen werken:
www.wageningenur.nl/docenten
Nadere informatie over nascholing NLT vindt u op bovenstaand adres. Verdere informatie
over NLT-nascholingen vindt u bij http://www.betavak-nlt.nl onder ‘regionaal’.
2
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
2. De module in één oogopslag
Titel
Brandstof voor het leven; fotosynthese en energie op
aarde
Code
nlt2-v109
Status
gecertificeerd
havo/vwo
vwo
Beoogd leerjaar
5/6 vwo
Omschrijving
De concepten fotosynthese en energie worden behandeld
aan de hand van een actueel probleem, namelijk:
energieverbruik en de daarbij behorende CO2-uitstoot. Dat
laatste heeft weer gevolgen voor het klimaat.
De eindopdracht gaat over het ontwerp van een mogelijk
alternatief om het gebruik van brandstoffen te beperken:
de gesloten kas. Andere opdrachten behandelen o.a. de
groei van biomassa en de daarvoor benodigde CO2.
Context
Na hun eindexamen gaat een groep leerlingen met het
vliegtuig op vakantie naar de VS. Tijdens de reis (en ook
bij het plannen) worden ze geconfronteerd met het
energieverbruik van vliegtuigen, auto’s, airconditioning en
de daarbij behorende CO2-uitstoot.
Drie belangrijke oplossingen voor dit probleem worden
behandeld in theorie en praktijk:
A. compensatie van CO2 -uitstoot door fotosynthese
B. warmteopslag in gesloten kassen
C. productie van biobrandstof.
Concepten




fotosynthese
thermodynamica
technisch ontwerpen
modelleren.
►hfd 4
Contexten
►hfd 5
Concepten
Vaardigheden
De leerlingen leren formules voor grafieken te vinden met
behulp van de grafische rekenmachine. Daarnaast leren
de leerlingen experimenten voor te bereiden, uit te voeren
en kort schriftelijk te verslaan.
►hfd 6
Vaardigheden
Voorkennis
Leerlingen moeten weten dat licht uit fotonen bestaat
(natuurkunde), dat de zon een heleboel fotonen uitzendt
(natuurkunde/algemene kennis) en wat moleculen zijn
(scheikunde). Verder is de inleiding zo opgebouwd dat ook
NT-leerlingen zonder biologie de module goed kunnen
volgen. Eventuele overlap met leerlingen die wel biologie
hebben zal zeer gering zijn. Bovendien is een klein stukje
herhaling niet slecht.
►hfd 7
Voorkennis
Studielast
40 slu
Structuur
Het theoretische gedeelte is voornamelijk lineair.
►hfd 8
3
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Daarnaast een parallel gedeelte voor de praktische
opdrachten.
Leerplan
Leerlingactiviteiten




klassikaal
zelfstandig
groepswerk
praktisch werk.
►hfd 9
Toelichting bij
leerlingopdrachten
Faciliteiten




computers met internetverbinding
materiaal om poster te ontwerpen
IPCoach 5, software en systeembord
benodigd materiaal voor experimenten staat
beschreven in hoofdstuk 9 van deze
docentenhandleiding.
►hfd 10
Bronnen bij
leerlingmateriaal
Toetsvormen
en weging
N.B. De hier aangegeven weging kan naar eigen inzicht
aangepast worden.





Aansluitende
modules
►hfd 11
Toetsing
schriftelijke toets A over CO2 –uitstoot en compensatie; weging 1/6, met bodemcijfer 5,5
schriftelijke toets B over warmte, energie en
groeimodellen; weging 1/6, met bodemcijfer 5,5
schriftelijke toets C over fotosynthese; weging 1/6,
met bodemcijfer 5,5
eindopdracht (ontwerpopdracht); weging 1/6
uitvoering praktische opdrachten; weging 1/3.
Er zijn nog geen aansluitende modules.
4
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
3. Leerdoelen
1. Het hebben van inzicht in plantengroei.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Fotosynthese.
2. Berekeningen kunnen maken over CO2-uitstoot en compensatie voor CO2-uitstoot.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets CO2-uitstoot.
3. Het algemene belang van fotosynthese beseffen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Fotosynthese.
4. Belangrijke onderdelen in de fotosynthese kunnen benoemen en de werking ervan
begrijpen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Fotosynthese.
5. Het kunnen onderscheiden van de ‘licht-’ en de ‘donkerreactie’.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Fotosynthese.
6. Het kunnen beschrijven van de belangrijkste aspecten van een energie-efficiënte
kas.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Energie, warmte en
groeimodellen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de eindopdracht.
7. De algemene principes van energie-efficiëntie kunnen gebruiken in andere
contexten.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Energie, warmte en
groeimodellen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de eindopdracht.
8. Kennis hebben van de werking van warmtewisselaars.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Energie, warmte en
groeimodellen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de eindopdracht.
9. Het inzicht hebben dat de werkelijkheid te versimpelen is d.m.v. modelsystemen.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de schriftelijke toets Energie, warmte en
groeimodellen.
10. Uitkomsten van practicum overzichtelijk presenteren.
 Dit leerdoel wordt getoetst in de praktische opdrachten.
5
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
4. Contexten
Na hun eindexamen gaat een groep leerlingen met het vliegtuig op vakantie naar de VS.
Tijdens de reis (en ook bij het plannen) worden ze geconfronteerd met het
energieverbruik van vliegtuigen, auto’s, airconditioning en de daarbij behorende CO2uitstoot. Planten kunnen CO2 opnemen tijdens de fotosynthese. Dit levert energie op.
Uiteindelijk is alle energie afkomstig van de zon.
Drie belangrijke oplossingen voor dit probleem worden behandeld in theorie en praktijk:
A. compensatie van CO2 -uitstoot door fotosynthese
B. warmteopslag in gesloten kassen
C. productie van biobrandstof.
Op de volgende pagina wordt dit nader uitgewerkt.
Voor meer informatie en achtergronden zie hoofdstuk 13 van deze docentenhandleiding.
6
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Een vliegreis naar Amerika draagt bij aan twee milieuproblemen
1. Uitstoot van koolstofdioxide, waardoor versneld broeikaseffect.
2. Opraken van fossiele brandstoffen. Nog maar voor 50 jaar brandstoffen.
Kennis van fotosynthese levert bijdrage aan oplossingen!
Deel A
Deel B
Deel C.
Mogelijke oplossing A
Compensatie koolstofdioxideuitstoot door vastleggen in
groeiende planten.
Mogelijke oplossing B
Verlaging van
koolstofdioxide-uitstoot en
beperking brandstofverbruik
door middel van de gesloten
kas: Verhogen van de
opbrengst van de
fotosynthese en
opslag van zonne-energie in
de grond.
Uitwerking A
Uitwerking B
Voor het ontwerpen van een
Voor het meten van
koolstofdioxide-fixatiedoor algen gesloten kas is het
is het noodzakelijk het volgende noodzakelijk het volgende
te begrijpen:
te begrijpen:
-
-
meten van biomassa en
droge stof als maat voor
groei
meten van oppervlakte als
maat voor groei
groeimodellen.
-
-
-
moleculen in relatie tot
warmte
kwantificeren van
warmte (hoe bereken je
aan warmte)
warmtetransport (met
betrekking tot
warmtetransport)
warmtewisselaars (in
gesloten kas)
energieopslag van een
gesloten kas berekenen.
Mogelijke oplossing C
Zoeken naar alternatieve
brandstoffen. Fotosynthese kan
daarbij een handje helpen.
Uitwerking C
Voor de oplossing is het nodig het
fotosyntheseproces goed te
begrijpen om de volgende vragen
te kunnen beantwoorden:
-
-
-
-
Experiment A
Kweken van algen in een
‘gesloten kasopstelling. Dit is
een modelsysteem waar
gemakkelijk aan te rekenen is.
(biologie).
Hoe kan de fotosynthese
ons nieuwe brandstoffen
leveren?
Hoe komt een plant dan
aan de bouwstoffen voor
olie? Fotosynthese uitleg.
Olie uit algen voor
biodiesel? Een oplossing?
Hoe maakt een plant olie?
Vetzuurcyclus.
Hoe verbrandt een plant?
Dissimilatie uitleg.
Hoe kunnen we de
fotosynthese gebruiken
voor het oplossen van het
brandstofprobleem?
Experimenten C:
- Hoe kweek je algen?
Berekenen aan biomassa.
Stel dat 30% van de algen
biodiesel maakt. Hoeveel
biomassa heb je nodig voor
1 L algenolie. (biologie)
- Van zonnebloemolie
biodiesel maken
(scheikunde)
- Experiment eigenschappen
van chlorofyl (biologie)
Conclusies over de potentie van deze mogelijkheden voor het oplossen van het ‘vliegreisprobleem’.
Experiment B:
Warmtewisseling van een
koperbuis (natuurkunde).
Eindopdracht
7
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
5. Concepten
Vakbegrippen en concepten
Fotosynthese
 chloroplasten, thylakoïden
 Stroma, Lumen
 antenne-complexen, chlorophyl (a,b), cartenoïden
 fotonadsorptie, energieoverdracht naar reactiecentrum via pigmenten
 Fotosysteem II, Fotosysteem I, Z-schema.
 vastleggen energie in ATP en NADPH
 gebruik van ATP en NADPH bij CO2-fixatie.
Thermodynamica
 energie
 warmte
 soortelijke warmte
 warmtetransport (warmtewisselaars).
Technisch ontwerpen
 ontwerp van een energie-efficiënte kas.
Modelleren
 modelleren van (planten)groei.
8
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
6. Vaardigheden
De leerlingen leren formules voor grafieken te vinden met behulp van de grafische
rekenmachine. Daarnaast leren de leerlingen experimenten voor te bereiden, uit te
voeren en kort schriftelijk te verslaan.
9
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
7. Voorkennis
Onderbouwkennis op het gebied van natuurkunde, wiskunde, biologie en scheikunde.
Enigszins vertrouwd zijn met het denken op moleculair niveau en het abstracte denken
behorend bij natuur- en wiskunde.
10
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
8. Leerplan
Beschrijving
Deze module is opgesplitst in drie delen: deel A, B en C. Alle drie de onderdelen hebben
een theoretisch en een praktisch deel.
Theorie
De theorie kan ingedeeld worden in drie stukken:
 Deel A gaat over CO2-compensatie.
 Deel B gaat over energie en warmte, en is gericht op nuttige toepassing van zonneenergie in de gesloten kas.
 Deel C gaat over fotosynthese, assimilatie/dissimilatie etc..
In deel A worden de leerlingen via de context ingeleid in de energieproblematiek en de
problematiek van de CO2-uitstoot. Daarna wordt de leerling, middels de context, verzocht
toepassingen te bedenken voor de grote hoeveelheid zonlicht die iedere dag verloren
gaat. Tenslotte wordt ingegaan op de groei van biomassa in de vorm van algen waarbij
ook aandacht wordt gegeven aan groeimodellen. Dit deel wordt afgesloten met een toets.
Deel B gaat over de gesloten kas en de mogelijkheden om een gesloten kas om te
bouwen tot een energiecentrale. Eén van de nuttige toepassingen is warmteopslag in de
grond, waar vervolgens verder op ingegaan wordt via de context van een gesloten kas.
Hierbij worden de begrippen energie en warmte behandeld. Dit deel wordt afgesloten met
een toets.
In deel C over brandstoffen wordt ingegaan op hoe de leerlingen zelf aan energie komen
en op hoe lichaamscellen van de leerlingen aan energie komen. Vervolgens wordt
behandeld hoe planten energie opslaan door middel van fotosynthese. Dit deel wordt
afgesloten met een toets.
Hoofdstuk 7 is een optioneel hoofdstuk. De theorie is niet nodig voor de practica, maar is
ter volledigheid toegevoegd aan de module.
In hoofdstuk 10 van het leerlingmateriaal is een stuk theorie opgenomen over
groeimodellen. Deze theorie helpt de leerlingen de groei van kroos en algen te begrijpen
en te verwerken.
Practicum
Het practicum bestaat uit drie experimenten en een theoretisch deel over groeimodellen.
LET OP: HET PRACTICUM VEREIST DRIE WEKEN VOORBEREIDING!
In het eerste experiment (deel A, hoofdstuk 3 Experiment: fotosynthese bij algen) wordt
de invloed van verschillende variabelen op biomassaproductie bestudeerd. Dit gebeurt
door om beurten verschillende variabelen (maar per experiment telkens één variabele) te
veranderen in een kweek van algen.
De tweede serie experimenten (deel B, hoofdstuk 4, experimenten 21, 25 en 29:
warmtewisseling van een koperbuis) betreffen onderzoek naar warmtetransport. Het
derde experiment (deel C, hoofdstuk 11 Experiment: eigenschappen van chlorofyl) richt
zich op de eigenschappen van chlorofyl. Door extractie van pigmenten uit diepvries
spinazie kan gekeken worden naar het aantal verschillende componenten
(chromatografie) en de invloed van licht van verschillende golflengten. Tenslotte wordt
een kweek van olieproducerende algen ingezet en onderzocht.
De resultaten van het practicum moeten gerapporteerd worden. De kwaliteit en de
manier van werken worden opgenomen in het eindcijfer voor deze module.
Deel A, deel B en deel C kunnen eventueel naast elkaar gegeven te worden.
Eindopdracht
Als afsluiting van de module is er een ontwerpopdracht (Hoofdstuk 11 van het
leerlingmateriaal) die alle gebieden integreert. De leerlingen en docent moeten een keuze
maken tussen drie opdrachten: Onderzoek aan een continureactor voor de kweek van
11
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
algen, Onderzoek aan een warmte-opslagsysteem voor stralingswarmte van de zon,
onderzoek aan een dieselproductie installatie.
Differentiatie
Werkzaamheid
leerlingen
Onderwerp
Deel A
Inleiding vliegreis
Opgaven maken
1
CO2-uitstoot en compensatie
Opgaven maken
2
Groei van algen
Groeimodellen
Opgaven maken
Practicum
3
Toets
Deel B
1
De gesloten kas
1
Warmtewisselaar
Opgaven maken
2
Experiment afkoeling
Practicum
2
Toets
Deel C
Contacttijd
1
Theorie fotosynthese
Opgaven maken
2
Biodiesel
Opgaven maken
Practicum
2
Chlorofyl
Opgaven maken
Practicum
2
Toets
1
Eindopdracht
12
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
9. Toelichting bij leerlingopdrachten
Materialen voor het practicum
Hoofdstuk 3.1 Bioreactor
In dit hoofdstuk worden algen gekweekt in een vat (afbeelding 5 en 6 van het
leerlingmateriaal).
□ Algen (Chlorella). Op de website van het
steunpunt Wageningen vindt u adressen
voor het bestellen van algen.
Ga naar
http://www.wageningenur.nl/nl/OnderwijsOpleidingen/Docentenvwo/Vakken/NLT/Nieuws.htm
Halverwege de pagina worden twee
adressen genoemd waar de algen besteld
kunnen worden.
□ volglasaquarium of accubak met
thermostaat en verwarmingselement.
□ kweekbakjes voor in het aquarium.
□
□
□
□
□
natriumbicarbonaat
bouwlamp
statiefmateriaal
maatcilinder
siliconenslang 6-8 mm
Hoofdstuk 3.2 Bioreactor
In deze paragraaf wordt gewerkt met modellen.
□
computers met Excel of Coach.
Hoofdstuk 4.1
Experiment warmte-eigenschappen olie en water
□ 2 identieke bekerglazen
□ 100 gram water
□ 100 gram olie
□ 2 identieke dompelaars
□ 2 thermometers.
Hoofdstuk 4.5
Experiment 25: afkoeling potjes
□ wit potje
□ zwart potje
□ spiegelend potje
□ heet water
□ 3 kurken met gat voor thermometer
□ 2 thermometers.
Hoofdstuk 4.8: warmtewisseling van een koperbuis
□ koperbuis van 1,0 m lengte
□ heet water
□ computer, Coach interface en software
□ thermometer of temperatuursensor.
13
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
4.8 Experiment: warmtewisseling van een koperbuis
Hieronder volgt een uitgebreide uitwerking van het experiment “afkoeling van een buis”.
In dit voorbeeld is gekozen voor een meting m.b.v. Go-Link omdat de benodigde
apparatuur erg gemakkelijk te bedienen is en bovendien eenvoudig en goedkoop te
verkrijgen is. Uiteraard kan het experiment ook met coach uitgevoerd worden. Ook
vanuit Coach kunnen de meetwaarden makkelijk naar Excel gekopieerd worden.
Bekijk de opstelling. Benodigde componenten:

o
o
o
Computer met interface: de Go-link. Het programma dat communiceert met
de go-link is al geactiveerd.
Een temperatuursensor die kan worden aangesloten op de Go-link.
Een koperbuis van 0,5 m lengte en een binnendiameter van 22 mm en een
buitendiameter van 24 mm, aan beide kanten afgesloten met een kurk.
Door een van de kurken wordt de temperatuursensor gestoken.
Probeer de temperatuursensor uit. Onderzoek hoe je de meettijd kunt instellen.
Onderzoek hoe je de meetwaarden kunt uitlezen. Registreer de kamertemperatuur
en noteer deze waarde ergens als Tomg.
Vul de buis met heet water en start de meting. Registreer de temperatuur van de
afkoelende buis gedurende 20 minuten.
Importeer de tabel met de twee kolommen tijd en temperatuur via copy-paste in
Excel.
Maak een nieuwe kolom met het temperatuurverschil met de omgeving:
(TV = T - Tomg )
Maak een grafiek van TV tegen de tijd.





Hieronder is het resultaat van een meting te zien.
De bijbehorende tabel is als bijlage toegevoegd.
temperatuurverloop dikke buis
y = 40.57e-0.0306x
R2 = 0.9989
45
40
35
t (min)
30
25
20
15
10
5
0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
TV (C)
Analyse van de meetresultaten: bepaling van de afkoelconstante cA
14
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
In de leerlingenhandleiding worden vijf methodes genoemd om uit deze grafiek de
afkoelconstante te bepalen.
Je kunt voor een aantal tijdstippen TV bepalen en dTV/dt (Dat is dus eigenlijk de
temperatuurdaling per seconde want het temperatuurverschil neemt natuurlijk even snel
af als de temperatuur zelf). Uit dit verband volgt de afkoelconstante.
Als de resultaten verzameld zijn met IPCoach kun je via modelomgeving (IPCoach 5) of
via Excel een model ontwerpen en dan via ‘curve fitting’ de waarde van de
afkoelconstante bepalen.
Met de rekenmachine via de optie ‘expreg’ kan de afkoelconstante worden bepaald. Deze
methode evenals de hierna genoemde vereisen kennis over (natuurlijke) logaritmen.
Ook via de zogenaamde halveringstijd (de tijd waarin de het temperatuurverschil met de
omgeving halveert kan de afkoelconstante worden bepaald.
Tenslotte kan de curve omgebouwd worden tot een rechte lijn waarna bepaling van de
richtingscoëfficiënt de afkoelconstante oplevert.
Hieronder wordt op twee manieren de afkoelconstante bepaald.
1e methode
De minst bewerkelijke methode maakt gebruik van Excel om exponentiële functies te
fitten.
Deze methode is het meest eenvoudig, en is gelijkwaardig met methode 3 uit
bovenstaande lijst maar kan voor leerlingen als een duveltje uit een doosje komen omdat
de achterliggende wiskunde niet is behandeld.
Er geldt namelijk dat hier sprake is van een differentiaalvergelijking van het type y’ =cy.
De oplossing hiervoor is een e-macht.
y  y * e  cx
In ons geval is y het temperatuurverschil, x is de tijd en c is de afkoelconstante.
De beginwaarde y o is dan het temperatuurverschil op t = 0.
Bij Excel is het mogelijk een trendlijn toe te voegen aan een grafiek. Daarbij is er ook de
mogelijkheid van een exponentiële functie. In de grafiek hierboven is dat gebeurd. Het
resultaat staat in de bovenhoek. Hieruit volgt dan ook de afkoelconstante.
In bovenstaand experiment wordt een afkoelconstante gemeten: cA = 0,0305 min-1
De eenheid volgt uit het feit dat de tijd in minuten is gemeten en het feit dat de
exponent van de e-macht dimensieloos moet zijn.
Blijkbaar neemt het temperatuurverschil met de omgeving af met 3,05 % per minuut.
Per seconde is dat dus 60 x zo weinig. Dus 0,51 promille per s.
Tweede methode
Ook langs andere weg kunnen we uit de meetresultaten de afkoelconstante bepalen.
Daartoe moet voor een aantal tijdstippen de grootheid dTV/dt worden berekend.
Vervolgens moet de grootheid dTV/dt worden uitgezet tegen TV.
Volgens het verband
dTV
 c A * TV
dt
zou hier een rechte lijn uit moeten komen
met cA als richtingscoëfficiënt.
De grootheid dTV/dt zou als volgt bepaald kunnen worden. Wordt voor dt de stapgrootte
van de meting genomen dan zou voor dTV de waarde gevonden worden van het verschil
15
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
tussen twee opeenvolgende waarden van TV. In dat geval zal de grafiek een grillig
verloop kennen omdat meetonnauwkeurigheden maximaal zichtbaar worden.
Beter is het om steeds waarden om de drie metingen van elkaar af te trekken. De
stapgrootte dt wordt dan natuurlijk ook 3x zo groot. Delen van dTV door dt levert de
gewenste grootheid op.
Hieronder is dit in een klein voorbeeld weergegeven:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
t
T
TV
dTV
dTV/dt
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
61.81251716
60.95711954
60.33390084
59.64996037
59.01175533
58.4849784
57.93193439
41.11252
40.25712
39.6339
38.94996
38.31176
37.78498
37.23193
F
kamertemperatuur
in oC
20.7
1.478616
1.307159
1.322146
1.164982
1.079821
1.478616
1.307159
1.322146
1.164982
1.079821
Ter verduidelijking
 De kolom TV is berekend door middel van de formule C3 = B3-J$1 en dan de cel te
kopiëren naar onderliggende cellen (Het $-teken dient om aan te geven dat deze
waarde niet ‘meeloopt’!)
 De kolom dTV/dt wordt dan als volgt berekend: D6 = C6-C3 en vervolgens kopiëren.
 dTV/dt wordt berekend met: E6 = D6/1 (want 1 minuten verstreken!). Vervolgens
kopiëren.
Tenslotte moet kolom E tegen F worden uitgezet.
Trekken van een trendlijn met lineair verloop geeft de rico en dus de afkoelconstante cA.in
min-1.
16
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
daalsnelheid als functie van het
temperatuurverschil
y = 0.0318x
R2 = 0.8214
1.6
1.4
1.2
dTV/dt in C/min
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-20
-10
-0.2 0
10
20
30
40
50
-0.4
-0.6
TV(C)
Hier vinden we een afkoelconstante van 0,0318 min-1. (0,00053 s
afwijking dus.
-1
) Een kleine
Voor de dikke buis geldt:
Vkoper=2πr*l*dikte=2*3,14*23/2*500*1=36,1 cm3
mkoper=ρV=8,95*36,1=323g
Ckoper=mc=0,323*387=125J/K
mwater = πr2 * l * ρ =3,14* 1,12 *50 *1 = 189,9 g
Cwater = mc = 189,9*4,18 = 794 J/K
Cbuis=Cwater+Ckoper=794+125=929 J/K
Voor de kℓ-waarde van de buis wordt nu gevonden:
k 
C * c A 929 * 0,00051
W

 0,95
mK

0,5
Het hele experiment is nog eens overgedaan voor een dunne buis met een
binnendiameter van 12mm en een buitendiameter van 14 mm. Deze koelt sneller af.
Er wordt een afkoelconstante gevonden van 0,0457 min-1 (bij gebruik van de andere
methode:0,0481 min-1) en dus cA= 0,00076 s-1 (0,00081s-1)
Voor de dunne buis geldt:
Vkoper=2πr*l*dikte=2*3,14*13/2*500*1=20,4 cm3
mkoper=ρV=8,95*20,4=183g
Ckoper=mc=0,183*387=70,6J/K
mwater = πr2 * l * ρ =3,14* 0,62 *50 *1 = 56,5 g
Cwater = mc = 56,5*4,18 = 236 J/K
Cbuis=Cwater+Ckoper=236+71=307 J/K
Voor de kℓ-waarde van de buis wordt nu gevonden:
17
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
k 
C * c A 307 * 0,00076
W

 0,46
mK

0,5
18
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Hoofdstuk 6 Experiment: eigenschappen van chlorofyl
Bij de chromatografie proef kan, indien mogelijk, een controle-chromatogram gemaakt
worden met bekende pigmenten om de resultaten van de bladgroenpulp mee te
vergelijken. Voorwaarde is dan wel, dat het controlemonster en de bladgroenpulp op
hetzelfde chromatogram kunnen worden afgelezen en vergeleken.
Benodigde materialen
Bladgroenextract en pulp
Experimenten
‘chlorofylmolecuul aanslaan’
□ etiketten, watervaste
stift
□ 400 gram (diepgevroren)
spinazie
□ blender of staafmixer
□ mengkom of beker
□ aceton, 100 ml
□ glazen pot 100 ml, 2x
□ glazen pot 200 ml, 1x
□ theezeef, groot
□ trechter
□ filtreerpapier, rond, 10
cm.
□ aceton/bladgroenextract
□ diaprojector, of sterke
gerichte lamp
□ spleetdia
□ prisma
□ glascuvet 5x5x1 cm
□ projectiescherm
□ (spectro)fotometer (met
filters rood, geel, groen,
blauw)
□ normaal glascuvet 1x1x4.
Experimenten ‘het scheiden
van bladpigmenten met
chromatografie’
□ aceton/bladgroenpulp
□ chromatografiepapierstrookjes
1x15cm
□ reageerbuis met dop
□ loopvloeistof
petroleumether/aceton 92:8
□ bekende bladgroenpigmenten
(oplossing): chlorofyl,
xantofyl, caroteen.
Hoofdstuk 10: Experiment: biodiesel
□
□
□
□
□
100 ml zonnebloemolie
0.35 g NaOH (vast)
20 ml methanol
magneetroerder/verwarmplaatje
magneetvlo
□
□
□
□
□
condensator
waterbad van 65 ºC.
kolf met twee/drie uitgangen
0.15 M azijnzuur
magnesium sulfaat.
Opmerkingen over het werken met Coach
De werking van Coach m.b.t. de proefopstelling en de
proefopstelling zelf staan hier beschreven.
Een praktische randvoorwaarde voor deze opdracht is de
brede beschikbaarheid van materiaal en de
ondersteuning bij de bouw van een fotosynthese
onderzoeksopstelling. Wij hebben daarom gekozen voor
‘Coach’ vanwege de kracht van het programma en de
beschikbaarheid van de interface, randapparatuur en
ondersteuning.
Een goede indruk van de mogelijkheden geeft het onderstaande internetdocument:
http://cma-science.nl/handleidingen/software/c5-introductiegids.pdf
19
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
10. Bronnen bij leerlingmateriaal
Antwoorden hoofdstuk 1
1. Opdracht Broeikaseffect
a) Beschrijf in het kort wat het broeikaseffect is. Misschien heb je het al behandeld op
school, anders kun je het opzoeken in een biologie of ANW boek. Of je zoekt op het
internet, bijvoorbeeld: ►URL1
b) Waarom moet je eigenlijk spreken van het versterkte broeikaseffect en waardoor wordt
dit versterkte broeikaseffect veroorzaakt?
Antwoord
a) Het glas van een broeikas laat zonlicht (kortgolvige straling) door. De energie wordt
opgenomen door de grond en de temperatuur stijgt. De grond straalt dan weer een deel van die
energie uit maar dan in de vorm van infrarood straling (langgolvige straling). Deze straling
wordt echter door het glas niet doorgelaten. Binnen de kas stijgt daardoor de temperatuur
veel meer dan buiten. Ditzelfde proces vindt plaats op aarde door de aanwezigheid van een
atmosfeer. De gassen die zich daarin bevinden (met name waterdamp en CO2 laten wel
kortgolvige straling door maar niet de langgolvige straling.
b) De atmosfeer van de aarde heeft altijd dit broeikaseffect gehad. Zonder het broeikaseffect zou
de aarde niet leefbaar zijn, want dan zou de gemiddelde temperatuur op aarde -18C zijn. Het
versterkte broeikaseffect wordt veroorzaakt door menselijke activiteiten waardoor extra
typische broeikasgassen in de atmosfeer terecht komen. Vooral door gebruik van fossiele
brandstoffen komt veel extra CO2 in de atmosfeer.
2. Opdracht kringlopen
Bij natuurlijke processen is sprake van een koolstofkringloop. Bij die kringloop verdwijnt en
ontstaat CO2 .
a)
b)
c)
d)
Bij welke processen in de levende natuur ontstaat en verdwijnt CO2?
Leg uit waarom men spreekt van een kringloop.
Geef aan welke rol levende wezens hierbij spelen.
Teken de koolstofkringloop waarbij CO2 ontstaat en verdwijnt. Maak daarbij gebruik van
de volgende figuur:
20
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoord
a. Fotosynthese: Hierbij verdwijnt CO2 en ontstaat zuurstof en glucose.
Verbranding: Hierbij ontstaat CO2. Ademhaling is het proces waarbij zuurstof wordt
opgenomen en koolzuurgas wordt uitgestoten.
b. Het koolstofatoom wordt bij de fotosynthese in glucose opgenomen en bij de ademhaling
komt het weer vrij in de vorm van CO2.
c. Planten zorgen voor de fotosynthese en dieren zorgen voor het omgekeerde proces.
d.
3. Opdracht kringlopen, vervolg.
Tabel 93G van Binas geeft ook een afbeelding van de koolstofkringloop. De kringloop hier
getekend, is veel ingewikkelder dan de kringloop die je bij vraag 2 hebt getekend.
a) Leg uit wat bedoeld wordt met aёrobe en anaёrobe dissimilatie.
b) Leg uit wat bedoeld wordt met chemotrofe, heterotrofe, autotrofe en fototrofe
organismen.
c) Leg uit wat bedoeld wordt met assimilatie.
d) Ga weer uit van de eenvoudige kringloop en geef in dit schema aan waar assimilatie en
dissimilatie een rol spelen.
e) Geef ook aan waar heterotrofe en autotrofe organismen een rol spelen.
Tabel 93G laat zien dat er naast een organische koolstofkringloop ook sprake is van een
anorganische kringloop.
f) Leg uit om welke kringloop het hier gaat.
g) Ga uit van je tekening uit opdracht 2 en teken de anorganische kringloop in.
Antwoord
a. Aёrobe dissimilatie is de verbranding van organisch materiaal met zuurstof;
Anaёrobe dissimilatie is de afbraak van organische stoffen zonder zuurstof.
b. Heterotroof: levende wezens die voor energie en bouwstoffen organische stoffen
(zoals glucose, aminozuren eiwitten) nodig hebben die door andere levende wezens
worden geproduceerd.
Autotroof: levende wezens die voor de stofwisseling geen organische stoffen nodig
hebben maar gebruik maken anorganische stoffen uit de omgeving.
Fototroof: autotrofe organismen die gebruik maken van de energie van opvallend
licht.
21
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Chemotroof: autotrofe organismen die gebruik maken van de energie in chemische
bindingen.
c. Assimilatie: opbouw van organische verbindingen.
d. CO2 ontstaat bij de dissimilatie (ademhaling) en verdwijnt bij de assimilatie
(fotosynthese).
e. De autotrofe organismen zorgen voor netto productie van organische stoffen.
Heterotrofe organismen zorgen voor productie van CO2
f. CO2 lost enigszins in water op en vormt daar HCO3- en CO3-. Met calcium volgt
neerslag van CaCO3 (Calciumcarbonaat). Dit wordt opgenomen in sedimenten.
g.
4. Opdracht CO2- compensatie.
a) Wat wordt bedoeld met CO2-compensatie?
b) Beschrijf een aantal manieren waarop je CO2-compensatie kunt toepassen.
Antwoord
a) CO2-compensatie vindt plaats als bij toename van CO2 een gelijke hoeveelheid CO2
wordt onttrokken aan de atmosfeer door aanvullende activiteiten.
b) Besparing op gebruik fossiele brandstoffen door zuiniger rijden/planten van een
boom/afzien van aankoop energie-intensieve producten.
22
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 2
5. Fossiele energie per hoofd van de bevolking
Ga na hoeveel fossiele energie er gemiddeld wordt gebruikt per hoofd van de bevolking in
Nederland (of Europa), in de Verenigde Staten, in China en in een (willekeurig) Afrikaans
land. Ga ook na wat voor fossiele energie dit is. Vermeld je bronnen.
Antwoord
Dit antwoord hangt af van de bron die gebruikt wordt. Zie bijvoorbeeld:
http://yearbook.enerdata.net/
6. Brandstofverbruik vliegtuig
Neem aan dat jij de vlucht naar de VS heen en terug hebt gemaakt in een Boeiing 747.
Voor een Boeiing 747 geldt een fuel flow van 10 ton per uur. Daarbij gaat het dan om
kerosine. Voor de berekeningen gaan we uit van C13H28.
Bereken hoeveel brandstof jij hebt gebruikt voor je reis naar de VS en daarvan afgeleid
hoeveel CO2-uitstoot dit tot gevolg heeft gehad.
Ga eerst na welke gegevens je allemaal nodig hebt om deze vraag te beantwoorden. Zoek
deze gegevens op. Vermeld ook welke extra aannames je voor deze berekening moet
maken. Vermeld je bronnen.
Antwoord
9000km, kruissnelheid 900 km/uur dus 10 uur vliegen.
10 ton/uur fuel-flow en 10 uur vliegen dus 100 ton nodig voor een enkele vlucht.
500 passagiers gemiddeld.
Dus 0,2 ton per passagier nodig= 200 kg.
Molecuulgewicht = 184 kg/kmol
Dus 1 vlucht per passagier: nodig 1,087 kmol kerosine.
C13H28 + 20 O2 geeft 13 CO2 + 14 H2O
Bij volledige verbranding levert 1,087 mol kerosine dus 1,087*13 =141 kmol CO2 op.
Met een molaire massa van 44 kg/kmol levert dit 0,62 ton CO2 op.
Voor het retourtje geldt dus 1,2 ton uitstoot.
23
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
7. CO2-compensatie vliegtuig
Zoek op internet welke initiatieven er worden ondernomen om de CO2-uitstoot van
vliegtuigen te compenseren. Wat wordt er precies gedaan binnen zo’n initiatief? Vermeld je
bronnen.
Antwoord
Googelen op term co2-compensatie levert vele sites op; een voorbeeld:
http://www.tuilliere.nl/co2-compensatie_aanplant.htm
8. Gebruik fossiele energie
Waarvoor wordt de grootste hoeveelheid fossiele energie gebruikt? Is dat in alle delen van
de wereld hetzelfde? Vermeld je bronnen.
Antwoord
De meeste energie wordt gebruikt door de industrie en elektriciteitscentrales (is soms te vinden
onder kop ‘residential’). Ook de transportsector gebruikt veel energie. Voor de VS zijn cijfers te
vinden op: http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/txt/ptb0201a.html
9. Alternatieven
Er zijn tal van alternatieven mogelijk voor het gebruik van fossiele brandstoffen. In een
brainstormsessie met je groep maak je een lijst met acht alternatieven.
Klassikaal worden alle lijstjes met alternatieven geïnventariseerd en er wordt één lijst met
alternatieven voor fossiele energie gemaakt. De voor- en nadelen, mogelijkheden en
onmogelijkheden van de verschillende alternatieven worden doorgesproken.
Mogelijke antwoorden:
 Zonne-energie warmteopslag in water: zonne-boiler;
 zonne-energie levert elektriciteit: zonnecellen;
 zonne-energie opslag in de bodem;
 windenergie;
 geothermische energie;
 golfenergie: energie wordt gehaald uit de energie van golven;
 getijde-energie: energie wordt gehaald uit het stijgen en dalen door eb en vloed;
 Blue-Energy: energie wordt verkregen uit de menging van zoet en zout water;
 bio-massa: energie wordt verkregen uit fotosynthese;
 chimney: energie wordt verkregen uit temperatuurverschil op verschillende hoogten;
 kernsplijting: energie wordt verkregen uit het splijten van atoomkernen;
 kernfusie: energie wordt verregen uit fusie van atoomkernen.
10. Opdracht
Plantenwetenschappers hanteren als vuistregel dat in een klimaatgebied als het onze door
de fotosynthese ongeveer 60 g glucose per m2 per dag wordt geproduceerd gedurende een
groeiseizoen van 100 dagen.
a) Noteer de reactievergelijking van de fotosynthese en ga met behulp hiervan na
hoeveel kg CO2 nodig is voor de productie van 1 kg glucose. Neem aan dat de
hoeveelheid gevormde biomassa net zo groot is als de hoeveelheid gevormde glucose
b) Bereken met behulp van dit gegeven hoeveel ha bos er nodig is om net zoveel CO2 op
te nemen als overeenkomt met jouw aandeel in de uitstoot van je vliegreis. Gebruik
daarbij je antwoord van opdracht 5.2.
24
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoord
In het groeiseizoen produceert een bos in de gematigde gebieden dus 50 g * 100 = 5 kg droge
stof/m2 per jaar. Dus 50 ton per ha per jaar. Alhoewel het niet helemaal overeenkomstig is met de
werkelijkheid, is dit voornamelijk in de vorm van glucose-polymeren (en lignine, maar dat
verwaarlozen we voor het gemak). Dus bij benadering wordt er 50 ton glucose geproduceerd. Het
molair gewicht van glucose (C6H12O6 ) is 180 g/mol. Dus 5,55 mol/kg. Dus 50 ton glucose is 278
kmol. Hiervoor zijn 6*278 kmol CO2 vastgelegd. 1 ha legt dus per jaar bij benadering 1667 kmol CO2
vast. Met een molair gewicht van 44g/mol =44 kmol/kg wordt er dus 73 ton CO2 vastgelegd. Omdat
een passagier 1,2 ton uitstoot veroorzaakt is er dus uiteindelijk voor de vlucht 1,2/73*10000 = 164
m2 oppervlak groeiend bos nodig.
11. Fotosynthese
Ga na welke klimaatgebieden op aarde de grootse bijdrage leveren aan de vastlegging van
koolstof m.b.v. de fotosynthese.
Antwoord
http://www.carbon-biodiversity.net/Issues/CarbonStorage
In het (sub)tropisch regenwoudklimaat wordt het meeste koolstof vastgelegd d.m.v. fotosynthese.
12. CO2-fixatiesnelheid
Bereken hoeveel groter de CO2-fixatiesnelheid is in een tropisch regenwoud vergeleken met
die in Nederland (zie opdracht 6).
Antwoord
2 x zoveel als in Nederland (1200 kg/jaar per ha).
13. Houtopslag
In deze opdracht wordt eens nagegaan hoe groot een opslagruimte moet zijn om een
hoeveelheid hout permanent op te slaan die compenseert voor jouw aandeel van de CO2uitstoot van de vliegreis.
a) Bereken eerst hoeveel biomassa moet worden geproduceerd om 1 kg CO2 vast te
leggen. Gebruik daarbij de reactievergelijking van de fotosynthese en neem aan dat de
hoeveelheid gevormde biomassa overeenkomt met de massa glucose die bij de
fotosynthese is geproduceerd.
25
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
b) Bereken vervolgens het volume van een vergelijkbare hoeveelheid hout. Kies daarbij
voor een bekende houtsoort.
Antwoord
a) Reactievergelijking Glucose:
CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6O2
6
Volgens de reactievergelijking zijn er 6 moleculen CO2 nodig om 1 molecuul
glucose te maken. 1 kg glucose bevat 1000/ M glucose mol = 1000/180 mol =
5,55 mol. Er is dus 6x5,55 = 33, 33 mol CO2 nodig om 1 kg glucose (biomassa) te
maken. 1 kg CO2 vastleggen komt neer op 0,682 kg glucose. Dus 1200 kg is 818
kg hout (bij benadering)
b) Met een dichtheid van 0,5 kg/liter is dus 1,6 m3 ruimte nodig.
14. CO2-compensatie bos
In het bos vinden verteringsprocessen plaats. Daarbij wordt de CO2 weer teruggegeven aan
de atmosfeer. Maar doorgaans wordt hout dat in een bos wordt gevormd wel gebruikt.
Bijvoorbeeld om er meubels mee te maken.
Leg uit aan welke voorwaarden voldaan moet zijn opdat bij een dergelijk gebruik van een
bos sprake is van echte CO2-compensatie.
Antwoord
Als de meubels zijn afgeschreven, moet het hout gebruikt worden als energievoorziening en
daarmee inzet van fossiele brandstoffen overbodig maken. Ook kan het afvalhout worden
opgeslagen om te voorzien in het energiegebruik van latere generaties.
Extra
https://www.treesforall.nl/ is een heel aardige site overigens die we kunnen gebruiken als
verwijzing; met een handige klimaatcalculator.
Hoeveel bomen moeten voor mij worden geplant om mijn uitstoot te compenseren?
Het aantal aan te planten bomen is snel te berekenen met de klimaatcalculator die te vinden is via
een link aan de rechterkant.
Omdat Trees for All ook autoverkeer compenseert, gebruiken we een gemiddelde auto als
voorbeeld.
Stel u heeft een auto die 16.000 kilometer per jaar op benzine rijdt. Ieder jaar moet dan 3 ton CO2
worden gecompenseerd. Gemiddeld bezit iemand 40 jaar een auto en zal dan in totaal 120 ton CO2
produceren. Bij een opnamecapaciteit van 6 ton per hectare per jaar voor Nederlands bos, is een
halve hectare (5.000 m2) groeiend Europees bos nodig om de uitstoot van deze auto's te
compenseren (2/5 voetbalveld). Een auto die diesel gebruikt heeft 0,4 hectare bos nodig, een LPGauto ruim 0,35. In een nieuw bos in Nederland planten we op voormalige landbouwgrond gemiddeld
5500 bomen per hectare, in bijvoorbeeld Oeganda in gedegradeerd tropisch bos zijn dat zo'n 500
bomen per hectare.
Hoeveel ton CO2 neemt een boom op?
Deze vraag is niet eenvoudig te beantwoorden. Er zijn vele verschillende boomsoorten die
verschillend reageren afhankelijk van hun groeiplaats. Ook de hoeveelheid water, voeding, zon, en
(zee)wind zijn bepalend. Trees for All rekent met bosecosystemen, want behalve bomen nemen ook
de daaronder groeiende struiken CO2 op en leggen een gedeelte hiervan vast totdat het ecosysteem
volgroeid en in evenwicht is. Ook hier is sprake van een grote variatie. Als vuistregel hanteert Trees
for All dat een volwassen Europees loofbos zo'n 600 ton CO2 per hectare heeft vastgelegd
(gemiddeld 6 ton per hectare per jaar). Voor tropisch regenwoud kan dit oplopen tot meer dan 1200
ton.
Wat is de invloed van bossen op het broeikaseffect?
Zonder groeiende bossen zou de CO2-concentratie in de atmosfeer nog veel sneller stijgen.
Berekend is dat groeiende bossen jaarlijks ongeveer 900 miljoen ton C (3,3 miljard ton CO2)
26
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
opnemen. Zonder deze groeiende bossen zou de netto-uitstoot van CO2 geen 11,7 miljard ton CO2
maar 15 miljard ton CO2 bedragen. Dit is bijna 30% extra. Ontbossing draagt dan ook voor 25% bij
aan de toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer.
Is er wel voldoende ruimte voor bosaanplant?
Er ligt wereldwijd nog ruim 2 miljard hectare grond braak dat geschikt is voor de aanplant van bos.
Nieuw bos kan hier ongeveer 75 tot 125 gigaton CO2 opnemen. Dat is net zoveel als de uitstoot die
we wereldwijd de komende 15 tot 25 jaar gaan doen. Die 2 miljard hectare kan uiteraard niet in
een jaar aangeplant worden. Wachten echter lost zeker niets op. Als de bossen volgroeid zouden
zijn, zou de aarde weer net zo groen zijn als 200 jaar geleden. Ondertussen hebben we tijd gehad
om de duurzame energiebronnen zo te ontwikkelen dat we die volop kunnen inzetten.
15. Opdracht
Algen kunnen olie produceren. Deze olie kan gebruikt worden om diesel of kerosine te
produceren. De algen worden geproduceerd op een algenboerderij. Deze boerderij moet
een zo hoog mogelijke algenproductie hebben tegen zo laag mogelijke energetische kosten.
a) Leg uit waarom dit laatste nodig is.
b) Leg uit hoe je algen kunt laten groeien en met welke factoren je rekening moet houden
als je algen wilt produceren.
c) Op welke manier zou je algen moeten oogsten?
d) Ontwerp een algenboerderij die aan de bovengenoemde eis voldoet.
e) Geef aan wat voor- en nadelen zijn van de productiefaciliteit in figuur 4 in vergelijking
met een algenvijver.
Antwoord
a. Besparing van energie en kosten.
b. Kweekvat met alg belichten, lichtintensiteit, CO2-hoeveelheid, nutriënten, temperatuur
etc.
c. Filteren, zeven etc.
d. Antwoorden kunnen variëren van open vijversystemen tot gesloten continureactoren.
e. Aanlegkosten en onderhoudskosten zijn hoger, daarentegen zijn de opbrengsten veel hoger
want het proces verloopt onder veel meer gecontroleerde omstandigheden.
16. Opdracht
Een algenvijver raakt door de groei van de alg steeds voller. Aanvankelijk worden de algen
niet geremd in hun groei omdat er voldoende nutriёnten en licht aanwezig zijn. Maar
gaandeweg raakt de vijver voller. Het groeiseizoen is nog lang niet voorbij wanneer de algen
nauwelijks meer toenemen. Maar ook dan zijn er op grotere diepte nauwelijks algen te
vinden.
a) Leg uit waarom de groei zo vroeg in het seizoen tot stilstand komt.
b) Leg uit waarom de algen niet willen groeien op grotere diepte.
c) Schets in een grafiek hoe de hoeveelheid biomassa in de loop van de tijd verandert.
d) Leg aan de hand van de grafiek uit wat het beste moment is om te oogsten.
Antwoord
a. Algen krijgen niet genoeg licht en voeding ten gevolge van overvolle reactor.
b. Te weinig lichtintensiteit.
c. Hier moet een groeicurve of S-curve geschetst worden. Het veld is vol bij het bereiken van
de bovenste asymptoot.
d. Oogstmoment is het moment waarop de helling maximaal. Hier is de toename en dus de te
onttrekken hoeveelheid per tijdseenheid maximaal.
27
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 3
17. Opgave
Een badkuip is gevuld met water. De stop wordt losgehaald en het water begint weg te lopen. Dit is
de uitgaande stroom: neem aan dat er 7 liter per minuut wegloopt. Tegelijkertijd wordt de kraan
aangezet. Deze levert 5 liter per minuut. Dit is de uitgaande stroom. Er is nu geen evenwicht: het
niveau van het water in de kuip gaat veranderen.
a) Leg uit wat er met het niveau gebeurt.
Na enige tijd blijkt het niveau van het waterpeil niet meer te veranderen. Er is nu sprake van een
dynamisch evenwicht.
b) Waarin onderscheidt deze situatie zich van een statisch evenwicht?
c) Leg uit hoe groot de ingaande stroom en de uitgaande stroom nu is.
d) Hoe komt het dat dit dynamische evenwicht zich heeft ingesteld?
Antwoord
a. Het niveau gaat dalen want de uitloop is groter dan de inloop.
b. Bij statisch evenwicht is er geen toevoer en afvoer. Bij een dynamisch evenwicht wel.
c. 5 liter/minuut
d. Aanvankelijk daalt het waterniveau maar daarmee ook de uitloopsnelheid want een bad
loopt sneller leeg als er meer inzit. Als de uitloopsnelheid gelijk is aan de inloopsnelheid
daalt het niveau niet meer en de uitloopsnelheid is dan ook constant.
18. Opgave
Bekijk de continu-reactor in figuur 7. Van bovenaf druppelt kweekmedium in de reactor. De
vloeistof die uit de fles loopt vanwege de overloopfunctie bevat algen. Er is sprake van dynamisch
evenwicht. Het aantal koolstofatomen in de kweekreactor verandert dan ook niet.
a) Leg uit hoe dit mogelijk is.
Men vermindert de hoeveelheid licht.
b) Leg uit wat dit voor gevolg heeft voor de uitgaande stroom koolstofatomen.
c) Leg uit hoe uiteindelijk weer dynamisch evenwicht kan ontstaan.
d) Leg uit hoe een nieuw dynamisch evenwicht zich weer zal instellen.
Antwoord
a. Via de natriumbicarbonaat komt evenveel C de opstelling in als er via de algen uitgaat.
b. De productie van algen stagneert. De uitgaande stroom koolstofatomen neemt dus af.
c. Via de overloopfunctie gaat er evenveel algenoplossing uit de fles als er medium inkomt.
Maar als er minder algen groeien, blijft een deel van het medium ongebruikt. Bij de
uitloop zit dus veel ongebruikt natriumbicarbonaat. Vervolgens wordt de hoeveelheid
natriumbicarbonaat in het kweekmedium verminderd. Hierdoor wordt het evenwicht
verstoord.
d. Zolang er medium ongebruikt blijft zal er niets veranderen. Maar als de toevoer nog lager
wordt daalt de algenhoeveelheid verder vanwege ontoereikende voeding en daarmee de
uitstroom van koolstofatomen.
28
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
19. Opgave
In deze opdracht ga je met Excel groeimodellen maken.
a) Maak m.b.v. Excel een exponentieel groeimodel. Druk de tijd uit in uur. Kies 100 voor de
beginhoeveelheid alg. Ga met behulp van trial en error na wat de groeifactor moet zijn om
een verdubbelingstijd van 4,0 uur te krijgen.
b) Pas het gevonden model aan en maak er
een logistisch model van. Neem voor het
maximum E = 1000000. Bepaal met
behulp van de uitkomsten op welk
moment de algenhoeveelheid het snelste
toeneemt.
Antwoord
a. De groeifactor moet 0,207 bedragen (zie
grafiek)
b. Grafisch is dat rond de 50 uur.
In de tabel blijkt de
grootste
productiesnelheid bij 48
uur te liggen.
29
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 4
20. Opgaven warmte en temperatuur
a) Wat ‘’bevat” meer warmte: een kopje water van 40oC of een gloeiende naald van 9000C ?
Hoe zou je dat kunnen controleren?
b) Geef nog een voorbeeld waaruit het verschil blijkt tussen temperatuur en warmte.
Antwoord
a. Het kopje water. Pak twee kopjes gevuld met evenveel koud water. Gooi in het ene kopje
het warme water en in het andere kopje de gloeiende naald. In het eerste geval stijgt de
temperatuur meer.
b. Een ketel water op het vuur. Vanaf een bepaald moment leidt warmtetoevoer niet meer
tot temperatuurstijging.
21. ijzer en piepschuim
Een stuk ijzer en een stuk piepschuim liggen al uren naast elkaar op de lessenaar in het lokaal.
a) Hebben de twee objecten dezelfde temperatuur?
b) Voelen de beide objecten ‘even koud’ aan?
c) Geef een verklaring voor beide verschijnselen. Bedenk daarbij dat jouw lichaam zelf
warmte produceert.
Antwoord
a. Ja, want de beide voorwerpen liggen al gedurende langere tijd in dezelfde ruimte.
b. Nee, piepschuim voelt warm aan en het ijzer voelt koud aan.
c. De objecten krijgen dezelfde temperatuur. Toch voelt het piepschuim warmer aan. Dit
komt omdat je lichaam warmte produceert die bij het ijzer snel wordt afgevoerd maar bij
het piepschuim niet. Door deze warmtetoevoer loopt de temperatuur van het piepschuim
snel op.
22. een vloeistofthermometer
Een buisje met een vloeistofreservoir is wel een geschikt instrument om de temperatuur te meten.
a) Hoe is het mogelijk dat met behulp van een dergelijke thermometer een uitspraak is te
doen over de gemiddelde bewegingsenergie van de moleculen in de omgeving?
b) Geef een zo volledig mogelijke beschrijving van de werking van een dergelijke
thermometer.
Antwoord
Door toenemende temperatuur gaan de moleculen sneller bewegen. Moleculen hebben
meer ruimte nodig om te bewegen, hierdoor zet de vloeistof uit en de uitzetting van deze
vloeistofuitzetting kan gebruikt worden voor de meting van de temperatuur van een
vloeistof.
23. Kelvin en Celsius
a) Waarin verschilt de schaal van Kelvin van de schaal van Celsius?
b) Het absolute nulpunt is 0 kelvin. Waardoor wordt dit in de praktijk nooit bereikt?
Antwoord
a. Het verschil zit hem in het begin. Kelvin begint bij het absolute nulpunt te meten, Celsius
bij het vriespunt van water.
b. Om het absolute nulpunt te bereiken moeten alle moleculen/atomen in de buurt van dit
absolute nulpunt ook stilstaan, anders zullen ze altijd botsen met de stilstaande moleculen
en dan staan die dus niet meer stil. Anders gezegd, om het absolute nulpunt te bereiken
moet het hele universum zelf ook in het absolute nulpunt verkeren.
30
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Experiment
 De antwoorden hangen af van het vermogen van de dompelaar.
 Gebruik de formule
Q  m  c  T
waarin:
Q = de warmte in joule (J)
m= de massa in kilogram (kg)
c= de soortelijke warmte in Joule per kilogram per kelvin (J kg-1 K-1)
ΔT = de temperatuurverandering in kelvin (K).

Beter isoleren.
24. Opgave warmteopslag:
In figuur 11 is te zien hoe overtollige warmte in de zomer wordt opgeslagen in een zogenaamde
aequifer om het in de winter te kunnen gebruiken om de kas of het huis te verwarmen.
In onderstaand rekenvoorbeeld wordt uitgegaan van een opslagvat, gevuld met 128 m3 water (een
klein zwembad!). Hoeveel warmte zou je hierin kunnen opslaan? Laten we er van uitgaan dat de
temperatuur van het water stijgt van 10 °C naar 45 °C.
a) Zoek in Binas de soortelijke warmte van water op.
b) Reken uit hoeveel warmte er nodig is om het water in het opslagvat te verwarmen van 10
°C naar 45 °C
Stel dat je eenzelfde hoeveelheid water elektrisch zou moeten verwarmen. 1 kWh = 3,6 MJ en kost
€ 0,10.
c) Bereken hoeveel het minimaal kost om dit water zo te verwarmen.
d) Leg uit waarom dit in de praktijk meer geld zou kosten.
Het opslagvat in de vorige opgave wordt ook verwarmd. De warmtecapaciteit van het vat bedraagt
32 MJ/K.
e) Bereken de warmte die het vat opneemt.
f) Is dit verlies?
Antwoord
a. cwater=4,18 kJ/kgK
b. Q = mcΔT=(128*103)*(4,18)*35= 18,7 GJ
c. 18700/3,6=5200 kWh kost €520,d. Er is geen rekening gehouden met de opwarming van het vat zelf en er is geen rekening
gehouden met warmteverliezen.
e. 32*35=1120 MJ
f. In feite niet want als de warmte in de winter aan het vat wordt onttrokken, komt deze
weer beschikbaar voor nuttige aanwending.
25. Experiment:
Antwoord
Het zal blijken dat het zwarte potje het snelste afkoelt. Het spiegelende potje het
langzaamst.
31
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
26. Warmtetransport bij een thermosfles:
Een thermosfles dient voor het op temperatuur houden van een koude dan wel een warme vloeistof.
Zo’n fles heeft een dubbele glazen wand, de ruimte ertussen is vacuüm gezogen en de binnenwand
van de fles is voorzien van een spiegelend laagje. De buitenkant is gemaakt van stevig materiaal om
te voorkomen dat de fles gemakkelijk breekt.
a) Waarom is de fles van glas gemaakt?
b) Waartoe dient het vacuüm tussen beide wanden?
c) Waarom is het glas spiegelend gemaakt?
Een klasgenoot heeft een thermosfles met melk meegenomen naar school. Tijdens de lunch pakt
deze klasgenoot de thermosfles en zegt dan: ‘Dit is een prima thermosfles, na een paar uur voelt de
fles nog lekker koud aan.’
d) Ben je het eens met je klasgenoot? Licht je antwoord toe.
Antwoord
a. Glas is een slechte warmtegeleider.
b. De ruimte tussen de glaswanden geleidt dan niet.
c. Daardoor wordt warmtetransport door straling geminimaliseerd.
d. De buitenkant van de thermosfles mag niet koud aanvoelen want dan vindt blijkbaar
warmtetransport naar binnen toe plaats.
27. Opgaven warmtetransport door een wand.
Ga na dat W m-1 K-1 de eenheid van de geleidingscoëfficiënt is.
Antwoord
Bekijk de formule:
P 
A  TV
d
In eenheden: [W] =[….]*[m2]*[K]*[m-1] dus de eenheid van λ is W/mK
28. afkoeling van een koperbuis met water
In een koperbuis wordt heet water gedaan van 60 °C. De buis bevindt zich in een ruimte met een
temperatuur van 20 °C. De koperbuis is 1,0 m lang en heeft een diameter van 1,2 cm. De dikte van
het koper is 1,0 mm. We willen nu uitrekenen hoeveel warmte per seconde door het koper weglekt.
Om dit voor elkaar te krijgen knippen we in gedachten de buis over de lengte open, slaan hem plat
en nemen aan dat de aldus verkregen plaat een ruimte van 20 °C scheidt van een ruimte van 60 °C.
Formule 3 kan dan gebruikt worden.
a) Reken nu de grootte van de warmtestroom uit in J/s.
b) Koelt de buis af in seconden, in minuten, in uren of in dagen? Leg uit.
Antwoord
a. Gebruik de formule P= λA*TV/d. Hierin is:
λ = 370 W/mK
TV=60-20=40 K
A=0,011*1,0 = 0,011 m2
d=0,001m
Dus P = 370*0,011*40/0,001= 163 kJ/s = 163 kW. Als het temperatuurverschil met de
omgeving nog maar 1 0C zou bedragen was die warmtestroom nog altijd zo’n 4 kW geweest.
b. Het water in de buis zal moeten afstaan: mcΔT=0,1 *4,18*40 = 17 kJ. Met een
warmtestroom die ver boven de 17 kJ per seconde zit zolang de buis nog heet is zou dit
32
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
dus in veel minder dan 1 seconde moeten zijn gebeurd. Niet realistisch maar dat komt
omdat de lucht om de buis heen in feite het warmtetransport tegengaat.
29. Opgave Glastuinbouw
a) Zoek via google onder de treftermen glastuinbouw/innovatie of glastuinbouw/research of
glastuinbouw/biotechnologie naar gebieden waaruit de vernieuwingen in de glastuinbouw blijken.
b) Telers maken steeds meer gebruik van nieuwe technieken ten behoeve van duurzaamheid.
Ga naar ►URL4, Bekijk de lijst van telers die een duurzaamheidscertificaat hebben
gekregen. Bekijk welke glastuinbouw bedrijven en noteer welke maatregelen ze hebben
genomen om de CO2-uitstoot te verminderen. Een glastuinder die trostomaten kweekt,
wil een zo hoog mogelijke opbrengst aan tomaten. Daarbij wil hij de factoren die invloed
hebben op de groei van de tomatenplant kunnen beïnvloeden. Noem tenminste vijf
factoren die invloed hebben op de opbrengst van tomaten.
Antwoord
a. Een treffer zou kunnen zijn:
http://www.glaskracht.nl/open_gedeelte/themas/innovatie/stichting_innovatie_glastuinbouw_sig
n.php
of
http://documents.plant.wur.nl/wurglas/posters/Poster%2027_Kringloopkas.pdf
Enkele gebieden zijn:
energie-efficiëntie
gewasverbetering
genetische modificatie bij ziektebestrijding.
b. Luchtvochtigheid, temperatuur, CO2-gehalte, licht en kunstmest.
30. Warmtetransport met een buizennetwerk
a) Leg uit waarom koelbuizen het beste bovenin de kas kunnen worden aangebracht.
b) Leg uit hoeveel warmte door het koelwater moet worden afgevoerd per uur.
c) Bereken hoeveel koelwater daar minstens voor nodig is. Het water kan dus 20 °C
stijgen. Per liter water kan dus hoeveel warmte worden opgeslagen?
d) Door de leidingen mag niet meer dan 10 l/minuut stromen. Bereken hoeveel leidingen
er minstens moeten worden gelegd.
e) Maak een schatting van de massa van dit kopernet. Bereken daartoe eerst de massa van
1 m koperbuis.
f) Leg uit wat dit betekent en waarom de lengte van de koperbuis voor de kl-waarde niet
van belang is.
g) Leg uit waardoor het water in het begin sneller opwarmt dan aan het eind.
Antwoord
a. Warme lucht stijgt op dus bovenin is de lucht het warmst. De warmte-uitwisseling is daar
dus effectiever.
b. Er wordt 5 MJ elke seconde geleverd. Per uur is dat 5*3600 = 18 GJ.
c. Q = m*c*∆T = 1*4,18*20 = 83,6 kJ. Er moet 18 GJ worden afgevoerd. Er moet dus per uur
minstens 18000000 / 83,6 = 215300 liter = 215 m3 water door de leidingen gevoerd worden.
d. 215 m3 water per uur betekent 3,583 m3 per minuut. Dit zijn 3583 liter per minuut. Er zijn
dus minstens 359 leidingen nodig.
e. oppervlakte van de mantel = omtrek buismantel * lengte buis = 3,14 * 1,4 (tussen 1,3 en
1,5 in) * 100 = 440 cm2. De mantel is 1,0 mm dik.
De inhoud van het koper is dan 44 cm3. De dichtheid van koper bedraagt 8,4 g/cm3. Dus de
massa = 44*8,4 =352 g.
De totale lengte van de buis is 500*100 = 50000m.
We hebben dus een kopermassa van 50000 * 0,352 = 17600 kg = 18 ton.
Dat wordt een prijzige business!
33
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
f.
De kl-waarde geeft aan hoeveel warmte per seconde wordt afgegeven door een buis met
een lengte van 1 m per graad temperatuurverschil tussen binnen en buiten. De kl-waarde is
een eigenschap van het materiaal waarvan de buis is gemaakt.
g. Er geldt P = kl * l * (Tin- Tuit) aangezien het temperatuurverschil steeds kleiner wordt gaat
het transport ook steeds langzamer.
31. Opdracht
Voor deze buis blijkt kl= 0,54 Wm-1K-1 te zijn. Gegevens van de buis: Lengte 1,00 m /
binnendiameter 13 mm/Wanddikte 1,0 mm.
Hoeveel tijd is er nu nodig voor het water in de buis om op te warmen van 10 °C tot 12 °C, er van
uitgaande dat de buitentemperatuur 30 °C bedraagt
Het antwoord verloopt in drie stappen (de drie stappen staan hieronder vermeld maar niet in de
juiste volgorde):
Berekenen hoeveel warmte per seconde door de buismantel stroomt. (P)
Berekenen hoeveel seconden voor dit warmtetransport nodig is. (Q)
Berekenen hoeveel warmte het water opneemt als het stijgt van 10 naar 12 °C. ( R )
a) Wat is de juiste volgorde? PQR / RQP / QPR / RPQ / PRQ / QRP? Geef alle juiste
mogelijkheden.
b) Voer de berekening uit.
Antwoord
a. Eerst moet de warmte berekend worden die het water opneemt als de temperatuur twee
graden stijgt. Daarna wordt uitgerekend hoeveel warmte per seconde uit de buis stroomt.
Met die twee gegevens kan dan t aantal seconden berekend nodig voor het warmte
transport. Dus RPQ of PRQ
b. Stap I
Hoeveel water zit er in de buis: inhoud cilinder = A*l = (3,14 * 0,65 * 0,65 = 1,327 cm2 )*
100 cm = 132,7 cm3. Dit betekent dus 132,7 g water. Het water staat dus aan warmte af: Q
= mc∆T = 0,1327 * 4,18 * 2 = 1,109 kJ
Stap II
De verliesstroom door de mantel bedraagt P = kl * l * (Tin- Tuit)
De k-waarde is 0,54 Wm-1K-1
Oppervlakte van de mantel = omtrek buismantel * lengte buis = 3,14 * 1,4 (tussen 1,3 en 1,5
in) * 100 = 448 cm2 = 0,04396 m2
(Tin- Tuit) =30 – 11 = 19 oC
Dus P =0,54 * 19 = 10,3 W
Er stroomt dus elke seconde 10,3 J door de buiswand.
Stap III
Elke seconde stroomt 10 J door de buiswand.
In totaal moet 1,109 KJ wegstromen.
Er zijn dus 1109/10,3 = 108 s nodig = 1 minuut en 48 seconden.
32. In het buizennet zit water van 10 °C dat op moet warmen tot 12 °C. Dit kost 108 s. Bereken
hoeveel warmte het water in het hele buizennet per seconde opneemt.
Antwoord
Q = m*c*∆T
m = de massa van het water in de buis. In 1 m buis zat 132,7 g (zie boven). Dus m totaal =
50000*132,7=6635 kg.
34
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Dit water neemt Q = m*c*∆T = 6635*4,18 *2 = 55469 kJ = 55 MJ op. Per seconde neemt het
water dus 55,47/108 = 0,51 MJ op.
33. Leg uit hoe de kl verandert. Met welke factor zal dus de tijd veranderen die is berekend bij
vraag 31?
Antwoord
De buiswand is 2x zo dun. Het warmtetransport zou (in theorie) 2x zo snel moeten gaan.
Het oppervlak van elke buismantel afzonderlijk is gehalveerd. Maar er zijn 4 buizen nodig om
de oorspronkelijke buis te vervangen. Het oppervlak is dus verdubbeld.
In totaal wordt de benodigde tijd dus 4x zo klein.
34. Zoek op internet de firma Fiwihex en leg uit op welk beginsel dit principe is gebaseerd.
Antwoord
De werking van de warmtewisselaar is gebaseerd op de warmteoverdracht van lucht aan dunne
draden (Ø0.1 mm) die geweven zijn rond watervoerende capillairen. Daarmee wordt het
oppervlak waarover warmte kan worden overgedragen sterk vergroot. Dit lost het probleem op
dat er teveel tijd nodig is voor warmteoverdracht in normale koperen buizen. Zie ook:
http://www.fiwihex.nl/index.html
Antwoorden hoofdstuk 5
35. Opdracht
Dit is een ‘doe’-opdracht, dus geen antwoord.
36. Vraag: chlorofyl
35
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Bekijk BINAS tabel 67 D.
a.
Op welk molecuul lijkt chlorofyl?
b.
Wat zijn twee duidelijke verschillen?
c.
Wat zal je zien als een plant een tekort heeft aan magnesium?
Antwoord
a. Heem.
b. Heem heeft een Fe ion waar chlorofyl een Mg ion heeft; Chlorofyl heeft een alifatische
zijketen (waarmee het molecuul in het thylakoidmembraan kan worden verankerd).
c. Dan kan de plant geen chlorofyl meer maken en wordt de plant niet meer groen.
37. Vraag: golflengten
Welke golflengten worden vooral geabsorbeerd door:

Chlorofyl-a

Chlorofyl-b

Carotenoiden
Antwoord
Chlorofyl-a rond de 425 nm en 675 nm.
Chlorofyl-b rond de 460 nm en 640 nm.
Carotenoiden rond 455 nm en 485 nm.
38. Vraag
Bekijk de structuur van chlorofyl in figuur 25. Welk verschil in molecuulstructuur bepaalt dat het
absorptiespectrum van chlorofyl a en b verschilt?
Antwoord
Chlorofyl-a absorbeert de kortste golflengte en dat kost dus de meeste energie.
39. Vraag
a) Welke kleur licht wordt vooral geabsorbeerd door PS I en II?
b) In welk fotosysteem wordt voor het aanslaan van de elektronen de meeste energie
geabsorbeerd? Leg je antwoord uit.
Antwoord
a. Het fotosynthetisch ‘actieve’ deel van het spectrum l voor planten en eukaryote algen ligt
tussen de 400 en 700 nm. Straling onder de 400 en boven de 700 nm wordt wel gebruikt maar
met veel minder efficiëntie. De twee fotosystemen absorberen straling verschillend. Dit
verschil hang ook van de plantensoort af. Niet-groene algen hebben andere fotosynthetische
pigmenten en de mate waarin het gebruik van de fotosystemen verschilt hangt van de
algensoort af. In hogere planten en groen algen absorbeert fotosysteem II golflengten onder
530 nm beter dan fotosysteem I, terwijl fotosysteem I golflengten boven de 690 nm beter
absorbeert dan fotosysteem II.
b. Het (eenvoudige) antwoord is fotosysteem II. Het speciale reactie centrum chlorofyl van
fotosysteem II is P680 en is zo genoemd omdat het een absorptiemaximum heeft bij 680 nm.
Voor fotosysteem I is dit P700 omdat het een absorptiemaximum heeft van 700 nm. De
reactiecentra chlorofyl worden geoxideerd tijdens fotosynthese en het resultaat is
elektronentransport. Vereenvoudigd kan gesteld worden dat een hoeveelheid energie die een
680 nm quantum heeft, nodig is om P680 te oxideren. Dit geldt op dezelfde manier voor een
700 nm quantum en P700. De hoeveelheid energie van een quantum is omgekeerd evenredig
met de golflengte. Dus heeft een 680 nm quantum meer energie dan een 700 nm quantum. Er is
dus meer energie nodig voor het elektronentransport bij PSII.
40. Vraag
36
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Bekijk BINAS tabel 69B. In figuur 30 staan de reacties in PS II en PS I. Waar is het lumen van de
thylakoïde in deze tekening, onder of boven de thylakoïdmembraan? Waarom?
Antwoord
Zuurstofvorming vindt plaats in het lumen en NADP reductie in het stroma van de
thylakoïdmembraan.
41. Opdracht
Dit is een ‘doe’-opdracht, dus geen antwoord.
42. Vraag
a.
In opdracht 5.2 heb je uitgezocht wat de CO2 uitstoot was van jullie vlucht naar Amerika.
Als je uitgaat van de Calvincyclus, hoeveel keer moet deze dan doorlopen worden wil je al de
uitgestoten CO2 gecompenseerd hebben?
b.
En hoeveel ATP is daar dan voor nodig?
c.
En hoeveel NADPH is daar dan voor nodig?
d.
En hoeveel fotonen zijn daar dan voor nodig?
e.
Als er uitsluitend fotonen van 680 nm geabsorbeerd worden, hoe lang moet de zon dan
schijnen om de energie te leveren die jouw CO2 uitstoot kan compenseren?
Antwoord
a. Als je uit gaat van 2000 kg CO2 (zie opgave 5.2), dan moet je uitrekenen hoeveel moleculen CO2
ingebouwd moeten worden. Per Calvin cyclus wordt er één molecuul CO2 ingebouwd. In 2000 kg
zit 2.000.000/40 (molgewicht CO2) = 50.000 mol CO2. Dat moet worden ingebouwd, dus moet de
Calvin cyclus 50.000 x 6,02*1023 = 3,01*1028 maal doorlopen worden om je uitstoot te
corrigeren.
b. Het inbouwen van één molecuul CO2 kost twee ATP (zie figuur 33), dus kost het compenseren
van de uitstoot 2 x 3,01*1028 = 6,02*1028 moleculen ATP.
c. Het inbouwen van één molecuul CO2 kost één NADPH (zie figuur 33), dus kost het compenseren
van de uitstoot 1 x 3,01*1028 = 3,01*1028 moleculen NADPH.
d. Het invangen van vier fotonen levert één molecuul NADPH op en er worden zes H+ verpompt
over het membraan. Vervolgens kost het drie H+ om één ATP te maken in het ATP-synthase
complex. Zes H+ levert dus twee ATP. Twee ATP en één NADPH zijn precies wat nodig is voor
het inbouwen van één molecuul CO2 (zie figuur 33). Elke stap kost dus vier fotonen, dus kost
het compenseren van de uitstoot 4 x 3,01*1028 = 12,04*1028 fotonen.
e. De volgende stappen zijn nodig om dit te berekenen:
De energie van een foton van 680 nm is volgens Binas:
Ef 
hc


6,63  1034  3,0  108
 2,93  1019 J . Je hebt (zie d.) 12,04*1028 van die fotonen
9
680  10
nodig, hetgeen een totale energie vertegenwoordigt van 3,52*1010 Joules. Volgens Binas schijnt
de zon met een vermogen van 0,390*1027W (dus 0,390*1027 J/s). De zon moet dan dus
3,52*1010/0,390*1027 = 9,03*10-17s schijnen om de energie te leveren die nodig is voor
compensatie van de CO2 uitstoot.
Let wel: Deze beredenering is eigenlijk niet juist, omdat het hier gaat om de totale
hoeveelheid energie. Je zou een statistische verdeling nodig hebben hoe vaak de zon een foton
van 680 nm uitstraalt om tot een beter passend antwoord te komen. Ook kan er gerekend
worden met het op de aarde vallende vermogen van de zon (de schrijver neemt aan de het
uitgestraalde vermogen van de zon volgens Binas gegeven is over het totale boloppervlak van
de zon), wat de vraag een stap dichter bij de realiteit zou brengen.
37
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 6
43. Vraag
a) Verklaar het waargenomen fenomeen. Gebruik in de verklaring de woorden
molecuul, energie en golflengte.
b) Is er verschil in reactie op het licht tussen het door de lamp direct aangelichte deel
van de pot en het niet direct aangelichte deel (de achterzijde) van de pot?
38
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
c) Kun je bovenstaande waarneming verklaren als je denkt aan caroteen en xanthofiel?
Antwoord
Een acetonextract bevat naast chlorofyl A en B ook andere typen fotosynthetische pigmenten zoals
carotenoïden (carotenen, xanthophyl etc). Chlorofyl maakt het extract groen omdat zij rood (600700 nm) en blauw (350-480 nm) licht absorberen waardoor het zichtbare licht groen lijkt (mensen
zien niets onder de 400 nm, insecten en vogels wel!). Carotenoïden absorberen ook in het blauwe
gebied van minder dan 350 nm tot ongeveer 500 nm. Verschillende golflengten corresponderen met
fotonen met een verschillende energie. De energie van een foton is:
E=h.ν
ν (nu) is het symbool voor de frequentie. Deze vergelijking wordt veelal geschreven als:
E=h.f
Met H als de constante van Planck (6.63 x 10-34 Js) en de stralingsfrequentie kan worden berekend
met:
C-f.λ
Waarin C de lichtsnelheid is (3 x 108 m/s in vacuüm) en λ de golflengte. Een foton met een
golflengte van 700 nm heeft een energie van 2.7 x 10-19 J en een foton met een golflengte van 400
nm zal een energie hebben van 5.0 x 10-19 J. De chlorofyloplossing (met daarin de carotenoïden
absorbeert bepaalde golflengten van “wit” licht dat resulteert in de ‘sensatie’ van kleur (groen als
blauw en rood wordt geabsorbeerd). De straling die wordt weggenomen is dus geabsorbeerd door
chlorofyl (en carotenoïden) omdat deze golflengten de juiste energie hebben om een elektron in de
buitenste (=hoogste energie) moleculaire orbitaal van het molecuul naar een hoger energie-orbitaal.
Hierdoor wordt het molecuul geëxciteerd (aangeslagen), m.a.w. het molecuul heeft meer energie
dan de grondstaat van het molecuul.
Chlorofyl in oplossing is lichtgevoelig als gevolg van fotofysische processen die een gevolg zijn van
de aangeslagen toestand waarin het molecuul verkeert en het effect dat dit heeft op moleculair
zuurstof. Worden de chlorofylmoleculen lang genoeg aan (fel) licht blootgesteld dan worden ze
‘gebleekt’ (photobleaching!) door aangeslagen moleculair zuurstof dat gevormd wordt door de
interactie met het aangeslagen chlorofyl. De resulterende oplossing is geel omdat de carotenoïden
resistenter zijn voor ‘photobleaching’ omdat ze blauw licht absorberen waardoor een sensatie van
een gele kleur ontstaat.
44. Vraag
a) Wat is het verschil tussen het spectrum van aceton en dat van het
aceton/bladgroenextract?
b) Welke kleuren worden (het sterkst) geabsorbeerd door het
aceton/bladgroenextract? Verklaar je waarnemingen.
Antwoord
a. Aceton wordt als kleurloos gezien en absorbeert geen licht in het zichtbare gebied. Het is het
oplosmiddel en het is meestal handig dat het geen licht absorbeert.
b. Het verschil tussen aceton en het aceton/bladgroenextract is het meest duidelijk in de blauwe
en rode gebieden van het spectrum (350-500 nm, nabij UV, het menselijk oog ziet licht vanaf
ongeveer 400 nm, en 600-700 nm, rood).
Een aardige manier om een en ander te illustreren is gebruik te maken van het ‘kleurenblok’ in
een tekenprogramma en dan de RGB kleuren te veranderen. Dit kan o.a. in powerpoint.
45. Vraag
Uit hoeveel en uit welke bladgroenpigmenten bestaat het chromatogram?
Antwoord
Verwacht kan worden:
39
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
 twee groene banden (chlorofyl a en b) en;
 drie geel/oranje banden (luteine, β-caroteen en neoxanthine).
Een en ander is wat variabel en hangt af van de kwaliteit van het extract, leeftijd bladmateriaal
en de concentratie van de pigmenten. Ook kan de wijze waarop het chromatogram geladen is van
invloed zijn.
40
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 7
a
b
46. Vraag: pyrodruivenzuur en NADH.H+ uit glucose
Hoeveel moleculen pyrodruivenzuur worden er gevormd uit één molecuul glucose?
Hoeveel NADH.H+ wordt er gevormd vanuit één molecuul glucose?
Antwoord
De glycolyse tot pyrodruivenzuur levert:
van pyrodruivenzuur naar acetylCoA:
citroenzuurcylus:
+
2 NADH/H+
→
6 ATP
2 ATP
2 NADH/H+
→
6 NADH/H+
+
2 GTP
+
2 FADH2
totaal:
→
→
→
6 ATP
18 ATP
2 ATP
4 ATP
38 ATP
(opmerking: in veel cellen gaat de overstap van NADH/H+ naar het mitochondrium via FADH2 en dat
levert dan 2 ATP minder op. Deze cijfers zijn bovendien niet exact: NADH/H+ levert niet precies 3
ATP, FADH2 niet precies 2 ATP.).
Zonder zuurstof kan alleen de glycolyse tot pyrodruivenzuur verlopen, en dat levert maar 2 ATP op.
47. Vraag: vergisting
Als er geen zuurstof aanwezig is, wordt pyrodruivenzuur vergist. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij de
vergisting van druiven, en levert alcohol op. Als er in jouw spieren niet genoeg zuurstof is voor de
inspanning die je levert, wordt pyrodruivenzuur ook vergist, maar nu niet tot alcohol maar tot
melkzuur. Zoek deze gistingsprocessen op in BINAS tabel 68B.
De vergistingstap levert geen energie meer op. Wat leveren deze reacties wel op?
Waarom gebeurt deze reactie?
Antwoord
De gistingsstap zorgt ervoor dat NADH/H+ wordt omgezet in NAD+.
Als NAD+ op zou raken stopt ook de glycolyse, omdat in de glycolyse NAD+ moet reageren tot
NADH/H+. En de glycolyse is nodig om, ook zonder zuurstof, ATP te leveren.
41
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 8
48. Vraag: schrijf de algemene reactie uit voor de vorming van triglyceriden uit glycerol en
vetzuren
42
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 9
49. Vraag
Het belangrijkste bestanddeel van aardgas is methaan.
a. Wat is de reactievergelijking van de verbranding van koolstof?
b. Diesel is geen zuivere stof maar een mengsel van moleculen van ongeveer gelijke grootte.
Een belangrijk deel.
Antwoord
a. C + O2 > CO2
b. 2 C14H30 + 43 O2 > 28 CO2 + 30 H2O
50. Vraag
Bij de verbranding in cellen van organismen wordt uitgegaan van glucose.
a. Schrijf de reactievergelijking van deze verbranding op.
Benzine bestaat voornamelijk uit het heptaan: C7H16, een alkaan. Een bijna vergelijkbaar alkaan is
hexaan: C6H14.
b. Schrijf ook hiervan de verbrandingsreactie op.
Een verbrandingsmotor kan niet lopen op glucose.
c. Waarom is glucose niet zo’n goede brandstof als benzine?
Antwoord
a. C6H12O6 + 6 O2 > 6 CO2 + 6 H2O
b. 2 C6H14 + 19 O2 > 12 CO2 + 14 H2O
c. Glucose is niet zo’n goede brandstof omdat voor een explosiemotor de brandstof in de
dampfase moet zijn. Maar glucose verbrandt al bij temperaturen waarbij de stof nog
in de vaste fase is.
51. Vraag
Aardolie is de belangrijkste fossiele brandstof. Op dit moment wordt er jaarlijks 4,4 x 109 m3 olie per
jaar gebruikt. De aanmaak van aardolie gebeurde met ongeveer 15.000 m3 per jaar.
Hoeveel jaren productie waren er ongeveer nodig om de olie te leveren voor één hedendaags
gebruiksjaar?
Antwoord
4,4*109/15000 = 3*105 jaar
52. Opdracht
Bekijk de videofi lm op de volgende website: ►URL5.
Waar dient de ‘Lye’ voor waarvan sprake is in de fi lm?
Antwoord
Lye is loog. Dit heeft als functie het katalyseren van het proces.
43
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden hoofdstuk 10
53. Vraag
a) Geef het reactieschema van de omzetting van zonnebloemolie in biodiesel
b) Hoe wordt deze reactie ook wel genoemd?
c) Welke rol spelen NaOH en methanol in deze reactie
d) Waarom voeg je magnesium sulfaat toe?
e) Hoeveel biodiesel kun je maken uit een liter zonnebloemolie?
Stel dat je evenveel biodiesel uit algenolie zou verkrijgen.
f) Hoeveel algenolie heb je nodig om je reis naar Amerika te kunnen vergoeden?
g) Hoeveel biomassa is dat?
Antwoord
a.
triglyceride
methanol
glycerol methylesters:biodiesel
b. Omestering
c. Methanol is nodig voor het omesteren. NaOH is een katalysator.
d. Magnesiumsulfaat wordt toegevoegd om de biodiesel te drogen, oftewel om water te
verwijderen dat, al dan niet als kristalwater, voor kan komen.
e. Zonnebloemolie heeft ongeveer de volgende samenstelling aan vetzuren: 8% C16
(palmitinezuur); 7% C18 (stearinezuur); 20% C18:1 (oliezuur) en 65% C18:2 (linolzuur), maar
kan tamelijk sterk variëren (zie http://en.wikipedia.org/wiki/Sunflower_oil).
Het dichtheid van zonnebloemolie is 917 g.l-1.
Het molgewicht van zonnebloemolie is als volgt berekend:
aandeel
in
gehalte molmassa
molmassa
palmitinezuur
0.08
256
20.48
stearinezuur
0.07
284
19.88
oliezuur
0.2
282
56.4
linolzuur
0.65
280
182
gemiddeld mol
gewicht
278.76
glycerol
zonnebloemolie
92
928.28
Gemakshalve kan dus gesteld worden dat 1 liter zonnebloemolie overeenkomt met 1 mol.
Bij omesteren wordt de glycerolgroep vervangen door drie methylgroepen. Een
methylgroep heeft een molmassa van 15. Er wordt dan dus 917 (molmassa zonnebloemolie)
– 92 (molmassa glycerol) + 3x15 (molmassa methylgroepen) = 870 gram biodiesel gemaakt
uitgaande van een efficiëntie van 100 %.
f. Zie het antwoord op opdracht 5.2. We gaan er gemakshalve van uit dat een vliegtuig dan
ook op diesel kan vliegen.
44
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Molmassa biodiesel: 293 g/mol (278 + 15). Er was 1.087 kmol kerosine nodig. Kerosine is
een C13 verbinding. Biodiesel is (afgerond) een C18 verbinding. Er is dus 13/18*1.087= 0.78
kmol diesel nodig. Dit is 228.5 kg.
g. Voor 1 liter olie 3.3 liter biomassa nodig. Er is dus 3.3*228.5 = 754.2 liter biomassa nodig.
Een liter algen zal ongeveer 0.95 kg wegen. Dit is zo’n 715 kg aan biomassa.
45
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
11. Toetsing
In deze module zijn meerdere toetsmomenten opgenomen. Er zijn drie toetsen die testen
of de leerlingen de theoretische achtergrond onder de knie hebben. Daarnaast wordt het
praktische werk beoordeeld en er is nog een ontwerpopdracht.
Toetsen
De toetsvragen voor de drie theoretische toetsen zijn aan het einde van dit hoofdstuk te
vinden op aparte pagina’s, tezamen met de antwoorden. Uit de gegeven vragen kan een
keuze gemaakt worden om de kennis van de leerlingen te toetsen.
Het gaat om de volgende toetsen:
 Toets A over koolstofdioxydeproductie en –compensatie, met een vraag over de
groei van kroos.
 Toets B over energie en warmte.
 Toets C over fotosynthese.
 Aparte toetsvragen over groeimodellen.
Afhankelijk van of hoofdstuk 10 bij onderdeel A aan bod komt of later, kunnen deze
vragen aan een van de andere toetsen worden toegevoegd, of als aparte toets
fungeren.
Praktische opdrachten
De praktische opdrachten worden beoordeeld op uitvoering, analyse, resultaatverwerking
en presentatie. Omdat de tijd best krap is, worden de leerlingen niet geacht een verslag
te maken, maar een goed meetrapport. In dit meetrapport moeten alle essentiële data
overzichtelijk opgenomen zijn. Dit is ter beoordeling van de docent/practicumbegeleider.
Eindopdracht
Bij de eindopdracht doorlopen de leerlingen het hele proces van onderzoek. De
verschillende fasen worden apart beoordeeld.
Bijgaand een matrix van punten waarop gelet zou kunnen worden bij de uitvoering van
het experiment. Deze matrix zou ook aan de leerlingen uitgedeeld kunnen worden.
46
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Onderzoeksvraag opstellen
Hoe gaat het antwoord op de vraag
er uit zien?
Afhankelijke variabele
Variabelen benoemen
Instrumentele variabele
controlevariabelen
Opstelling?
Theoretische
voorbereiding
Omschrijven van
meetproces
Steekproef?
……………….
Hypothese stellen
Wat moet het experiment aan data
opleveren?
Problemen in kaart brengen
Waar liggen de moeilijkheden van
het onderzoek?
Welke taken?
Planning maken
Door wie?
Wanneer?
Lijst benodigdheden
Zijn de spullen aanwezig?
Controlevariabelen bepalen
Kan later de proef herhaald
worden onder zelfde condities?
Zijn niet te kwantificeren
omgevingsinvloeden minimaal?
Praktische
voorbereiding
Bereik en nauwkeurigheid
meetinstrumenten
Klaarmaken tabellen
Hoe nauwkeurig zijn de
meetinstrumenten? (in%)
Vallen de te verwachten resultaten
binnen het meetbereik?
Zijn er voldoende kolommen /rijen
47
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Verlopen de metingen snel?
Uitvoering van
de metingen
proefdraaien
Gaan de metingen voldoende
bruikbare data opleveren?
Opruimen spullen
Zou je moeder tevreden zijn?
Verwerking meetresultaten
Grafische weergave?
Onderzoek
betrouwbaarheid
verslaglegging
Verlopen de metingen
routinematig?
Beantwoorden
onderzoeksvraag
Evaluatie
Toevallige afwijkingen?
Systematische afwijkingen?
Hoe luidt het antwoord op de
onderzoeksvraag?
Is dat in overeenstemming met
hypothese?
Hoe groot is de validiteit van de
conclusies?
Kan het onderzoek beter?
48
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Toets deel A: CO2-productie en –compensatie, groei van eendenkroos
Een verre reis
Je besluit met drie vrienden naar Zuid-Frankrijk te gaan (1450 km).
Voor een vakantie in Zuid-Frankrijk is het mogelijk om per auto te reizen of met het
vliegtuig te gaan. Drie vragen komen op naar aanleiding van dit dilemma:
Wat kost het meeste geld? Wat kost de meeste energie? Wat veroorzaakt de grootste
CO2-uitstoot? Om antwoord te krijgen worden relevante gegevens verzameld.
Gegevens
Een Boeiing 747 heeft een fuel-flow van
10 ton/uur. Het vliegtuig kan 500
passagiers vervoeren en heeft een
kruissnelheid van 900 km/uur.
De verbrandingswaarde van kerosine
bedraagt 40 MJ/kg.
Kerosine is een mengsel van
koolwaterstoffen met gemiddeld de
molaire massa van C13H28.
De kosten van een retourtje bedragen
€ 350,-
Benzine is een mengsel van verschillende
koolwaterstoffen en heeft een molaire
massa die overeenkomt met C7H16. De
dichtheid van benzine is 0,72 kg/liter.
De auto die ter beschikking staat rijdt
1:15. Dit houdt in dat je met een liter 15
km kunt afleggen. De kosten van
benzine bedragen €1,50 per liter.
De verbrandingswaarde van benzine
bedraagt 32 MJ/liter.
a. Bereken hoeveel brandstof een Boeiing verbruikt voor een reis heen en terug naar
Zuid-Frankrijk.
Vaak wordt gewerkt met het begrip reizigerskilometer. Bijvoorbeeld: als 10 passagiers
1000 km afleggen in een bus, zijn er 10.000 reizigerskilometers gemaakt.
b. Leg uit hoeveel MJ/reizigerskilometer de reis naar Zuid-Frankrijk kost per vliegtuig
en per auto.
c. Bij de verbranding van 1 ton kerosine komt ongeveer 3 ton CO2 vrij. Bereken de
CO2-uitstoot per reizigerskilometer.
d. Geef de reactievergelijking van de volledige verbranding van C7H16.
e. Bereken hoeveel CO2 er vrij komt bij de volledige verbranding van 1 liter benzine.
Als de motor niet goed is afgesteld vindt er onvolledige verbranding plaats.
f. Komt er bij onvolledige verbranding meer of minder CO2 per liter vrij?
g. Leidt in dat geval de tocht naar Frankrijk tot een grotere CO2-uitstoot? Leg uit.
Voor de beantwoording van de vraag of de tocht met het vliegtuig tot meer of minder
uitstoot van CO2 leidt, gaan we uit van volledige verbranding van de brandstof en wordt
van verdere complicerende factoren afgezien.
Om de vergelijking te kunnen maken, moet worden berekend hoeveel CO2 vrijkomt voor
deze reis per passagier.
h. Bereken de CO2 – uitstoot per reizigerskilometer voor een autoreis heen en terug
met vier personen naar Zuid-Frankrijk.
i. Wat is beter voor het milieu: de auto of het vliegtuig? Leg uit.
Klimaatcompensatie door boomaanplant
Op internet kun je voor een bedrag rond de 30 euro een vliegreis naar New York voor
CO2-uitstoot laten compenseren. Firma’s als Trees for All planten voor dit bedrag dan
49
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
zo’n 150 bomen in ontwikkelingslanden. Daarbij wordt er van uitgegaan dat een boom na
50 jaar ongeveer 1 ton heeft vastgelegd.
De fotosynthese levert bij een boom in de tropen die de ruimte krijgt, ongeveer 10 kg
droge massa per m2 per jaar.
a. Geef de netto-reactievergelijking van de fotosynthese.
b. Bereken hoeveel CO2 nodig is om bij de fotosynthese 10 kg aan koolwaterstoffen
te produceren.
c. Maak een schatting van het oppervlak wat een volwassen boom inneemt.
d. Bereken hiermee hoeveel droge massa de gemiddelde boom in 50 jaar
produceert. Verwaarloos daarbij het feit dat het een tijd duurt voordat de boom
volwassen is.
e. Welke voorzorgsmaatregelen zou Trees for All moeten nemen om te zorgen voor
echte compensatie voor CO2-uitstoot?
Groei van eendenkroos
Eendenkroos kweken kan minstens zoveel opleveren aan biomassa als de aanplant van
bomen. Nodig is dan een kroosveld waar regelmatig wordt geoogst. Drogen van het
kroos en vervolgens verbranden ten behoeve van elektriciteitsopwekking vormt een
wezenlijk bijdrage aan CO2-compensatie.
a. Leg dit uit. Er komt toch CO2 vrij bij de verbranding?
Om inzicht te krijgen in de te verwachten opbrengst laat men het kroos een tijdlang
groeien waarbij het oppervlak van kroosveld regelmatig wordt gefotografeerd. Aan de
hand hiervan kan men vast stellen hoe de hoeveelheid kroos zich ontwikkelt.
In onderstaande grafiek zijn de meetresultaten weergegeven.
hoeveelheid kroos (kg)
groei van kroos
700
600
500
400
Reeks1
300
200
100
0
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
tijd (dag)
b. Verklaar de vorm van de curve.
Een dergelijk groeiproces wordt gekarakteriseerd m.b.v. de volgende formule:
m
dm
 cm(1  )
E
dt
Hierin is m de massa van het kroos, c is een groeifactor en E = de maximale hoeveelheid
kroos die het kroosveld kan bevatten.
c. Bepaal m.b.v. de grafiek op het antwoordblad de waarde van dm/dt na 3 dagen
en na 6 dagen.
50
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
d. Als m in de buurt van E komt stopt het kroos met groeien. Leg dit uit aan de hand
van de formule.
e. Leg uit hoe groot de waarde van E moet zijn.
Men voert een kleine starthoeveelheid kroos aan het wateroppervlak toe. Als er eenmaal
een flinke hoeveelheid kroos is gevormd, rijst de vraag wanneer er geoogst moet gaan
worden en hoeveel er dan onttrokken moet worden.
Een manier om het kroos te oogsten is te wachten totdat het veld helemaal vol ligt met
kroos en dan het veld helemaal leeg te halen. Daarna kan het proces herhaald worden.
f.
Als het groeiseizoen ongeveer 100 dagen duurt, hoeveel kg kroos kan dan totaal
worden geoogst?
Een andere manier is om dagelijks een kleinere hoeveelheid kroos te onttrekken op zo’n
manier dat de hoeveelheid kroos in de vijver van dag op dag hetzelfde blijft.
g. Leg uit op welke dag men in dat geval moet beginnen met oogsten om zoveel
mogelijk kroos te kunnen oogsten.
h. Bepaal m.b.v. de grafiek hoeveel kroos op die wijze gedurende een groeiseizoen
van 100 dagen bij benadering kan worden geoogst.
51
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden bij toets deel A
Een verre reis
a. Het reizen duurt dus 2900/900 = 3,22 uur. Met 10 ton/uur wordt er dus 32,2 ton
kerosine verbruikt.
b. Er worden 500*2900 km afgelegd =1450000 reizigerskm.
32,2 ton kerosine=32200 kg kerosine/1450000 reizigerskm= 0,0222
kg/reizigerskm.
Verbrandingswaarde 40 MJ/kg dus 40*0,0222 MJ/kg*kg/reizigerskm. = 8,88
MJ/reizigerskm.
Voor de auto geldt:
4*2900 = 11600 reizigerskm.
2900 km/15 l/km= 193,3 liter nodig
Met 32 MJ/liter houdt dit in 32*193,3 = 6187 MJ nodig voor de reis heen en terug
Per reizigerkm is dat dan: 6187/11600 =0,533 MJ/reizigerskm.
c. 32,2 ton kerosine* 3 =96,6 ton CO2. Per reizigerskm is dit dus
96600/1450000=0,067kg.=67 gram.
d. C7H16 + 11 O2 > 7 CO2 + 8 H2O
e. 1 liter benzine * 0,72 kg/liter = 0,72 kg.
Molaire massa van benzine : 100g/mol dus 7,2 mol benzine.
Dit geeft 7*7,2 = 50,4 mol CO2, dwz 50,4*44=2218 gram CO2= 2,2 kg.
f. Minder CO2 want de verbranding was onvolledig. Bij verdere verbranding zou de
rest vrijkomen.
g. De reis naar Frankrijk gaat nu meer energie kosten. Uiteindelijk zal dus meer CO2
vrijkomen.
h. Bij een liter komt 2218 gram vrij en daarmee kunnen 4*15 reizigerskm worden
afgelegd. Dus 2218/60=37 g/reizigerkm.
i. Met 4 personen is de auto ongeveer 2x minder slecht voor het milieu.
Klimaatcompensatie door boomaanplant
a. 6 CO2 + 6 H2O > C6H12O6 + 6 O2
b. Molaire massa van glucose = 186 g/mol. Dus 10 kg komt overeen met
10000/186=53,76 mol. Daarvoor zijn dus 6*53,76 mol CO2 nodig d.w.z. 322,5
mol. Dit komt overeen met 322,5*44 = 14,2 kg CO2.
c. Neem aan dat de kruin ongeveer 7 m in doorsnee is. Dan is een goede schatting
voor het oppervlak dus 50 m2.
d. 10 kg/m2*50m2 = 500 kg per jaar. In 50 jaar levert dat 25 ton op. Het overgrote
deel van de massa die door fotosynthese is geproduceerd, is in die 50 jaar dus
verloren gegaan.
e. Jaarlijks de blaadjes verzamelen, na kap zorgen dat het hout een goede
bestemming krijgt en tenslotte zorgen dat de biomassa die uiteindelijk vrij komt
ten goede komt aan de energievoorziening.
Groei van eendenkroos
a. Verbranding van kroos is CO2-neutraal. Er vindt wel uitstoot plaats maar die is
eerder uit de lucht gehaald.
b. Aanvankelijk kan het kroos vrij groeien. Maar gaandeweg gaat de begrenzing van
de ruimte een grotere rol spelen. Na 8 dagen is het veld helemaal vol gegroeid.
De groei komt nu tot stilstand en de krooshoeveelheid is constant geworden (630
kg).
c. Raaklijn trekken. Deze gaat door de punten (2,0 dag, 0 kg) en (8,0 dag, 500 kg).
Dus dm/dt = 500 kg/6 dag = 83 kg/dag.
En op t = 6 dag: De raaklijn gaat door de punten (1,0dag,0kg) en (7,0 dag, 650
kg) Dus dm/dt = 650 kg/6 dag = 108 kg/dag.
d. Als m ongeveer gelijk is aan E wordt m/E ongeveer 1 en dm/dt dus 0.
e. E is dus ongeveer 630 kg want dan is de groei 0.
52
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
f.
In dat geval kan er dus elke 8 dagen 630 kg geoogst worden. Tijdens een
groeiseizoen kan de cyclus ongeveer 12,5 x herhaald worden. Dus dat levert 630
kg * 12,5 = 7875 kg = 7,8 ton op.
g. De toename per dag is het grootst op t = 4,4 dag. Dan loopt de grafiek het steilst.
h. De raaklijn op t = 4,4 dag gaat door de punten (3 dag, 0 kg) en (6 dag, 650 kg).
Dus de dagelijkse oogst is 650 kg/3 dag =217 kg/dag. Dit kan 100 x herhaald
worden en de vijver levert dus op: 22 ton. Ongeveer drie x zoveel als bij de
andere oogstmethode.
53
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoordblad bij opgave: groei van eendenkroos
Naam…………………………..
hoeveelheid kroos (kg)
groei van kroos
700
600
500
400
Reeks1
300
200
100
0
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
tijd (dag)
54
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Toets deel B: energie en warmte
De gesloten kas
De glastuinbouw biedt grote mogelijkheden om iets te doen aan het broeikaseffect.
Daarbij gaat het om biomassa en warmte.
a. Leg dit uit.
In een gesloten kas kan de jaarlijkse opbrengst aan biomassa per m2 ten gevolge van
fotosynthese tot een hoogte worden opgevoerd die ver ligt boven de mogelijke opbrengst
buiten de kas.
b. Geef twee redenen voor dit verschijnsel.
c. Beschrijf hoe de gesloten kas netto energie zou kunnen leveren.
Om een broeikas in de zomer af te koelen, zou gebruik gemaakt kunnen worden van een
koelsysteem waarbij koud water, stromend door koperen buizen, warmte onttrekt aan de
ruimte.
d. Leg uit waarom koperen buizen dan het meest geschikt zijn.
Bij berekeningen blijkt dat een groot leidingennet van koperbuizen geen geschikt
instrument is om warmte af te voeren uit een gesloten kas in de zomer. Voor de
gemiddelde tuinbouwkas zouden al gauw vele tonnen koper nodig zijn. De firma Fiwihex
heeft echter een warmtewisselaar op de markt gebracht met veel geringere afmetingen.
Zie figuren 1 en 2.
Figuur 1
Figuur 2
Het principe van deze warmtewisselaar is dat er heel dunne buisjes worden gebruikt om
het koelwater doorheen te laten lopen. Zie figuren 3 en 4.
Figuur 3
Figuur 4
55
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
De buisjes zijn ingevlochten in matjes waar ook zeer dunne koperdraden zijn ingeweven
(zie figuren 3 en 4).
De warmtewisselaar (figuur 2) beschikt over een ventilator die lucht aanzuigt en tussen
de matjes door blaast.
e. Leg uit waarom de matjes doorvlochten zijn met dunne koperdraden.
f. Voor een goed warmtetransport zijn vier smalle buisjes met inhoud V beter dan
een bredere buis met inhoud 4V. Leg dit uit.
g. Als er lucht langs de koperen buisjes wordt geblazen, verbetert het
warmtetransport. Leg dit uit.
De warmtewisselaars van Fiwihex hebben een koelvermogen van 25 kW. Ze worden
toegepast in grote tuinkassen (zie figuur 1). Deze kunnen een oppervlak hebben van 1
ha.
Op een zonnige dag kan de warmtetoevoer van de zon oplopen tot 650 W/m2.
h. Bereken hoeveel warmtewisselaars hier tenminste nodig zijn.
Een experiment met warmtegeleiding
Om de eigenschappen van de warmtegeleiding te onderzoeken wordt een koperen buis
gevuld met heet water en wordt gekeken naar de afkoeling van de buis. Voor dit proces
geldt de zogenaamde afkoelingswet van Newton:
dTV
 c A * TV
dt
a. Hoe luidt deze wet in woorden?
b. Wat is de betekenis van de gebruikte symbolen en welke grootheden stellen ze
voor?
c. Wat is de eenheid van het linkerlid van de vergelijking?
d. Wat is de eenheid van de constante cA?
Het experiment wordt opgezet. Eerst wordt de omgevingstemperatuur vastgesteld. Deze
blijkt 21 oC te zijn. Men registreert de temperatuur in de buis om de 2 minuten. De
resultaten staan in de grafiek hieronder.
56
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
afkoeling
70,00
Temperatuur (C)
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
tijd(min.)
e. Bepaal m.b.v. de grafiek op het antwoordblad de waarde van de grootheid dTV/dt
op het tijdstip 0.
f. Bepaal m.b.v. de grafiek en het antwoord bij vraag e de waarde van de
afkoelconstante cA van de buis.
57
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden bij toets deel B
De gesloten kas
a. De kas biedt de volgende twee mogelijkheden:
 Productie van biomassa waarmee uitstoot van CO2 kan worden
gecompenseerd.
 Energieproductie door warmte in de zomer op te slaan voor gebruik in de
winter. Mogelijk kan er behalve de kas zelf warmte aan woningen worden
geleverd.
b. Opvoeren van de fotosynthese door middel van de controlevariabelen
temperatuur, licht, vochtigheid, CO2, voeding en verlenging van het groeiseizoen.
c. De warmte in de kas kan in de zomer worden afgevoerd m.b.v. een koelsysteem
en worden opgeslagen in de bodem. In de winter kan de warmte weer worden
opgehaald en gebruikt worden om de temperatuur in de kas op te krikken.
d. Koper is een zeer goede warmtegeleider (alleen zilver scoort hoger en dat is een
beetje duur!).
e. Het oppervlak waaraan warmte door de lucht kan worden afgegeven wordt
hierdoor vergroot. Dunne draadjes hebben een relatief groot oppervlak.
f. Vier smalle buisjes met inhoud V hebben een 2x zo kleine diameter als een
bredere buis met inhoud 4V. De buisjes samen hebben dus een twee keer zo
groot manteloppervlak. Daardoor wordt het warmtetransport al groter. Maar de
smalle buisjes kunnen ook dunner worden uitgevoerd. Dit scheelt nog eens een
factor 2.
g. De warmtegeleiding wordt belemmerd door een luchtlaagje rond het
koperoppervlak. Door de lucht in beweging te brengen is er dus steeds nauw
contact tussen de warme lucht en het koude koper.
h. Er komt 650*10000 J per seconde de kas in. Dus 6,5 MJ. Per warmtewisselaar
wordt 25 kW onttrokken. Dus voor 1 MW zijn 40 wisselaars nodig. Dus 6,5*40 =
260 warmtewisselaars zijn er nodig. (Dit komt neer op ongeveer een
warmtewisselaar per 40m2.)
Een experiment met warmtegeleiding
a. De temperatuurdaling per seconde is evenredig met het temperatuurverschil
met de omgeving.
b. TV is het verschil in temperatuur tussen buis en omgeving
dTV/dt is de verandering van TV per seconde of minuut en dus ook de
temperatuurdaling per seconde of minuut. cA is een evenredigheidsconstante.
c. 0C/s of 0C/min
d. s-1 of min-1
e. Raaklijn trekken op t=0. Deze gaat door (0 min,620C) en (4,4 min, 0 0C).
Dus dTV/dt = -62/4,4 = -14,09 0C/min =- 0,235 0C/s.
f. Aangezien volgens de formule moet gelden:
-0,235 0C/s.= - cA*(62-210C) moet er dus gelden cA = 0,235/41 = 0,0057 s-1
58
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoordblad bij opgave: een experiment met warmtegeleiding
Naam………………………………
afkoeling
70,00
Temperatuur (C)
60,00
50,00
40,00
Antwoordblad
30,00
20,00
Naam:………………………………………..
10,00
0,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
tijd(min )
59
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Toets deel C over fotosynthese
1. Bij de fotosynthese gebruiken planten koolstof uit ______ om suiker en andere
organische moleculen te maken.
a)
b)
c)
d)
e)
water
koolstofdioxide
chlorofyl
de zon
de bodem.
2. Welke van de volgende organismen is niet in staat om fotosynthese uit te voeren?
a)
b)
c)
d)
e)
een bacterie
een dennenboom
een paddenstoel
zeewier
algen.
3. Hoe komt koolstofdioxide het blad binnen?
a)
b)
c)
d)
e)
door
door
door
door
door
de chloroplasten
het pallisadenparenchym
de thylakoïden
de huidmondjes
de houtvaten.
4. In spinazie is het chlorofyl aanwezig in ______.
a) de chloroplasten, die in de pallissadeparenchymcellen in de thylakoïden van een
blad aanwezig zijn.
b) de pallissadeparenchymcellen, die in de thylakoïden van de chloroplasten van een
blad aanwezig zijn.
c) de thylakoïden, die in de pallissadeparenchymcellen in de chloroplasten van een
blad aanwezig zijn.
d) de chloroplasten, die in de thylakoïden in de pallissadeparenchymcellen van een
blad aanwezig zijn.
e) de thylakoïden, die in de chloroplasten in de pallissadeparenchymcellen van een
blad aanwezig zijn.
5. In welk deel van de chloroplasten vind je de chlorofyl moleculen?
a)
b)
c)
d)
e)
in
in
in
in
in
de grana
het stroma
de huidmondjes
het plasmamembraan
het Golgi apparaat.
60
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
6. Door experimenten met behulp van isotopen is aangetoond wat de bron is van de
zuurstof die tijdens de fotosynthese geproduceerd wordt. De zuurstof komt uit
______.
a)
b)
c)
d)
e)
koolstofdioxide
glucose
radio-isotopen
water
licht.
7. Wat is, tijdens de fotosynthese, de bestemming van de zuurstofatomen uit CO2? Ze
eindigen ______.
a)
b)
c)
d)
e)
als moleculaire zuurstof
in suiker moleculen
in water
als moleculaire zuurstof en in suiker moleculen
in suiker moleculen en in water.
8. Moleculaire zuurstof wordt geproduceerd tijdens ______.
a)
b)
c)
d)
e)
de glycolyse
alle reacties in de fotosynthese
de Calvincyclus
aërobe verbranding
de elektronentransportketen.
9. De reacties van de Calvincyclus zijn niet direct afhankelijk van licht, maar ze vinden
meestal niet ’s nachts plaats. Waarom niet?
a)
b)
c)
d)
e)
’s nachts is het vaak te koud om deze reacties te laten plaatsvinden
’s nachts neemt de koolstofdioxideconcentratie af
de Calvincyclus is afhankelijk van producten uit de licht reactie
’s nachts openen planten normaal gesproken hun huidmondjes
’s nachts kunnen planten geen water produceren en dat is nodig voor de
Calvincyclus.
10. Het onderdeel van de fotosynthese dat de Calvincyclus wordt genoemd vindt plaats in
______.
a)
b)
c)
d)
e)
de thylakoïde membranen
de binnenste ruimte van het thylakoïd
het stroma
de huidmondjes
de binnenmembraan van mitochondriën.
11. Welke van de onderstaande fotonen bevat de meeste energie?
a)
b)
c)
d)
e)
een
een
een
een
een
groen foton
geel foton
blauw foton
oranje foton
rood foton.
61
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
12. De belangrijkste rol van pigmenten bij de fotosynthese is _______.
a)
b)
c)
d)
e)
het binden van lichtenergie
het beschermen tegen schadelijke ultraviolette straling
het opslaan van energie in glucose moleculen
energie uit glucose moleculen halen
het opslaan van energie in de vorm van ATP.
13. In welk gebied vallen de golflengtes van licht dat geabsorbeerd wordt door pigmenten
in een blad?
a)
b)
c)
d)
e)
groen, dat is waarom planten groen zijn
blauwviolet en roodoranje
het hele spectrum van wit licht
infrarood
het gebied dat door carotenoïden geabsorbeerd wordt.
14. Engelmann heeft d.m.v. experimenten bepaald bij welke golflengtes van licht het
meeste fotosynthese plaatsvond. Met andere woorden, Engelmann heeft ______
gemeten.
a)
b)
c)
d)
e)
een
een
een
een
een
effectief spectrum
absorptie spectrum
elektromagnetisch spectrum
zichtbaar licht spectrum
actie spectrum.
15. Als chloroplasten licht absorberen, ______.
a)
b)
c)
d)
e)
worden sommige moleculen daarin gereduceerd
verliezen ze potentiële energie
raken hun elektronen in aangeslagen toestand
wordt de Calvincyclus gestopt
raken hun fotonen in aangeslagen toestand.
16. Wat wordt er gevormd door het reactiecentrum, het antennecomplex en de primaire
elektronenacceptoren bij elkaar in de thylakoïdmembranen?
a)
b)
c)
d)
e)
het fluorescentie centrum
het fotosysteem
de elektronentransportketen
de koolstoffixatie-eenheid
het elektromagnetisch spectrum.
17. Waar komen de elektronen vandaan die bij fotosysteem II nodig zijn?
a)
b)
c)
d)
e)
van
van
van
van
van
andere chlorofyl moleculen
ATP
cytochroom f
licht
water.
62
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
18. Tijdens de fotosynthese wordt er in de chloroplasten zuurstof gevormd uit ______ via
een serie reacties in samenwerking met ______. (Geef de meest directe associatie
aan)
a)
b)
c)
d)
e)
CO2
H2O
CO2
H2O
CO2
fotosysteem II
fotosysteem II
de Calvincyclus
fotosysteem I
fotosysteem I en de Calvincyclus.
19. Tijdens de fotosynthese wordt er een elektronentransportketen gebruikt om ______.
a) NADH te transporteren van de licht reactie naar de Calvincyclus
b) aangeslagen elektronen te transporteren van P700 naar een primaire
elektronenacceptor
c) aangeslagen elektronen te transporteren van P680 naar een primaire
elektronenacceptor
d) elektronen te transporteren van fotosysteem II naar fotosysteem I
e) aangeslagen elektronen te transporteren van P700 naar een elektronenacceptor en
aangeslagen elektronen te transporteren van P680 naar een elektronenacceptor.
20. Wat wordt er gecirculeerd in het cyclische gedeelte van de licht reacties?
a)
b)
c)
d)
e)
elektronen
ATP
NADPH
DPGA
geen van de bovenstaande.
21. Zowel mitochondriën als chloroplasten ______.
a)
b)
c)
d)
e)
gebruiken een protongradiënt om ATP te produceren
halen elektronen uit water
reduceren NAD+ en vormen NADP
hebben zuurstof als bijproduct
zijn omgeven door een enkel membraan.
22. Tijdens fotosynthese in een eukaryote cel wordt er een hoge concentratie eiwitten
gevormd (of geaccumuleerd) in ______.
a)
b)
c)
d)
e)
het thylakoïdmembraan
de binnenste thylakoïdruimte
het stroma
de huidmondjes
de matrix.
23. De lichtreacties van de fotosynthese zorgen voor hoogenergetische elektronen welke
eindigen in ______. De licht reactie produceert ook ______ en ______.
a)
b)
c)
d)
e)
ATP
zuurstof
chlorofyl
water
NADPH
NADPH
suiker
ATP
suiker
ATP
zuurstof
ATP
NADPH
zuurstof
zuurstof
63
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
24. De energie die gebruikt wordt om ATP te produceren in de licht reacties is afkomstig
uit ______.
a)
b)
c)
d)
e)
de verbranding van suiker
de splitsing van water
beweging van H+ (protonen) door een membraan
koolstoffixatie
fluorescentie.
25. Wat is de rol van NADP+ tijdens de fotosynthese?
a)
b)
c)
d)
e)
Het
Het
Het
Het
Het
assisteert chlorofyl bij het absorberen van licht.
functioneert als de primaire elektronenacceptor voor de fotosystemen.
is een deel van de elektronentransportketen en maakt ATP.
assisteert fotosysteem II in het splitsen van water.
wordt gereduceerd en brengt dan de elektronen naar de Calvincyclus.
26. Wat gebeurt er niet tijdens de lichtreacties?
a)
b)
c)
d)
e)
zonlicht omzetten in chemische energie
ATP en NADPH maken
CO2 reduceren
aangeslagen elektronen transporteren van chlorofyl naar een elektronenacceptor
fotonen absorberen.
27. Rubisco is ______.
a) het enzym in planten dat als eerste CO2 fixeert aan het begin van de Calvincyclus
b) het enzym dat verantwoordelijk is voor de splitsing van H2O om O2 te produceren
tijdens de fotosynthese
c) het enzym dat een C4-verbinding vormt in het CAM metabolisme
d) het eerste stabiele intermediair in het CAM metabolisme
e) het C5-molecuul dat reageert met CO2 om de Calvincyclus te beginnen.
28. In de Calvincyclus wordt CO2 gecombineerd met ______.
a) een C2-molecuul voor de vorming van een C3-verbinding
b) een C5-verbinding om een instabiele C6-verbinding te vormen die uiteenvalt in
twee C3-verbindingen
c) een C7-verbinding voor de vorming van twee C4-verbindingen
d) een C5-verbinding voor de vorming van een stabiele C6-verbinding die direct
omgezet kan worden in glucose
e) twee C2-verbindingen voor de vorming van een C5-verbinding.
29. Glyceraldehyde-3-fosfaat wordt geproduceerd in het stroma van de chloroplasten.
Wat is waar over deze verbinding?
a)
b)
c)
d)
e)
Het
Het
Het
Het
Het
wordt tijdens de glycolyse geproduceerd uit glucose.
wordt geproduceerd uit pyruvaat voordat het de mitochondriën ingaat.
is een aminozuur dat gebruikt wordt om eiwitten te maken.
is een onderdeel van fotosysteem I.
is een unieke verbinding voor fotosynthese.
64
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
30. Welke van de volgende combinaties geeft op een goede manier de verschillende
bijdragen aan de Calvincyclus weer met de daarbij behorende rol binnen de cyclus?
a)
b)
c)
d)
e)
koolstofdioxide:
koolstofdioxide:
koolstofdioxide:
koolstofdioxide:
koolstofdioxide:
hoog energetische elektronen … ATP: energie … NADPH: koolstof
koolstof … ATP: energie … NADPH: hoog energetische elektronen
hoog energetische elektronen … ATP: koolstof … NADPH: energie
energie … ATP:koolstof … NADPH: hoog energetische elektronen
waterstof … ATP: koolstof … NADPH: energie
31. Wat is de rol van NADP+ tijdens de fotosynthese?
a)
b)
c)
d)
e)
Het
Het
Het
Het
Het
speelt een rol bij de productie van ATP tijdens de licht reacties.
absorbeert licht energie.
is een deel van fotosysteem II.
is de primaire elektronenacceptor.
vormt NADPH dat gebruikt kan worden tijdens de Calvincyclus.
32. Het gebruik van C3 planten als gewassen is in sommige gebieden gelimiteerd omdat
ze op hete en droge dagen hun huidmondjes sluiten. Wat gebeurt er als ze hun
huidmondjes sluiten?
a)
b)
c)
d)
Het vermindert het waterverlies.
Het voorkomt dat koolstofdioxide het blad binnenkomt.
Er wordt zuurstof geproduceerd tijdens de lichtreacties in het blad
Al het bovenstaande.
33. Waarom zijn C4-planten meer aangepast aan hete klimaten dan C3-planten?
a) Ze sluiten hun huidmondjes niet bij heet, droog weer.
b) In tegenstelling tot C3-planten blijven ze koolstof fixeren, zelfs als de concentratie
koolstofdioxide in het blad laag is.
c) Ze zijn geëvolueerd in koud weer, maar vervolgens gemigreerd naar de tropen
waar ze meer geschikt voor zijn.
d) Ze stellen fotosynthese uit als het heet is.
e) Dezelfde cellen die koolstof fixeren voeren de Calvincyclus uit.
34. Je hebt een grote, gezonde philodendron (kamerplant), deze laat je in totale
duisternis achter als je op vakantie gaat. Als je terugkomt van je vakantie ben je
verbaasd als je ontdekt dat de plant nog steeds leeft. Wat heeft de plant als
energiebron gebruikt in het donker?
a) Zelfs als de plant de lichtreacties niet uit kan voeren dan kan de plant nog steeds
suikers produceren omdat er geen licht nodig is voor de Calvincyclus.
b) Toen de plant nog wel licht had, heeft ze energie opgeslagen in de vorm van
suikers of zetmeel en terwijl je op vakantie was kon de plant energie halen uit die
moleculen.
c) Zelfs als de plant geen zichtbaar licht krijgt kan ze gebruik maken van het korte
golf gedeelte van het elektromagnetische spectrum (gamma- en röntgenstraling)
om fotosynthese uit te voeren.
d) Als er geen licht energie beschikbaar is kunnen planten energie halen uit
anorganische moleculen.
e) Geen van de bovenstaande beweringen is juist.
65
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
35. Waar komen de elektronen vandaan die bij fotosysteem I nodig zijn?
a)
b)
c)
d)
e)
van
van
van
van
van
andere chlorofyl moleculen
ATP
cytochroom f
licht
water.
66
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoorden toets deel C
1. b
2. c
3. d
4. e
5. a
6. d
7. e
8. e
9. c
10. c
11. c
12. a
13. c
14. e
15. a
16. b
17. e
18. b
19. d
20. a
21. a
22. c
23. c
24. c
25. e
26. c
27. a
28. b
29. a
30. b
31. e
32. d
33. b
34. b
35. c
67
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Toetsvragen groeimodellen
Vraag 1
Hieronder staat een tabel met de meetgegevens van een proef met eendenkroos met t
de tijd en h de hoeveelheid eendenkroos.
t
h
0
1
0
1
1
5
2
2
2
3
3
3
4
4
8
5
7
0
6
10
0
7
14
1
8
19
3
9
25
0
10
31
3
11
37
3
12
42
0
13
45
3
14
47
4
15
48
6
16
49
3
a.
b.
c.
d.
Voer deze gegevens in op je GR en maak een stippengrafiek.
Zoek met de GR een formule bij deze grafiek.
Welk verzadigingsniveau wordt er op den duur bereikt?
Aan het begin is er sprake van vrijwel exponentiële groei. Wat is dan de
groeifactor?
17
49
6
18
49
8
Vraag 2
Hiernaast zie je een tabel van de
lichaamslengte van Nederlandse
kinderen van 0 – 21 jaar. Als je van
de gegevens van de jongens een
grafiek zou maken dan zou je zien
dat de grafiek vanaf de leeftijd van 9
jaar op een S-kromme lijkt.
a. Voer de gegevens van de
jongens (vanaf 9 jaar) in op
je GR en teken de
stippengrafiek. Probeer je
window zo mooi mogelijk in
te stellen. Welk window
gebruik je?
b. Zoek met de GR een formule
voor deze grafiek.
c. Hoe lang schat je dat de
gemiddelde jongen
uiteindelijk wordt als je naar
de stippengrafiek kijkt?
En hoe lang wordt de
gemiddelde jongen
uiteindelijk volgens de
formule? Licht je antwoord
toe.
68
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
Antwoordmodel Groeimodellen
Opgave 1
a. Dit levert een S-kromme op.
b. y =c/(1+ae^(-bx)) met a = 73,88994038, b = 0,479150457 en c = 511,37.
c. Uit de formule kun je afleiden dat het verzadigingsniveau 511,37 is. Je kunt ook
de formule in de GR invoeren en het verzadigingsniveau met de tabel bepalen of
uit de grafiek afleiden.
d. Ongeveer 1,4 à 1,5. Eventueel zou je de GR voor de eerste paar meetgegevens
een formule kunnen laten maken met de optie ExpReg, maar je kunt het ook al
afleiden uit de tabel.
Opgave 2
a. Bijv. Xmin = 9, Xmax = 21, Ymin = 1350, Ymax = 1900.
b. y =c/(1+ae^(-bx)) met a = 2,824286698, b = 0,2099180121 en c =
1930,051225.
c. Uit de stippengrafiek blijkt dat een jongen vanaf zijn 19e bijna niet meer groeit,
dus iets van 185 cm. Uit de formule volgt echter dat een jongen ongeveer 193 cm
wordt.
69
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
12. Suggesties en extra opdrachten
Een leuke mogelijkheid om meer ‘feeling’ te krijgen met de module is om de workshop
“Algen in actie” aan te vragen. In deze workshop gaan de leerlingen aan de slag met het
kweken van algen en bepalen ze de algengroei aan de hand van de zuurstofproductie.
Indien het bijvoorbeeld niet mogelijk is om de groepsopdracht van hoofdstuk 3, het
opzetten van een algenkweek, uit te voeren op school zelf is dit een goed alternatief. Dit
kan geregeld worden via het Bètasteunpunt, [email protected]
Studenten van Wageningen Universiteit kunnen ook op uw school langskomen met een
‘mobiel practicum’ fotosynthese. Hierin wordt de invloed van pesticide op de
fotosynthese-activiteit van een wel en een niet resistente plant gemeten. Meer informatie
is te vinden op: www.wageningenur.nl/docenten
70
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde
13. Achtergrondinformatie
Context(en)
Meer over de gesloten kas etc. op internet:

Erg uitgebreid rapport van WUR A&F over optimalisatie van lichtgebruik in de
glastuinbouw. 154 pagina’s, maar wel goed leesbaar: http://edepot.wur.nl/40067
Boeken
Titel:
Auteur:
Uitgever:
ISBN:
Omschrijving:
Energy, Plants and Men.
David Walker.
Oxygraphics.
1 870232 05 4
Boek dat op een leuke manier fotosynthese, assimilatie/dissimilatie en
thermodynamische principes behandelt. Insteek is het verbruik van
energie en het opraken van fossiele brandstoffen. Leuke en
verhelderende illustraties. Boek is heel goed leesbaar, maar wel in het
Engels.
Digitale versie te verkrijgen via NLT steunpunt: [email protected]
Titel:
Auteur:
Uitgever:
ISBN:
Omschrijving:
Molecular Mechanisms of Photosynthesis
Robert E. Blankenship
Blackwell Science
?
Wetenschappelijk boek dat ingaat op fotosynthese op moleculair niveau.
Niet geschikt voor leerlingen. Er is wel een goede omschrijving van het
evolutionaire proces van fotosynthese (chapter 11). Boek is in het
Engels.
Meer over fotosynthese op internet
Dit is een opsomming van allerlei internetsites die eventueel gebruikt kunnen worden in
de NLT module Brandstof voor het leven. Nadeel is wel dat veel sites (vooral de betere)
in het Engels zijn.





http://www.teleblik.nl  Website die filmpjes bewaart van de publieke omroep over
bepaalde thema’s. Filmmateriaal mag gebruikt worden voor onderwijsdoeleinden. Er
kan zelfs een thema aangevraagd worden, iemand gaat dan filmmateriaal bij elkaar
zoeken. Er is al een thema ‘Biomassa’ waar wellicht interessante filmfragmenten bij te
vinden zijn.
Er is een filmpje te bekijken van klokhuis over fotosynthese:
http://www.hetklokhuis.nl/onderwerp/fotosynthese
Op deze site staan allerlei links naar animaties die fotosynthese weergeven:
 http://www.biologycorner.com
o De eerste link in bovenstaande link leidt tot een boek ‘biology’. Chapter 10 van dit
boek gaat over fotosynthese. Er is ook een quiz van 10 vragen:
http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter10/chapter_quiz.html
Op deze site staat de hele fotosynthese uitgelegd aan de hand van plaatjes en
animaties. De site is alleen wel in het Engels, en je hebt realplayer nodig voor de
animaties. Fotosynthese valt onder het onderwerp ‘Cells’, maar ook andere
onderwerpen uit de biologie worden hier behandeld. Aan het eind van het onderwerp
zijn vragen opgenomen:
http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/cells/index.html.
Deze site is een voorbeeld van hoe de geschiedenis van het fotosynthese-onderzoek
gebruikt kan worden om leerlingen te interesseren voor het onderwerp en
71
Nlt2-v109- Docentenhandleiding
Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde





tegelijkertijd om te laten zien dat kennis ontwikkeld wordt door het doen van
onderzoek en dat niet alle kennis in één keer uit de lucht komt vallen.
http://www.nap.edu/readingroom/books/nses/html/photo6e.html.
Site met 1 miljoen links over specifieke onderdelen van fotosynthese. Beetje te
diepgaand voor VWO. http://www.life.uiuc.edu/govindjee/photoweb/
Twee publicaties die meer ingaan op het fysische gedeelte van de fotosynthese.
 http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/2005/artikel.pag?objectnum
ber=10874
 http://www.bionieuws.nl/artikel.php?id=592&print=1
Ook veel leuke filmpjes op http://www.YouTube.com Vul in ‘Photosynthesis’. Je krijgt
dan 82 hits waarvan het merendeel onzin is, maar soms wel grappig (fotosynthese
nagespeeld door mensen bijvoorbeeld…).
Nederlandse site voor biologie onderwijs: http://www.bioplek.org
Engelse site voor onderwijs. Zeer mooie plaatjes, maar de filmpjes zijn erg groot en
dus niet ideaal om online te bekijken bij lage bandbreedte:
http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/photosynthesis/index.htm
Studie informatie



Plantenwetenschappen (WU)
Moleculaire Levenswetenschappen (WU)
Biotechnologie (WU)
72