Genug Energie? Eine Frage der Chemie!

Genug Energie? Eine Frage der
Chemie!
Dostatek energie? Otázka chemie!
1
AO.UNIV.PROF. DR. HANS FLANDORFER
UNIVERSITÄT WIEN
INSTITUT FÜR ANORGANISCHE CHEMIE /
MATERIALCHEMIE
INSTITUT ANORGANICKÉ CHEMIE/
MATERIÁLOVÉ CHEMIE
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Universität Wien / Univerzita Vídeň
2
Die Universität Wien wurde im Jahre 1365 von Herzog Rudolf IV. gegründet.
Sie ist die älteste Universität im deutschen Sprach- und Kulturraum und eine
der größten Universitäten Zentraleuropas. Univerzita Vídeň byla založena v
roce 1365 vévodou Rudolfem IV. Je nejstarší univerzitou v německém
jazykovém a kulturním prostředí a jednou z největších univerzit centrální
Evropy.
Studierende/studující: 91.000
Mitarbeiter/zaměstnanci: 9.400
Studiengänge/studijní obory: 188
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Woher kommt die Energie auf der Erde?
Odkud přichází na zemi energie?
3
Alle Energie auf der Erde kommt von der Sonne!
Veškerá energie na zemi pochází ze slunce!
Es wird etwa gleich viel Energie in den
Weltraum abgegeben wie durch
Sonneneinstrahlung aufgenommen wird.
Do vesmíru odchází zhruba stejné
množství energie, jako je přijato díky
slunečnímu záření.
Ansonsten / jinak:
Ständige Erwärmung
oder Abkühlung!
Neustálé zahřívání nebo ochlazování!
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Kann Energie verbraucht werden?
Lze energii spotřebovat?
4
 Eigentlich nicht! Energie tritt in verschiedenen
Formen auf und diese können ineinander
umgewandelt werden!
 Vlastně ne! Energie se vyskytuje v různých
podobách a tyto se mohou vzájemně proměňovat!
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Kann Energie verbraucht werden?
Lze energii spotřebovat?
5
Beispiele / Příklady:
 Wärme in Bewegung (Verbrennungsmotor) /





teplo v pohybu (spalovací motor)
Bewegung in Wärme (Reibung)
teplo v pohybu (tření)
Bewegung in elektrische Energie (Windkraftwerk)
pohyb v elektrické energii (větrná elektrárna)
Chemische Energie in elektrische Energie (Batterie)
chemická energie v elektrické energii (baterie)
Elektrische Energie in chemische Energie (Elektrolyse)
elektrická energie v chemické energii (elektrolýza)
Chemische Energie in Wärme (Verbrennung von Kohle, Gas,
Heizöl, etc..)
chemická energie v teple (spalování uhlí, plynu, topný olej, apod.
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Warum gibt es dann ein Energieproblem?
Proč tedy existuje problém s energií?
6
Die Energie verliert an Qualität! Energie ztrácí
kvalitu!
Was bedeutet das? / Co to znamená ?
Energie hat die Eigenschaft, sich zu verteilen und
verliert dabei für uns an Nützlichkeit.
Wenn wir Energie nutzen, ist sie am Ende nicht
verbraucht, aber stärker verteilt und daher nicht mehr
so nützlich.
Energie má vlastnost se rozptylovat a ztrácí přitom pro
nás užitečnost.
Když využíváme energii, není nakonec spotřebovaná,
ale více rozptýlená a tudíž už ne tak využitelná.
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Dazu ein Beispiel! K tomu příklad!
7
Warme Luft
Teplý vzduch
Junge Uni Waldviertel 2012
Kalte Luft
Studený vzduch
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Natur mag keine Ordnung!
Příroda nemá ráda pořádek!
8
Woran erkennt man das?
Jak to poznáme?
o Gibt man einen Tropfen Tinte in Wasser, verteilt sie sich, bis
überall im Wasser gleich viel Tinte ist
Pokud dáme do vody kapku inkoustu, rozptyluje se dokud
není všude ve vodě stejném množství
o Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper 
Wärme verteilt sich!
o Teplo vždy proudí od teplejšího ke studenějšímu tělesu 
teplo se rozprostírá!
20 °C
Junge Uni Waldviertel 2012
60 °C
40 °C
40 °C
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Energie und Chemie / Energie a chemie
9
Chemische Reaktion / chemická reakce
Bsp. Verbrennung von Benzin / např. spalování benzínu
Benzin + Sauerstoff  Kohlendioxid + Wasser
benzín + kyslík  oxid uhličitý + voda
2 C8H18 + 25 O2  16 CO2 + 18 H2O + Wärme/teplo
Ofen/kamna:
Heizöl verbrennt  Wärme wird erzeugt
topný olej se spaluje  vzniká teplo
Verbrennungsmotor/spalovací motor:
Benzin verbrennt  Kraft und Wärme werden erzeugt
benzín se spaluje  vzniká síla a teplo
Eine chemische Reaktion läuft von sich aus nur dann ab, wenn Energie
und Stoffe nach der Reaktion stärker verteilt sind!
Chemická reakce probíhá sama o sobě pouze tehdy, pokud jsou
energie a látky po reakci více rozptýlené!
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Was ist chemische Energie?
Co je chemická energie?
10
Energie, die in der chemischen Bindung gespeichert ist!
Energie, která je uchována v chemické vazbě!
Werden bei einer Reaktion chemische Bindungen aufgebrochen und neue
gebildet, die insgesamt weniger Energie haben, wird dieser Energieunterschied
frei. / Pokud se při reakci naruší chemické vazby a vytvoří nové, které obsahují
celkově méně energie, uvolní se tento energetický rozdíl.
Jede Verbrennung ist z.B. solch eine Reaktion!
Každé spalování je např. taková reakce!
Brennstoffe: Kohle, Treibstoffe, Gas, etc…
Paliva: uhlí, pohonné látky, plyn, atd.
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Geschichte der Energiegewinnung
Historie získávání energie
11
 Chemische Energie  Wärme / Chemická energie
 teplo
Schon in der frühesten Geschichte der Menschheit verstand man es, durch
Entdeckung des Feuers Wärme aus chemischer Energie zu
gewinnen
Již pradávno dokázali lidé díky objevu ohně získat z chemické energie teplo
 Wind- und Wasserkraft  Arbeit / větrná a vodní energie  práce
War man zuvor auf den Menschen und auf Tiere zur Leistung von
Arbeit
angewiesen, wurde zunehmend natürliche Bewegungsenergie (Wind, Wasser) zur
Produktion und Fortbewegung eingesetzt. / Z počátku využíval člověk k výkonu
práce sílu lidskou a zvířata, s postupem času pak pro výrobu a mobilitu stále
více přirozenou pohybovou energii (vítr, voda)
 Chemische Energie  Arbeit / chemická energie  práce
Dies war erstmals mit der Dampfmaschine (Wärmekraftmaschine) möglich. Im
Prinzip sind auch Menschen und Tiere Wärmekraftmaschinen / To bylo poprvé
možné díky parnímu stroji (tepelný motor). Lidé a zvířata jsou v podstatě také
tepelné stroje.
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Wärmekraftmaschinen
Tepelné stroje
12
Chemische Energie  Arbeit
Chemická energie  práce
Jede Maschine, die aus Wärme bzw. chemischer Energie Arbeitsleistung
erzeugt, kann als Wärmekraftmaschine bezeichnet werden.
Každý stroj, který produkuje z tepla resp. chemické energie pracovní výkon,
může být označen jako tepelný stroj.
Automotor
Brennstoffzelle
Palivový článek
Wasserkraftturbine
Vodní turbína
Junge Uni Waldviertel 2012
Solarzellen
Solární panely
Gasturbine
Plynové turbíny
Dampfmaschine
Parní stroj
Windräder
Větrné elektrárny
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Wärmekraftmaschinen
Tepelné stroje
13
Chemische Energie  Arbeit
Chemická energie  práce
Jede Maschine, die aus Wärme bzw. chemischer Energie Arbeitsleistung
erzeugt, kann als Wärmekraftmaschine bezeichnet werden.
Každý stroj, který produkuje z tepla resp. chemické energie pracovní výkon,
může být označen jako tepelný stroj.
Automotor
Brennstoffzelle
Palivový článek
Wasserkraftturbine
Vodní turbína
Junge Uni Waldviertel 2012
Solarzellen
Solární panely
Gasturbine
Plynové turbíny
Dampfmaschine
Parní stroj
Windräder
Větrné elektrárny
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Entwicklung der Dampfmaschine
Vývoj parního stroje
14
ol: frühe DM von T. Newcomen
om: James Watt
or: DM von James Watt (13 PS)
ur: moderne DM mit 10000 PS
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Bedeutung der Dampfmaschine
Význam parního stroje
15
Die Erfindung der Dampfmaschine
hat das Leben der Menschen sehr
stark verändert. Plötzlich war es
möglich, die Produktivität enorm
zu steigern!
Vynález parního stroje velmi silně
změnil život lidí. Náhle bylo možné rapidně
zvýšit produktivitu!
 Industrialisierung und Mobilität / industrializace a mobilita
 Aufstieg von Naturwissenschaft und Technik / vzestup přírodních
věd a techniky
 Aufklärung und Revolution / osvěta a revoluce
 Technische Aufrüstung des Militärs  Weltkriege / technické
vybavení armády
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Elektrische aus chemischer Energie
Elektrická energie z chemické
16
Aus chemischer Energie kann auch direkt elektrische Energie
gewonnen werden. Die dazu notwendige Konstruktion nennt
man „Galvanische Zelle“. Z chemické energie lze přímo získat
také elektrickou energii. K tomu nutná konstrukce se nazývá
„galvanický článek“.
 Batterien / baterie
z.B Zink-Kohlebatterie/
např. zinko-uhlíkové baterie
 Akkumulatoren / akumulátory
z.B. Bleiakku, Li-Ionen Akku/
např. olověné akumulátory, li-Ion články
 Brennstoffzellen / palivové články
z.B. H2/O2-Zelle / např. H2/O2-článek
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Zink-Kohle Batterie
Zinko-uhlíková baterie
17
Das Leclanché-Element wurde bereits 1866
patentiert und gilt als Vorläufer der ZinkKohle Batterie, die wiederum zu den heute
häufig verwendeten Alkalibatterien weiter
entwickelt wurde!
Článek Leclanché byl patentován již v roce
1866 a je považován za předchůdce zinkouhlíkové baterie, která byla dále vyvinuta v
dnes často používané alkalické baterie!
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Akkumulatoren
Akumulátory
18
Das Wort „akkumulieren“ bedeutet „sammeln“. Akkumulatoren sind
galvanische Zellen, die wieder aufgeladen werden können:
Slovo „akumulovat“ znamená „sbírat“. Akumulátory jsou galvanické
články, které lze znovu nabít:
Entladen: Chemische Energie  Elektrische Energie
Laden: Elektrische Energie  Chemische Energie
Vybíjení: chemická energie  elektrická energie
Nabíjení: elektrická energie  chemická energie
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Brennstoffzellen
Palivové články
19
Dies ist kein Ofen sondern auch eine galvanische Zelle. Sie arbeitet wie eine
Batterie, die nötigen chemischen Stoffe werden aber ständig von Außen
zugeführt. Somit wird diese „Batterie“ nie leer. Das Prinzip wurde bereits 1839
entdeckt, technisch genutzt erst seit ca. 1950!
Toto není žádná pec, nýbrž také galvanický článek. Funguje jako baterie,
potřebné chemické látky jsou však neustále dodávány externě. Tato baterie tudíž
nikdy není prázdná. Tento princip byl objeven v roce 1839, technicky využíván je
teprve od roku 1950!
Bsp.: Luft/Wasserstoffzelle/ Vzduch/vodíkový článek
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die chemische Industrie
20
Eigentlich erst zu Beginn des 19 Jhts. begann sich die Wissenschaft
der Chemie zu entwickeln. Große Fortschritte wurden in den darauf
folgenden Jahrzehnten gemacht. Als Folge daraus entstand in der
zweiten Hälfte des 19. Jht. die chemische Industrie. Es konnten
Medikamente, Farbstoffe, Dünger, Waschmittel und später dann auch
Polymere (Kunstfasern, Kunststoffe) und all die Produkte hergestellt
werden, ohne die unsere Art heute zu leben nicht denkbar wäre.
Bei aller Problematik der Erzeugung und Verwendung chemischer
Produkte darf nicht übersehen werden, dass wir sie täglich brauchen
und verwenden. Die Existenz so vieler Menschen wie heute (> 7 Mrd.)
auf unserer Erde wäre anders auch nicht möglich.
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die chemische Industrie
21
Teprve začátkem 19. století se začal rozvíjet chemická věda. K
velkým pokrokům došlo v následujících desetiletích. Jako důsledek
vznikl v druhé polovině 19. století chemický průmysl. Mohly být
vyráběny léky, barviva, hnojiva, prací prostředky a později také
polymery (umělá vlákna, umělé hmoty) a všechny ty produkty, bez
kterých si dnes neumíme představit náš život.
Přes veškerou problematiku výroby a používání chemických
produktů nelze přehlédnout, že je denně potřebujeme a používáme.
Existence tolika lidí na naši planetě jako dnes (> 7 mld.) by jinak
nebyla možná
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Die Chemie und die Energieversorgung
Chemie a zajištění energie
22
Die chemische Forschung und Industrie spielt für die
Energieversorgung in folgenden Bereichen eine wichtige Rolle:
Chemický výzkum a průmysl hrají při zásobování energií důležitou
roli v následujících oblastech:
 Energiebereitstellung / získání energie
 Energiespeicherung / ukládání energie
 Effiziente Energienutzung / efektivní využití energie
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Energiebereitstellung
Získání energie
23
 Kraftstoffe aus Erdöl, Erdgas und Kohle
Raffinierung von Erdöl, Kohlevergasung, etc..
Pohonné hmoty z ropy, zemního plynu a uhlí
rafinování ropy, zplyňování uhlí
 Biokraftstoffe aus Pflanzen und Zellkulturen
Ethanol, Öle, veresterte Öle, etc….
 Bio-paliva z rostlin a buněčných struktur
etanol, oleje, modifikované oleje atd.....
 Herstellung von Wasserstoff
aus Methan, Kohlenstoffdioxid oder Wasser (Elektrolyse)
 Výroba vodíku
z metanu, kysličníku uhličitého nebo vody (elektrolýza)
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Energiebereitstellung
Získání energie
24
 Elektrische Energie aus Sonnenlicht
Photozellen auf Basis anorganischer und organischer Stoffe
 Elektrická energie ze slunečního světla
fotočlánky na bázi anorganických a organických látek
 Thermoelektrik
Substanzen, die elektrische Energie aus Temperaturunterschieden gewinnen
können; z.B. zur Nutzung von Abwärme
 Termoelektrika
Substance, které získávají elektrickou energii z teplotních rozdílů, např. využití
odpadového tepla
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Energiespeicherung und Nutzung
Ukládání energie a využití
25
 Speicherung als chemische Energie / ukládání jako chem. energie
Durch Erzeugung von Wasserstoff, Methan, etc. / díky výrobě vodíku, metanu, atd..
 Speicherung als elektrochemische Energie / ukládání jako
elektrochemická energie
Lithium-Ionenbatterien, Natrium/Schwefelbatterien, Superkondensatoren, etc..
Li-Ion baterie, sodíkovo-sírové baterie, superkondenzátory, apod...
 Brennstoffzellentechnik / technika palivových článků
Materialien zur Verbesserung der Energiedichte, Haltbarkeit, Wirtschaftlichkeit
Matriály pro zlepšení energetické hustoty, udržitelnosti, hospodárnosti
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Energiespeicherung und Nutzung
Ukládání energie a využití
26
 Leuchtdioden und Leuchtstoffe / světelné diody a
luminescenční látky
Erhöhung der Lichtausbeute und Betriebsdauer/zlepšení efektivity
svítivosti a výdrže baterie
 Supraleiter, Dämmmaterialien, Leichtbauwerkstoffe / supravodiče,
izolační hmoty, odlehčené konstrukce
Verlustarme Stromleitung, Wärmedämmung, Reduzierung des Gewichts bei
Fahrzeugen, etc…
elektrické vedení s nízkými ztrátami, tepelné izolace, redukce váhy u
vozidel, apod...
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Öffentlichkeitsarbeit
Práce s veřejností
27
 Kinderuni / dětská univerzita
 Kinderuni on tour /
dětská univerzita na cestách
 Lange Nacht der Forschung
Dlouhá noc výzkumu
 Science goes public
 Chemikerleben – Tag der offenen Tür / život chemika – den
otevřených dveří
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012
Ende
28
Ich danke euch herzlich für euer Kommen
und eure Aufmerksamkeit!
Děkuji srdečně za Vaši účast a pozornost!
Junge Uni Waldviertel 2012
Raabs/Thaya, 6.-10.08.2012