쓰레기가 아닙니다 . 연료입니다 . - 새로운 탈것 ( 육상 )-

쓰레기가 아닙니다 . 연료입니다 . - 새로운 탈것 ( 육상 )-

연세대학교 STEAM 개발 프로그램 시범 적용

오산중학교

동기 유발

1

학습 목표 제시

2

창의적 설계

3

평가 / 보상

4

※ 주어진 제시문을 읽고 ‘캠핑을 가는 길에 자동차 연료가 떨어져 캠핑을 못 갈 경우’에 대해 생각하여 적 어보자 .

동기 유발

1

학습 목표 제시

2

바이오 매스의 생산 과정을 이해하고 , 주어

진 조건에서 바이오 에탄올을 만드는 최적의

조건을 설명할 수 있다 .

해결방안 창의적인 모색

활동 1 : 병욱이의 상황을 분석하여 해결해야 할 요소 추출

필요발견

문제 정의 제품 설계 및

활동 2 : 해결해야 할 과제를 확 인하고 토의를 통해 미션 해결하 기 활동 3 : 바이오에탄올 추출을 위 한 재료 세팅 및 장치 꾸미기

제품산출 활동 4 : 에탄올 추출 정도를 확인 하고 피드백을 받음

창의적 설계

3

( 활동 1 : 필요발견 )

병욱이의 상황을 분석하여 해결해야 할 요소 추출

목표 : 새로운 연료가 될 수 있는 물질의 생산









해결과제 추출









상황분석

세계는 지금 한 해 270 억 배럴의 석유를 사용하고 있다 . 석유를 마지막 한 방울까지 다 뽑아낼 수 있다면 ( 거의 불가능한 일이 다 ) 남은 석유의 총량은 37 년이면 바닥날 것이다 .

남아 있는 세계 석유의 총량 중 상당 부분 은 개발이 불가능하며 , 그 사이에도 세계의 인구는 한동안 늘어날 것이다 .

석유시대가 끝나고 있다 .

국제에너지기구 , IEA 는 지난해 전 세계 이산화탄소 배출량이 전년보다 1.4% 늘어 나 사상 최고치인 316 억 톤을 기록했다고 밝혔습니다 .

IEA 는 또 현 추세로는 지구 온도가 산업 화 이전 대비

3.6~5.3℃

나라별로는 중국의 이산화탄소 배출량이 전년보다 3.8% 늘어난 3 억 톤이었고 미국 은 전년보다 3.8% 줄어든 2 억 톤 , 유럽은 전년보다 1.4% 줄어든 5 천만 톤이었습니 다

2. 지구 온난화

1. 석유의 고갈

지구온난화로 사라져 가는 나라

하루하루 사라져가는 섬 , 투발루 (Tuvalu)

 남태평양 중부 폴리네시

아 서부에 위치

투발루의 사라져 가는 모습

※ 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 개인이 할 수 있는 일은 무엇인지 친구들과 함께 토의해보자 .

 대중 교통 이용하기

 쓰레기 재활용에 적극 참여하기

 청청에너지 사용하기

 나무 심기

 물 아껴쓰기

 종이 아껴쓰기

 걸어다니기

석유를 대체할 에너지 자원 ( 신재생에너지 )

 ‘ 신에너지 및 재생에너지 개발 · 이용 · 보급 촉진법’은 11 종류의 신 · 재생 에너지를 규정

 태양에너지 , 바이오에너지 , 풍력 , 수력 , 연료전지 , 가스화에너지 , 해양에너지 , 폐기물에너지 , 지열에너지 , 수소에너지 , 기타 대통령령에 의한 에너지

태양열발전소

( 캘리포니아 ) 풍력발전

( 독일 ) 수력발전

( 소양강댐 ) 연료전지 , 수소에너지 ( 현대자동차 )

바이오에너지

( 미국 , 브라질 )

우리가 해결해보자

( 당을 이용한 바이오에탄올 만들기 )

- 바이오 에탄올의 최적의 조건 설계 하기 -

1. 미션 설명

< 미션 목표 >

- 과일 , 곡물 등 재료 1kg 을 이용하여 최대한 많은 에탄올을 얻어냄 .

< 미션수행 조건 >

- 발효시간은 5 일 , 그 밖의 다른 조건은 조별 로 조사하여 실험계획

< 시상계획 >

- 가장 많은 에탄올을 얻은 조에게 상품 시상

2. 미션 수행을 위한 재료 및 기구

개발을 위한 재료

재료 이름 재료 설명 및 규격

발효 재료 각종 곡물 , 과일 등 1kg

발효 미생물 효모

발효 용기

기타기구

어떻게 문제를 해결할까 ?

1. 프로젝트 계획서 작성 2. 실험보고서 작성

3. 산출물 평가 및 피드백

당을 이용한 바이오 에탄올 제조

전분

( 쌀 , 보리 , 감자 , 고구마 , 옥수수 사

용 )

1 차 발효 : 당화

( 아밀레이스에 의해 녹말을 엿당이나 포도당으로 분해 )

엿당 , 포도당

2 차 발효 : 알코올 발효 ( 효모가 산소가 없는 상태 에서 당을 분해하여 알코올과 이산화탄소를 발생시 킴 )

에탄올 생성

C

H

O

(

H

OH (

) + 2CO

(

효모 (Saccharomyces cerevisiae)

 1,500 종의 효모 발견 – 전체 균류의 1% 미만

 이스트 (yeast) : 술 및 빵의 제조에 사용하는 효모균 제품

 빵 , 맥주 , 포도주 등을 만드는데 사용되는 미생물

바이오 에너지

 주요 선진국의 총 1 차 에너지 중 신 · 재생 에너지의 비중은 3~7% 수준

 이중 바이오에너지의 비중은 30 ~ 60% 를 차지

 대표적인 바이오에너지 : 바이오에탄올 , 바이오디젤 , 바이오메 탄

 바이오에탄올이 90%, 바이오디젤이 10% 을 차지함

바이오 연료의 특징

 재생자원 (Renewable Resources) 을 활용하는 자동 차 연료

 이산화탄소 증가 효과가 적음

 현재 수송 인프라에 직접 적용 가능

 수송 및 저장이 용이 ( 국내실증평가 중 )

 농어촌 경제활성화에 기여

바이오에탄올

 제 1 세대 바이오에탄올 ( 전분류 / 설탕류 에탄올 )

 제 2 세대 바이오에탄올 ( 섬유소 에탄올 )

원료에 따른 바이오에탄올의 특성 비교

Production Cost

(U.S. $ per gallon) Energy Balance¹⁾ Greenhouse gas emission²⁾

전분계 에탄올

( 옥수수 ) ^{1.09 (2.1) 1.3 78%}

당질계 에탄올

( 사탕수수 ) ^{0.87 8.0 44%}

섬유소계 에탄올 ^{2.0~3.0 2~36 9%}

※ 액체혼합물의 분리

1. 에탄올의 끓는점

2. 물의 끓는점 78℃

100℃

∴ 끓는점이 낮은 에탄올이 먼저 끓어 나옴

.

Thank

you