حل درس دراسة حالة علوم صف سابع
دراسة حالة
إنتاج الديزل الحيوي من الطحالب الدقيقة
على مدى القرون القليلة الماضية، كانت أنواع الوقود األحفوري هي المصدر الرئيس للطاقة في الصناعة والنقل. ولكن أوضح العلماء أن حرق الوقود الأحفوري يؤثر سلبا على البيئة. كما أن البعض قلق بشأن نفاد المخزون العالمي من الوقود الأحفوري في نهاية الأمر.أثناء العقود القليلة الماضية، اكتشف العلماء استخدام الطلائعيات في إنتاج الديزل الحيوي. إن الديزل الحيوي هو وقود يصنع أساسا من الكائناُت الحية. تعتبر الطلائعيات، الموضحة في الشكل 8 ،مجموعة من الكائناتً المجهرية التي تعيش عادة في البيئات المائية أو الرطبة وبعض هذه الطلائعيات شبيهة بالنباتات لأنها تصنع غذاءها بنفسها باستخدام عملية تعرف بالبناء الضوئي. إن الطحالب الدقيقة هي من الطالئعيات الشبيهة بالنباتات.
أسئلة توجيهية
- ما الذي استخدمه الأنسان على مدار قرون عديدة كمصدر رئيس للطاقة في الصناعة والنقل ؟الوقود الأحفوري .
- ماذا يحدث للوقود الأحفوري إذا استمر استخدامه بمعدل كبير ؟سينضب الوقود الأحفوري وينفذ .
- اذكر بعض الأثار السلبية لاستخدام الوقود الأحفوري ؟يجب أن يكون الطلاب على وعي بالأثار مثل الاحتراق العالمي أو التلوث أو التكلفة أو السلامة .
تصميم تجربة مضبوطة
استخدم العلماء في دراسة الحالة هذه الاستقصاء العلمي للتحقق من استخدام الطلائعيات في إنتاج الديزل الحيوي. ثم صمموا تجارب مضبوطة لاختبار فرضياتهم. في هامش هذا الدرس توجد أمثلة على استخدام العلماء في هذه الدراسة للاستقصاء والمهارات التي قرأت عنها في الدرس 1.ّ تحتوي صفحات دفتر الملاحظات على معلومات ربما دونها العلماء في إحدى مجالات العلوم. تعتبر التجربة المضبوطة تحقيقا علميا يختبر متغيرا المتغير يؤثر في متغير أخر المتغير هو أحد عوامل التجربة ويمكن أن يكون له أكثر من قيمة واحدة. في التجارب المضبوطة، هناك نوعان من المتغيرات.المتغير التابع هو العامل الذي يتم قياسه أو ملاحظته خلال التجربة . المتغير المستقل هو العامل المطلوب اختباره. ويقوم الباحث بتغييره لملاحظة كيفية تأثيره في متغير تابع الثوابت هي العوامل التي لا تتغير في التجربة .
أسئلة توجيهية
- ما الثوابت ؟هي العوامل التي لا تتغير في التجربة.
- اذكر أوجه الأختلاف بين المتغيرات التابعة والمستقلة ؟المتغير التابع هو العامل الذي يتم قياسه أو ملاحظته خلال التجربة ,المتغير المستقل يغيره الباحث أما المتغير التابع فيستجيب للتغير الذي يطرأ على التغير المستقل .
الديزل الحيوي :إن فكرة تشغيل المحركات بوقود مصنوع من النباتات أو مصادر شبيهة بالنباتات. ليست جديدة تمام اخترع رودولف ديزل، في الشكل ،محرك الديزل. واستخدم زيت الفول السوداني ليظهر طريقة عمل ذلك المحرك. ولكن مع ظهور البترول كمصدر لوقود الديزل أصبحا منفصلا على زيت الفول السوداني نظرا لانخفاض سعره.
أسئلة توجيهية
- اسم المحصول الغني بالزيت ؟ فول الصويا .
- ما الذي استخدمه رودولف ديزل كوقود ؟زيت الفول السوداني .
برنامج الأنواع المائية
في أواخر سبعينيات القرن العشرين، بدأت وزارة الطاقة الأمريكية تمويل برنامج الأنواع المائية للتحقيقُ من طرق التخلص من ملوثات الهواء. تصدر المصانع التي تعمل بواسطة الفحم ثاني أكسيد الكربون (CO2)كمنتج ثانوي، وهو أحد الملوثات. في البداية، فحصت الدراسة جميع الكائنات الحية المائية التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون (CO2 )أثناء البناء الضوئي وهي عملية تصنيع غذائها. وشملت الدراسة النباتات الكبيرة، المعروفة باسم الأعشاب البحرية، والنباتات التي ينمو جزء منها تحت الماء، والطحالب الدقيقة. وكان هناك أمل في أن تساعد هذه الكائنات الحية في التخلص من ثاني أكسيد الكربون (CO2 )الزائد في الغلاف الجوي. لكن أثناء الدراسات لاحظ مسؤولو المشروع أن بعض الطحالب الدقيقة تنتج كمياتّ كبيرة من الزيت. وسرعان ما تحول هدف المشروع إلى استخدام الطحالب الدقيقة في إنتاج الزيوت التي يمكن معالجتها لتتحول إلى وقود الديزل الحيوي.
أسئلة توجيهية
- ما كان الهدف من برنامج الأنواع المائية ؟للبحث عن طرق للتخلص من ملوثات الهواء بشكل طيبعي باستخدام الكائنات الحية المائية .
- ما الملاحظات المهمة التي تم اكتشافها عن الطحالب الدقيقة أثناء المشروع برنامج الأنواع المائية الأصلي ؟أنتجت بعض الطحالب الدقيقة كميات كبيرة من الزيت .
- كيف تغير الهدف من برنامج الأنواع المائية ؟تحول تركيز المشروع إلى الطحالب الدقيقة المنتجة للزيوت من أجل الديزل الحيوي.
- ما نوع الصلة بين الديزل الحيوي. وبرنامج الأنواع المائية؟كلتاهما طريقة للاستفادة من العناصر المزروعة بشكل طبيعي من أجل المساعدة في حل أزمة الطاقة .
أي أنواع من الطحالب الدقيقة
تعد الطحالب الدقيقة كائنات مجهرية تعيش في البيئات البحرية(المالحة) أو المياه العذبة. وكما هو الحال في العديد من النباتات والكائنات الحية الشبيهة بالنباتات، تستخدم الطحالب البناء الضوئي وتصنع السكر. تتطلب العملية طاقة ضوئية. تصنع الطحالب الدقيقة كميات من السكر أكبر مما يمكنها استخدامه كغذاءوتحول السكر الزائد إلى زيت. ركز العلماء على تلك الطحالب الدقيقة لأن الزيت الذي تنتجه يمكن معالجته ليتحول إلى ديزل حيوي ّ بدأ العلماء بحثهم بجمع وتحديد أنواع الطحالب الدقيقة الواعدة. وركز البحث على الطحالب الدقيقة في البرك الضحلة المالحة الداخلية. توقع العلماء أن هذه الطحالب الدقيقة أكثر مقاومة للتغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة والمحتوى الملحي في الماء .
أسئلة توجيهية
- ما البناء الضوئي ؟البناء الضوئي هو عملية تستخدمها العديد من النباتات والكائنات الشبيهة بالنبات لصنع الغذاء مثل السكريات والزيوت .
- لماذا ركز العلماء على الكحالب الدقيقة في الأبحاث المتعلة بالديزل الحيوي ؟تنتج الطحالب الدقيقة الزيوت أثناء عملية البناء الضوئي وهي زيوت يمكن تحويلها بسهولة إلى ديزل حيوي .
- لماذا تعتقد أن العلماء توقعوا أن الطحالب الموجودة في البرك الضحلة أكثر مقاومة للتغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة والمحتوى الملحي في الماء ؟من المرجح أن يكتشف الطلاب أن الطحالب الموجودة في البرك الضحلة معرضة للتغيرات في درجة الحرارة والمحتوى الملحي أكثر من تلك الموجودة في المياه العميقة ولذلك فأنها أكثر تأقلما مع تلك الظروف .
إنتاج الزيت في الطحالب الدقيقة
بدأ العلماء أيضا البحث في طريقة إنتاج الطحالب الدقيقة للزيت. اقترحت بعض الدراسات أن حرمان الطحالب الدقيقة من المواد المغذية مثل النيتروجين، يمكن أن يؤدي إلى زيادة كمية الزيت الذي تنتجه. ولكن تجويع الطحالب الدقيقة تسبب في جعلها أصغر حجم وبالتالي لم تكن هناك زيادة في إنتاج الزيت.
أسئلة توجيهية
- لماذا اقترح العلماء تجويع الطحالب الدقيقة؟كان لديهم أمل بأن تنتج الطحالب زيتا أكثر .
- ما النتيجة السلبية التي ترتيت على منع النيتروجين؟هي تقلص حجم الطحالب .
الاختبار في بيئة مفتوحة مقابل الاختبار في مفاعلات حيوية
بحلول ثمانينيات القرن العشرين، كان علماء برنامج الأنواع المائية يزرعون الطحالب الدقيقة في برك مفتوحة في نيو ميكسيكو. لكن الظروف في. البيئة المفتوحة مختلفة تماما عن الظروف في المختبر أدت درجات الحرارة الأقل في البرك المفتوحة إلى ظهور طحالب دقيقة صغيرة الحجم.غزت أنواع الطحالب األصلية البرك أيضا وأبعدت أنواع الطحالب الدقيقة المعملية التي تنتج كميات كبيرة من الزيت.
أسئلة توجيهية
- ما المقصود بالمفاعلات الحيوية ؟حاويات مغلقة تستخدم في زراعة الطحالب .
- عندما قام العلماء في برنامج الأنواع المائية بزراعة الطحالب في برك مفتوحة في نيو ميكسيكو ماذا كانتنتيجة التجربة ؟أدى نمو نباتات صغيرة وغزو الطحالب الأصلية إلى طرد الطحالب الدقيقة ذات الأنتاجية العالية للزيت
توفر الضوء للطحالب الدقيقة
عادة ما تنمو الطحالب الدقيقة بالقرب من سطح البركة أن الطحالب الدقيقة الموجودة على عمق cm 5 أسفل سطح البركة تنمو بمعدل أدنى ما سبب ذلك ؟ أولا يمنع الماء وصول الضوء إلى عمق البركة. ثانيا تمنع الطحالب الدقيقة الموجودة أعلى البركة وصول الضوء إلى الطحالب الدقيقة الموجودة أسفلها. لذا لا يحدث إنتاج للسكر إلا في الجزء العلوي من البركة.