Biom1 (Einf., 1.VL) Flashcards
Nenne Gründe für die energetische Biomassennutzung! (5)
Rohstoffe aus fossilen Quellen beeinflussen das Klima durch CO2-Ausstoß negativ
Verknappung fossiler Rohstoffe in nächsten 40 - 200 Jahren
Mögliche Verminderung der Abhängigkeit von heutigen Rohstoffförderländern
Schaffung neuer Einkommensquellen für heimische Land- und Forstwirtschaft
Versorgungssicherheit im Vergleich zu anderen EE (kontinuierliche Energiebereitstellung)
Umwandlungspfade für energetischen Biomassennutzung
Wie können die Umwandlungspfade unterteilt werden?
Physikalische Prozesse
Thermochemische Prozesse
Biologische Prozesse
Biomasse kann auftreten als Primärbiomasse oder als Abfall-/Nebenprodukte in Form pflanzlicher und tierischer Reststoffe (also aus der Primärbiomasse).
…
Umwandlungspfade für energetische Biomassennutzung
Nenne 3 physikalische Prozesse (physikalische Umwandlungspfade)!
Verdichtung
Zerkleinerung
Abpressung
Umwandlungspfade für energetische Biomassennutzung
Nenne zwei biologische Prozesse (biologische Umwandlungspfade)!
Erzeugung von Biogas durch Fermentation
Erzeugung von Ethanol durch Alkoholische Gärung
Umwandlungspfade für energetische Biomassennutzung
Nenne drei Thermochemische Prozesse (Thermochemische Umwandlungspfade)!
Verbrennung
Vergasung
Verflüssigung; Umesterung
-> slide 11!
Die Synthese energiereicher
organischer Verbindungen aus
energiearmen anorganischen
Molekülen mit Hilfe der in
elektrochemisches Potential
transformierten
Strahlungsenergie des
Sonnenlichts.
Wie nennt man diesen Prozess
Photosynthese (slide 12)
Beschreibe die Photosynthese!
Ausgangssubstanzen, Abgabestoffe, Summenformel und Katalysator?
Ausgangsstoffe: CO2, H2O
Abgabestoffe: O2, Glucose (Glucose ermöglicht Pflanzenwachstum)
Summenformel:
6 CO2 + 12 H2O -> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Katalysator: Blattgrün (Chlorophyll)
Für die Photosynthese ist eine notwendige Energiezufuhr von 2816 kJ pro Mol Glucose notwendig. Wie wird sie bereitgestellt?
Von eingestrahlten Sonnenlicht
Chlorophyll (Katalysator für Photosynthese)
Ist maßgeblich für die grüne Farbe von Blättern und damit für welche Fähigkeit?
Fähigkeit zum Lichteinfang am kurzwelligen (energiereichen) und langwelligen (energiearmen) Ende des Sonnenlichtspektrums.
(Chlorophyll a, b, … (Folie 14))
Chlorophyll
Zentralatom: Mg+
Porphyrinring hat konjugierte Doppelbindungen (sich abwechselnde Doppel- und Einfachbindungen); Elektronen können sich über Ring ausbreiten (auch ?? genannt)
Je nach Art des Chlorophylls sind verschiedene Seitenketten direkt am Porphyrinring angehängt.
Phytol-Seitenkette bei allen Chlorophyllarten gleich und verankert das Chlorophyllmolekül in der Membran der Chloroplasten.
Delokalisierung
(Abb. Folie 15)
Nenne verschiedene Pigmente, die bei der Photosynthese in Pflanzen, Algen und einigen Bakterien eine Rolle spielen.
Chlorophyll (a und b)
Phycoerythrin (häufig in Rotalgen)
Phycocyanin (enthalten in Cyanobakterien (“blaugrüne” Algen))
Karotinoide (e.g. beta-Carotin)
(siehe slide 18)
Phycocyanine
Die Lichtabsorption ist zu längeren Wellen verschoben.
Wahr/Falsch?
Wahr
Phycocyanine
Ermöglichen die Nutzung eines größeren Bereichs des Lichtspektrums in der Grünlücke der Pflanzen (den Bereich, den Chlorophyll nicht nutzt), dem Wellenlängenbereich von ca. ?? bis ?? nm
ca. 500 bis 600 nm
Die Energie des Lichts steht in umgekehrter Beziehung zur Wellenlänge des Lichts: Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie und umgekehrt.
Phycocyanine absorbieren Licht im energieärmeren (langwelligeren) Bereich des sichtbaren Spektrums im Vergleich zu Chlorophyll a und b.
Diese Pigmente ermöglichen es den Organismen, die sie enthalten, zusätzliche Energie aus dem Spektrum des Lichts zu gewinnen, die Chlorophyll a und b nicht so effizient nutzen können.
Zum Verständnis siehe auch slide 18.
…
Karotinoide
Können lediglich ?? Licht absorbieren
kurzwellige (energiereich)
Karotinoide können die absorbierte Sonnenenergie direkt in die Photosynthese einschleusen. (Wahr/Falsch?)
FALSCH
NICHT direkt in die Photosynthese einschleusen, SONDERN müssen die aktivierten Elektronen an das Chlorophyll abgeben.
Spektrum der Lichtabsorption
-> siehe slide 18
…
Anregung des Chlorophylls
Bohrsche Atommodell:
Das sich im Grundzustand befindende Elektron wird von einem ?(1)? bestimmter ?(2)? getroffen und in eine ?(3)? gehoben
Fällt es wieder zurück, wird die Energie (z.B. in Form von Licht) wieder ?(4)?
(1) Photon
(2) Wellenlänge
(3) angeregte Energiestufe
(4) abgegeben
(siehe Abb. slide 19)
Anregung des Chlorophylls
Chlorophyll besitzt ?(1)? Anregungszustände:
S1: Anregung erfolgt durch rotes Licht (tieferes Energieniveau)
S2: Anregung erfolgt durch blaues Licht (höheres Energieniveau)
–> ?(2)? ist kurzlebig und das Elektron fällt auf den Zustand ?(3)? unter Abgabe von Wärme zurück. (Energie geht für die Pflanze verloren. Nur, wenn die Energieübertragung auf ein anderes Molekül erfolgt wird die Energie für die Photosynthese nutzbar. Also bei Rückfalll von S1 Zustand zu Grundzustand)
(1) zwei
(2) S2
(3) S1
-> Abb. slide 20!!
–> https://www.youtube.com/watch?v=9Js19v1mMVI
Lichtreaktion
Thylakoid (?(1)?) und Stroma (?(2)?)
H2O wird unter ?(3)? zu ?(4)? und ?(5)? gespalten
?(6)? wird abgegeben. Die Elektronen, H+ und NADP+ zu ?(7)? reduziert.
Zudem wird Energie frei die in ?(8)? gebunden wird.
(1) Lichtreaktion
(2) Dunkelreaktion (Calvin Zyklus)
(3) Elektronenabgabe
(4) 1/2 O2
(5) 2H+
(6) O2
(7) NADPH
(8) ATP
(Abb. slide 21)
Dunkelreaktion (Calvin Zyklus)
Energie aus ?(1)? und ?(2)? wird eingesetzt um energiearme anorganische Moleküle (?(3)?) zu energiereicheren organischen Molekülen (Glucose und andere organische Komponenten) zu synthetisieren.
(1) ATP
(2) NADPH
(3) CO2
–> siehe Abb. slide 22!!
Zusammenfassung Photosynthese
-> slide 23
…
Die Lichtmenge, die durch Absorption aufgenommen werden kann, hängt von der ?(1)? ab.
–> absorbierende Oberfläche sollte möglichst ?(2)? sein
(1) Fläche
(2) groß
Welche zwei Blatttypen kommen hauptsächlich in landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Nutzpflanzen vor?
C3 und C4 Pflanzen
Warum schließen Pflanzen die Spaltöffnungen bei hohen Temp.?
Um Wasserverluste zu vermeiden –> geringere CO2-Aufnahme
Unterschied zws. C3 und C4 Pflanze
C4 Pflanzen haben einen Mechanismus entwicklt, um
?(1)? nutzen zu können (bei der Photosynthese ensteht das Zwischenprodukt ?(2)? –> bessere Bindung von CO2, wird abgespeichert sodass wenn die Temperaturen zu heiß sind und sich die Spaltöffnungen schließen um Wasserverluste zu vermeiden, trotzdem genug CO2 für die Dunkelreaktion zur Verfügung steht. Denn wenn die Spaltöffnungen geschlossen sind ist die CO2-Aufnahme geringer)
C4-Pflanzen z.B.: Miscanthus, Amarant, Hirse, Mais, Zuckerrohr, Gräser etc.
(1) geringste Mengen CO2
(2) Oxalacetat
Primärreaktion (Lichtreaktion) zur Gewinnung von ?(1)? und Sekundärreaktionen (Dunkelreaktion) zum Aufbau von ?(2)?
(1) Energie
(2) organischen Stoffen (unter Aufnahme von CO2)
Unterschied C3- und C4-Pflanzen
C4 Pflanzen haben einen Mechanismus bei dem die Dunkelreaktion von der Lichtreaktion getrennt ist.
Wahr/Falsch
Wahr
C4 Pflanzen, weil die Pflanzen für die Dunkelreaktion 4 CO2 Moleküle aufweisen. C3 Pflanzen hingegen nur 3. Daher weisen C4 Pflanzen eine bessere Bindung von CO2 auf.
…
Was ermöglichen die Leitbündelzellen den C4 Pflanzen? (C3 Pflanzen haben keine Leitbündelzellen)
höhere Leistung bei hohen Temperaturen, geringen Wassermengen und geringer CO2-Konzentration
(Da 4 CO2 Moleküle statt 3 gebunden werden können und somit länger mehr die Dunkelreaktion durchlaufen werden kann. -> entsprechend höhere Nettophotosyntheserate)
C4-Pflanzen haben eine höhere CO2-Gaswechselrate bei hohem Strahlungseingang (hohen Temp.) als C3-Pflanzen. Was sagt das aus?
Die höhere Gaswechselrate gibt an wie viel CO2 letztlich in der Zelle verwendet wird. Es gibt entsprechend Aufschluss darüber wie viel Zucker am Ende produziert wird. Also wie produktiv die Pflanze ist.
(C3-Pflanzen am Anfang des Tages (also bei geringerem Strahlungseingang) dagegen einen Vorteil gegenüber C4-Pflanzen haben)
–> siehe slide 26!
Natürlich gibt es auch unterhalb von C3 oder C4-Pflanzen Unterschiede bei der CO2-Aufnahme. (Produktivität)
-> siehe slide 27
…
Primärproduktion von Wäldern in Abh. von Niederschlag und Temperatur.
-> siehe slide 28
…
Einflussfaktoren auf die Biomassenentstehung können unterteilt werden in? (2)
Standortfaktoren
Pflanzenbauliche Maßnahmen
Einflussfaktoren auf die Biomasseentstehung
Nenne Standortfaktoren! (4)
Boden und Nährstoffe
Temperatur
Wasser
Einstrahlung
Einflussfaktoren auf die Biomasseentstehung
Nenne ein paar pflanzenbauliche Maßnahmen!
Bodenbearbeitung
Düngung
Aussaattechnik
Pflanzenschutz
Erntemaßnahmen
Fruchtfolgegestaltung (zeitliche Abfolge der Pflanzenarten)
Stoffbilanz einer Pflanzengesellschaft am Beispiel eines Hainbuchenwaldes
Bsp. Folie 30
….
Aufbau von Holz
-> slide 31
…
Molekülstruktur in der Biomasse
Holzartige Biomassen bestehen zu etwa 70% aus was?
Polyzucker
(Wichtigste Vertreter sind Cellulose, Hemicellulose (Polyose), Lignin; slide 32+33)
Welcher Stoff gibt dem Holz hauptsächlich seine stabile Eigenschaft?
Lignin (kommt in holartigen Biomassen mit 15-33% in Fochten und 27% in Kiefern vor)
Nenne ein paar Beispiele für Einflüsse auf die Qualitätsmerkmale in jeder Phase:
Phase I: Wachstumsphase (wachsende Biomasse)?
Phase II: Bereitstellung (geerntete Biomasse)?
Phase III: energetische Nutzung (biogener Festbrennstoff); Brennstoffmerkmale?
Phase I: z.B. Klima, Düngung
Phase II: z.B. Trocknung, Lagerung
Phase III: z.B. Heizwert, Wassergehalt
–> Phase III die eigentlich relevante Phase für Veranstaltung
(Details slide 34)
