Energi og bærekraft

Energi spiller en viktig rolle i hverdagen, helt fra frokosten etter en varm dusj. Vi bruker ulike former for energi i løpet av dagen, både bevisst eller ubevisst. Vet du for eksempel hvordan en elektrisk tannbørste fungerer? Vi bruker elektrisk energi til å lade det lille batteriet (energilagring) som er plassert inne i kabinettet som driver den elektriske motoren, som igjen roterer børsten gjennom sveiv og girkassen (konvertering til mekanisk energi). De tradisjonelle energikategoriene er mekanisk, termisk, elektrisk og kjemisk. De dominerende formene for energi er termisk og mekanisk, eller energi omdannet ved hjelp av en mekanisk enhet. Energikonvertering ved hjelp av mekaniske enheter har blitt utforsket siden antikken, og et eksempel er bruken av den kinetiske energien i vinden for å seile en båt. For tiden er det lagt stor vekt på miljø og bærekraft, der energilagring og konvertering er viktigere enn for et tiår siden. Videre er konsekvenser av klimaendringer lett synlige. Spørsmål om energikilden, metoder for energiproduksjon, lagring og konvertering er sentrale drivere for å nå målene for den grønne omstillingen globalt.

Dette emnet er skreddersydd for masterstudiet Maskin- og energiteknologi (MTEK). Studiet MTEK består av emner innenfor maskinteknikk og fornybar energi- og prosessteknikk. Dette kurset gir grunnleggende kunnskap om viktige temaer innenfor energi og bærekraft, som danner grunnlaget for videregående kurs i de påfølgende årene.

Vi vil dekke følgende emner i rekkefølge etter økende kompleksitet:

1. Energikilder, klassifiseringer og historisk utvikling
2. Fornybar energi (Vind, Sol, Hydro, Biomasse, Hydrogen)
3. Energikonvertering og lagring (termisk lagring og elektrisitet)
4. Energibehov og fokus på energieffektivitet i mat- og prosessindustrien
5. Livssyklusanalyse, miljøpåvirkning, bærekraft, karbonavtrykk
6. Samfunnsperspektiver på energi, grønn omstilling, inkludert FNs bærekraftsmål

Noen av temaene er på introduksjonsnivå, og andre er på analyse, og kritisk refleksjonsnivå. Vi vil også lære om de etiske aspektene og refleksjonene når det gjelder å ta velinformerte valg som er relevante for miljø, bærekraft, energiproduksjon, transport og samfunnspåvirkning.

Målet med kurset er å legge grunnlaget for videregående kurs ved å øke studentenes grunnleggende forståelse for fornybar energi og miljøpåvirkninger. Kurset fungerer som en introduksjon til bærekraftsanalyse i sammenheng med energisparing, utnyttelse, lagring og transport, og gir muligheter til å vurdere etiske aspekter ved energiomstillingen, og for å ta velinformerte valg ved å kalibrere tilgjengelige fakta, regjeringens politikk og samfunnssyn.

1. Kompetanse

Ønsket kompetanse er bygget på tilstrekkelig mestring og forståelse av interaksjoner mellom forskjellige komponenter, samt viser tilstrekkelig ønsket eller nødvendig kunnskap.

Etter fullført kurs kan kandidaten...

1. utføre livssyklusanalyser ved å vurdere akademisk kunnskap om energiproduksjon, konvertering og lagringsteknikker;
2. utføre karbonfotavtrykkanalyser av prosesser og systemer ved å bruke forenklede tekniske tilnærminger og reflektere over det mulige resultatet;
3. bruke kunnskapen om grunnleggende varmepumpe-, batteri- og bioenergiteknologi til å analysere energilagringsløsninger, og anvende dem som verktøy for et fremtidig bærekraftig lavkarbonsamfunn med en betydelig reduksjon av den totale miljøbelastningen;
4. analysere prosesstekniske systemer i energisammenheng og presentere alternativer med en viss grad av sikkerhet, gjennom vitenskapelig analyse;
5. engasjere seg konstruktivt i en vitenskapelig diskusjon som er relevant for fremtidens energibehov, energiomstilling og energilagring.

2. Ferdigheter

Etter fullført kurs kan kandidaten...

1. anvende akademisk kunnskap for å beregne de avgjørende parameterne for elektrokjemiske energilagringssystemer;
2. tolke scenarier for energilagring og analysere miljøpåvirkningen og bærekraftsaspektene til litium-ion-batterier;
3. utføre innledende beregningerog beskrive biogassproduksjonsteknikkene;
4. beregne karbonavtrykket til utvalgte prosesser og anlegg innen maskinteknikk og reflektere over den beregnede verdien, og muliggjøre at kandidaten kan ta velinformerte valg;
5. tolke scenariet for lagring av termisk energi integrert i både kjøle- og oppvarmingsprosesser og analysere bærekraftsaspektet ved å bruke naturlige arbeidsmedier i slike anlegg og energilager;
6. å estimere energieffektiviteten til utstyr og prosesser for ytterligere å kunne støtte den grønne omstillingen som kreves for å sikre et globalt bærekraftig samfunn;
7. analysere og tolke de ulike komponentene i produktlevetid og bærekraft, basert på tilstrekkelig beherskelse av metoder brukt for livssyklusanalyse i sammenheng med maskinteknikk;
8. arbeide i gruppe og lage en vitenskapelig presentasjon basert på identifisert offentlig informasjon inkludert vitenskapelig arbeid. I tillegg skal studenten kunne dokumentere arbeidet i en vitenskapelig rapport ved Microsoft office-verktøy.

3. Kunnskap

Etter fullført kurs kan kandidaten...

1. klassifisere hovedaspekter ved energi i henhold til kildene og beskrive deres produksjonsteknikker, lagringsmuligheter og konverteringsprinsipper;
2. klassifisere elektrokjemiske batterier og kunne understreke det potensielle omfanget i sammenheng med bærekraft og miljøpåvirkning;
3. liste opp og forklare hvilke ufarlige, naturlige (rene) arbeidsmedier som skal brukes i kjøle- og varmepumpeanlegg;
4. forklare karbonavtrykket til en prosess og være i stand til å identifisere potensielle komponenter som forårsaker stor innvirkning på miljøet.

liste opp FNs bærekraftsmål og understreke potensielle komponenter. Kandidaten vil være i stand til å tolke politikk om klimanøytralitet og grønn omstilling, og reflektere over gjeldende og fremtidige politikk som kreves.

Undervisnings- og læringsaktivitetene i dette kurset er:

• gruppebasert læring,
• problembasert læring (casestudier og øvinger) og
• prosjektbasert læring.

Den aller første forelesningen fokuserer på (1) programspesifikk informasjon for Maskin- og Energiteknologi som programoversikt, fordypningskurs i påfølgende år og potensielle karriereveier, og (2) kursspesifikk informasjon som kursstruktur, oppgaver, gruppearbeid, vurdering, forventninger og læringsutbytte. Derfor er det ønskelig at deltagere er til stede på første forelesningsdag.

Den andre og påfølgende forelesningen fokuserer på kursspesifikk undervisning og veiledning. Klasseromsforelesningene gir viktige instruksjoner, studiemateriell, presentasjoner, gruppearbeid og øvinger både for å nå kursmålene og for å oppnå nødvendig kompetanse. Studentene skal delta på fysiske klasserom, ansikt til ansikt, både i forelesninger og øvinger. Noe av undervisningen kan enten være heldigital (sanntids-streaming eller innspilt video) eller omvendt undervisning («flipped classroom») avhengig av læringsinnhold og tilgjengelige ressurser.

Etter å ha gjennomført forelesningene vil vi bruke gruppebasert læring, hvor vi deler klassen inn i flere grupper. Retningslinjer for danning av grupper (prosjektgruppen) vil bli gitt i løpet av forelesningen i klasserommet. Gruppene skal gjennomføre prosjektarbeidet i løpet av den resterende delen av semesteret. Emner for prosjektarbeidet vil bli fordelt i klasserommet.

Prosjektarbeidet skal gi studentene mulighet til å anvende kunnskapen som er oppnådd gjennom klasseromsforelesninger og øvelser. Studentene skal bruke egnede digitale verktøy, gjøre velinformerte realistiske valg av gitte problemstillinger, og tolke utfallet/resultatene som er relevante for energi og miljø (inkludert egen refleksjon). Dette inkluderes i en skriftlig vitenskapelig rapport fra gruppen og en gruppepresentasjon.

På dette kurset arrangerer vi felt- og laboratorieøvelser avhengig av tilgjengelighet på ressurser og logistikk. Dette er anbefalte øvelser da det gir en mulighet til å lære om de virkelige utfordringene knyttet til energi og miljø i sammenheng med toppmoderne forskning innen fornybar energi. Alle elever forventes å være med og gjennomføre øvelsene.