Brennstoffzellen - "saubere" Energie für Auto, Handy & Co?

Mit Unterrichtsmaterialien der Max-Planck-Gesellschaft erarbeiten Schülerinnen und Schüler, wie Brennstoffzellen funktionieren und welche technischen Herausforderungen sie an die Forschung stellen. Auch die Frage, ob Brennstoffzellen-Autos automatisch umweltfreundlich sind, wird untersucht.
 

An Bord eines Raumschiffs ist Platz Mangelware - und so stattete die NASA schon in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts ihre Raumfahrzeuge mit kompakt gebauten und energieeffizienten Brennstoffzellen aus. Die "leise Knallgasreaktion" von Wasserstoff und Sauerstoff liefert Astronauten nicht nur Energie, sondern als einziges "Abfallprodukt" auch noch das lebenswichtige Wasser. Aber auch im Alltag wären Brennstoffzellen nützlich, da sie eine deutlich längere Lebensdauer als Batterien oder Akkus haben. In Laptops, Handys und MP3-Playern könnten sie Batterien und Akkus ersetzen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet derzeit wasserstoffbetriebene Membran-Brennstoffzellen zur Notstromversorgung in Flugzeugen. Eine positive Umweltbilanz haben Brennstoffzellen aber nur, wenn der Wasserstoff umweltfreundlich erzeugt wird, zum Beispiel durch die Elektrolyse von Wasser mit Sonnenergie. Wenn Sie Theorie und Praxis miteinander verbinden möchten: Einige Schülerlabore bieten Experimente mit Brennstoffzellen an (siehe Zusatzinformationen). Die Thematik bietet viele Anknüpfungspunkte an Lehrpläne (Redox- und Elektrochemie, Fähigkeit zur Beteiligung an gesellschaftlichen Diskursen über Naturwissenschaft und Technik) und eignet sich für einen fächerübergreifenden Unterricht. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch Beiträge aus der Aktuellen Wochenschau der GDCh (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Diese bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen:

  • Brennstoffzellen als alternative Energiequellen für Fahrzeuge oder Mobilfunkgeräte kennen lernen.
  • die Umweltfreundlichkeit von Brennstoffzellen realistisch einschätzen können.
  • das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle erarbeiten und erklären können.
  • erkennen, welche Probleme Forscherinnen und Forscher auf dem Weg zum serienreifen Produkt noch überwinden müssen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaBrennstoffzellen - "Saubere" Energie für Auto, Handy & Co?
AutorinDr. Ute Hänsler, Dieter Lohmann
FächerChemie, fächerübergreifend ausbaubar (Physik, Biologie, Geographie, Politik)
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraum2 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetzugang (Recherche, Präsentation von Animationen per Beamer)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Themen der Unterrichtseinheit
Laptops oder Handys, die von winzigen Brennstoffzellen gespeist werden, Kleinkraftwerke auf Wasserstoffbasis, die Wohnhäuser mit Energie und Wärme versorgen und umweltfreundliche "Wasserstoffautos" - Forscherinnen und Forscher entwickeln zurzeit immer neue Ideen, wie Brennstoffzellen im Alltag genutzt werden können. Allerdings sind die meisten Brennstoffzellen-Typen von der Serienreife noch weit entfernt. Zum einen fehlt es an den technischen Möglichkeiten zur umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff. Das Ausweichen auf Methanol als Brennstoff könnte dabei helfen, die Technologie zu einer Alternative zu fossilen Brennstoffen werden zu lassen. Auf der Suche nach den perfekten Werkstoffen für die Brennstoffzelle von Morgen ist man zwar auf einem guten Weg - auch mithilfe der Nanochemie - aber eben noch nicht am Ziel.

Bezug zur Nanotechnologie
Damit die "kalte Verbrennung" von Wasserstoff funktioniert, müssen beide Elektroden der Brennstoffzelle mit einem Katalysator beschichtet sein. Am Max-Planck-Institut für Kohlenstoffforschung in Mühlheim an der Ruhr werden dafür Metall-Nanopartikel entwickelt, die für eine große katalytisch aktive Oberfläche sorgen. Die Metalloxid-Nanoteilchen werden zunächst auf einem Trägermaterial - das können feine Rußkörnchen sein - fixiert, danach zu einer porösen Elektrode zusammengepresst und anschließend zum Metall reduziert.

Materialien der Max-Planck-Gesellschaft
Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet.

  • Unterrichtsverlauf und Materialien
    Der Verlauf der Doppelstunde und die Anbindung des Themas an die Lehrpläne werden kurz skizziert. Hier finden Sie auch eine Übersicht der Materialien.

Internetadressen

Zusatzinformationen

Informationen zu den Autoren

Dr. Ute Hänsler ist promovierte Chemikerin und Geschäftsführerin von two4science, einem Unternehmen, das Science Camps für Kinder bis 12 Jahre ausrichtet. Sie ist mitverantwortlich für den Betrieb der BASF-Mitmachlabore H2O & Co. in Ludwigshafen, bietet Weiterbildungen für Grundschullehrkräfte sowie Experimentierveranstaltungen für Kinder und Erwachsene an. Zudem schreibt sie Kinderbücher. 2007 erschien das Experimentierbuch "Knallraketen und Gummigeister" im Fischer Verlag.

Dieter Lohmann ist ausgebildet für das Lehramt an Gymnasien und arbeit als Redakteur beim Online-Magazin Scinexx.

Kommentare zu dieser Unterrichtseinheit
Themenportal
 
Verwandte Themen
 
Unsere Empfehlungen für Sie
 
  • Nano-Goldpartikel
    Schülerexperiment und Animationen zur Herstellung von Nano-Goldpartikeln
Dossiers
 
  • Energie-Online
    Unterrichtsmaterialien rund um die zukünftige Energieversorgung
Kooperationen
 
Wissenschaftsjahr 2010 - Die Zukunft der Energie
Wissen ist MAX
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh)
Newsletter abonnieren
 
Impressum | Datenschutz | Über uns | RSS-Feeds | Seite bookmarken:  del.icio.us Yahoo! My Web google Bookmarks Digg Mister Wong OneView MerklisteEmpfehlenDruckenSeitenanfang
Nicht redaktionelle Inhalte nach § 6 TMG von anderen Anbietern als Lehrer-Online werden durch den Namen des Anbieters gekennzeichnet.