Ausgehend vom eigenen Energieverbrauchsverhalten der Schülerinnen und Schüler vermittelt diese aktualisierte Unterrichtseinheit grundlegende Informationen rund um die Themen Klimaschutz, Nachhaltigkeit und regenerative Energiegewinnung. Dabei werden auch zukunftsweisende Technologien thematisiert. Das aktualisierte Unterrichtsmaterial führt die Schülerinnen und Schüler schrittweise an das Thema Klimaschutz im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien und zukunftsweisenden Technologien heran. Ausgehend von der Reflexion des eigenen Umgangs mit Energie und den Möglichkeiten des sparsamen Umgangs mit Energie setzen sie sich anhand von Grafiken und Zahlenmaterial mit regenerativen Energieträgern sowie deren Rolle in der aktuellen und zukünftigen Stromversorgung auseinander. Dabei befassen sie sich unter anderem auch mit dem Thema der dezentralen Energieversorgung. Fächerübergreifender Zugang zum Thema Energie Die aktualisierte Unterrichtseinheit ermöglicht Schülerinnen und Schülern einen fächerübergreifenden Zugang zu den Themen Energieeffizienz, regenerative Energiegewinnung und Nachhaltigkeit. Dazu befassen sie sich in einem ersten Schritt mit der Frage des Stromverbrauchs in privaten Haushalten und den Möglichkeiten, Energie zu sparen. Videoclips und Online-Medienberichte zu den Themen E-Haus und Smart Home sowie eine Internetrecherche bieten den Lernenden dabei Unterstützung zur Lösung dieser Aufgabe. In einem zweiten Schritt befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Notwendigkeit der Nutzung alternativer Energiequellen zur Sicherung der Energieversorgung. In einem Essay setzen sie sich nach der Analyse von Grafiken und Schaubildern mit der Bedeutung erneuerbarer Energieträger für die Stromerzeugung in Deutschland auseinander. Abschließend befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Energieformen Windkraft und Sonnenenergie näher. Dabei geht es auch um die Frage der Realisierung der Energiewende im Wohnquartier sowie den damit verbundenen Chancen und Herausforderungen einer dezentralen Energieversorgung. Einsatzmöglichkeiten Die Unterrichtseinheit kann aufgrund ihres Bezuges zu den Lehr- und Bildungsplänen in allen deutschen Bundesländern in der Sekundarstufe II eingesetzt werden. Dabei bildet Geographie den fachlichen Bezugspunkt für diese Lerneinheit, ein fächerübergreifender Einsatz zusammen mit Politik/SoWi kann ebenfalls erfolgen. Auch Vertiefungen in den Fächern Physik sind denkbar. Anknüpfungspunkte bieten die Auseinandersetzung mit der Funktionsweise von Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie von solarthermischen Kraftwerken. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Klimaschutz und nachhaltige Energiegewinnung" Den detaillierten Ablauf der Unterrichtseinheit "Klimaschutz und nachhaltige Energiegewinnung" können Sie auf dieser Seite nachlesen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen Gründe und Möglichkeiten, Energie zu sparen. wissen, was ein Energieausweis ist und was darin dokumentiert wird. definieren die Begriffe Smart Home und intelligente Gebäudetechnik und können dabei eine Verbindung zum Thema Energieeffizienz herstellen. kennen die wichtigsten erneuerbaren Energieträger. können mit eigenen Worten grundlegend die Energiegewinnung aus Wind- und Sonnenkraftwerken beschreiben. setzen sich anhand von Grafiken mit der Entwicklung der weltweiten Energieversorgung sowie dem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energieträger an der Energieversorgung auseinander. diskutieren die Auswirkungen der verstärkten Hinwendung zu erneuerbaren Energien für die Bereiche Wirtschaft, Infrastruktur, Landwirtschaft und Umwelt. wissen, was "Wohnen und Arbeiten in Quartieren" bedeutet und was dies mit den Themen Nachhaltigkeit, Klimaschutz sowie regenerativer Energiegewinnung zu tun hat. setzen sich mit Merkmalen. Vorteilen und Herausforderungen einer dezentralen Energieversorgung auseinander. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler trainieren das selbstständige Erschließen von Themen und Inhalten sowie das Recherchieren im Internet. üben sich im eigenständigen Beschaffen, Strukturieren und Interpretieren von Informationen, die sie im Internet recherchiert haben. nutzen aktiv verschiedene Medien und erkennen deren Vor- und Nachteile im Rahmen der Informationsaufbereitung. trainieren das verständliche und zielgruppenadäquate Schreiben beim Verfassen von Definitionen und einem Essay. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler trainieren im Rahmen von Partner- beziehungsweise Gruppenarbeit ihre Zusammenarbeit mit anderen Personen. lernen Diskussionen argumentativ und rational zu führen. schulen im Rahmen von Diskussionen und Präsentationen die eigene Ausdrucksfähigkeit und aktives Zuhören. trainieren das kreative Entwickeln und Ausformulieren eigener Ideen. Private Haushalte verbrauchen ein Viertel der gesamten Energie in Deutschland. Zwar ist der Energieverbrauch der einzelnen Haushaltsgeräte gesunken, aber in den Haushalten finden sich immer mehr elektrische Geräte und auch der Weltenergiebedarf steigt. Vor dem Hintergrund der Endlichkeit nicht regenerativer fossiler Energieressourcen und der mit der Energieproduktion und dem Energieverbrauch verbundenen Umweltbelastung ist der Einsatz und der Ausbau erneuerbarer Energie deshalb ein wichtiges gesellschaftspolitisches Thema. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich auf der Grundlage des Stromverbrauchs in privaten Haushalten mit den Gründen und Möglichkeiten, Energie zu sparen. Hier tragen sie auch Ideen zusammen, wie Energie dezental und ressourcenschonend eingesetzt werden kann Gleichzeitig lernen sie das Energielabel kennen. Anschließend setzen sie sich unter der Nutzung von Videoclips und Online-Medienberichten mit der Frage auseinander, was die Modernisierung von Wohngebäuden mit der effizienten Verwendung von Energie zu tun hat. Dabei lernen sie unter anderem die Begriffe Smart Home und intelligente Gebäudetechnik kennen. Darüber hinaus recherchieren sie eigenständig, welche Informationen im Energieausweis festgehalten werden. Anhand der Analyse einer Grafik zur weltweiten Primärenergieversorgung setzen sie sich mit der Entwicklung des globalen Energieverbrauchs auseinander und erkennen die Veränderungen in den Anteilen der einzelnen Energieträger an der Gesamtversorgung. Darauf aufbauend verfassen die Lernenden ein Essay zur Bedeutung erneuerbarer Energieträger für die Stromerzeugung in Deutschland und interpretieren dabei eine Grafik zur Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien für den Zeitraum von 2000 bis 2018. Eine Recherche zur Energieeffizuenzstrategie 2050 und dem Masterplan der Bundesregierung zur Ladeinfrastruktur sowie eine Diskussion über die Auswirkungen der Hinwendung zu erneuerbaren Energien auf die Bereiche Wirtschaft, Infrastruktur, Landwirtschaft und Umwelt rundet die Doppelstunde ab. Anhand der Informationstexte auf dem Arbeitsblatt setzen sich die Schülerinnen und Schüler näher mit den Energieformen Windkraft und Sonnenenergie als Beispiele für erneuerbare Energien auseinander. Darauf aufbauend beschreiben sie mit eigenen Worten, wie aus Wind und Sonne elektrische Energie entsteht. Auf der Grundlage eines Schaubildes erläutern sie danach mit eigenen Worten den Begriff "dezentrale Energieversorgung". Dabei gehen sie auf die Apsekte Energiegewinnung, Konsumenten und Produzenten, Vorteile und Herausforderung des Konzeptes "Wohnen und Arbeiten im Quartier" ein. Danach recherchieren sie, wo auf der Welt Solarkraftwerke existieren oder gerade entstehen. Optional kann diese Aufgabe auch als vorbereitende Hausaufgabe aufgegeben werden. Die Ergebnisse werden dann in der Klasse zusammengetragen. Anschließend erstellen die Lernenden in Partner- oder Kleingruppenarbeit einen maximal halbseitigen Steckbrief zu mindestens einem Solarkraftwerk. Die Ergebnisse werden in der Klasse präsentiert. Gemeinsamkeiten und Unterschiede bezüglich Standort, Leistung, Aufbau sollten hier vorgestellt werden.

Die Nutzung regenerativer Energiequellen hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Neben Wasserkraft, Fotovoltaik und Geothermie spielt die Windkraft eine zunehmende Rolle bei der Stromversorgung. In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich Schülerinnen und Schüler die Grundlagen der Windenergie. Wind gibt es überall. Nicht immer weht er gleichmäßig und nicht überall gleich stark, aber er ist vorhanden und grundsätzlich nutzbar. Das wird auch gemacht, wie unschwer an der Zunahme von Windparks im Landschaftsbild in den letzten 15 Jahren zu erkennen ist. Allerdings ist festzustellen, dass die Anzahl solcher Anlagen in der nördlichen Hälfte Deutschlands bedeutend höher ist als in der südlichen. Das liegt vor allem am Nord-Süd-Gefälle des ?Windangebots?. Ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit zu gering, ist der Betrieb von Windenergieanlagen nach heutigen Maßstäben und beim derzeitigen Stand der Technik unwirtschaftlich. In dieser Unterrichtseinheit betätigen sich die Schülerinnen und Schüler sozusagen als "Windscouts" und erkunden geeignete Regionen für die Errichtung von Windenergieanlagen. Ein Ziel dieser Unterrichtseinheit ist, dass sich die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung, die regenerative Energiequellen für die Stromversorgung mittlerweile haben, erarbeiten. Ein weiteres Ziel liegt darin, herauszufinden, worin die räumlich unterschiedliche Nutzung der Windenergie begründet ist. Die Lernenden entwickeln und begründen Vorschläge für Regionen, die für den Betrieb von Windenergieanlagen in Deutschland bevorzugt genutzt werden können, und vergleichen ihre Vorschläge mit den aktuellen Schwerpunktregionen der Windenergienutzung. Sie führen dazu Informationen aus unterschiedlichen Quellen zusammen. Die Unterrichtseinheit kann in Einzel- oder auch in Gruppenarbeit durchgeführt werden. Ablauf der Unterrichtseinheit Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die natürlichen Grundlagen und die Bedeutung der Nutzung der Windenergie mithilfe vorgegebener Internetadressen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Grundwissen zu Funktion und Betrieb von Windenergieanlagen erwerben. Gründe erarbeiten für die räumlich ungleichmäßige Nutzung der Windkraft und für die Bestrebungen, vermehrt Windenergie im Offshore-Bereich zu gewinnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen unterschiedliche Informationen verknüpfen und bewerten und sich mit mit grafischen Darstellungsformen auseinander setzen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, ihren Mitschülerinnen und Mitschülern gegenüber ihre Ansicht zu verschiedenen Sachverhalten zu vertreten und mit ihnen mit verständlichen und nachvollziehbaren Argumenten zu diskutieren. lernen, sich der Kritik der anderen Lernenden zu stellen, mit Kritik umzugehen und damit ihre Kritikfähigkeit zu steigern. Thema Eine windige Angelegenheit: Die Nutzung der Energie des Windes Autor Dr. Gunnar Meyenburg Fach Geographie, Technik Zielgruppe Klasse 5 und 6 aller Schulformen, empfohlen für Gymnasium und Gesamtschule Zeitraum 2 bis 3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang für Einzel- und Gruppenarbeit Selbst gesteuertes Lernen Wesentlicher Bestandteil der Unterrichtseinheit ist das selbst gesteuerte Lernen unter Nutzung ausgewählter Fachinformationen und eines Filmbeitrags im Web. Der Filmbeitrag vermittelt grundlegende Informationen über Windenergieanlagen und deren Betrieb und liefert damit eine Einführung in die Thematik. Im Fokus dieser Lerneinheit steht die Erarbeitung von elementarem Wissen über die Nutzung und Bedeutung der Windenergie für die Energieversorgung Deutschlands. Die Schülerinnen und Schüler recherchieren eigenständig anhand vorgegebener Webadressen die für die Bearbeitung der Aufgabenstellungen erforderlichen Informationen. Arbeitsinhalte Am Beispiel Deutschlands wird anhand von Quellen im Web die Suche nach besonders geeigneten Regionen für die Nutzung der Windenergie recherchiert. Die Schülerinnen und Schüler nutzen Kartenmaterial, um Teilregionen zu erkunden und hinsichtlich ihres Windpotenzials zu bewerten. Sie werden feststellen, dass es erhebliche regionale Unterschiede bei den durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten gibt. Diese spiegeln sich schon jetzt deutlich in entsprechenden Unterschieden in der Intensität der Windenergienutzung wider. Sie werden sich weiterhin mit wichtigen, die Windgeschwindigkeit beeinflussenden Faktoren befassen. Auf diese Weise sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die zu einem Verständnis für aktuelle Bemühungen führen, verstärkt Offshore-Windenergieanlagen zu bauen. Zur Einführung und zur Vermittlung elementarer Grundlagen der Nutzung der Windenergie sehen sich die Schülerinnen und Schüler einen kurzen Filmbeitrag im Web an. planet-schule.de: Strom aus Strömung Dieser 15-minütige Film des SWR demonstriert verschiedene Möglichkeiten, die Strömung von Wind und Wasser zur Stromerzeugung zu nutzen. Aufgabe Recherchiert zu folgender Frage: Warum wird mit dem Bau von Windenergieanlagen eine - wie viele meinen - "Verunstaltung" der Landschaft in Kauf genommen? Die Schülerinnen und Schüler werden mit den Herausforderungen Klimawandel und Endlichkeit fossiler und radioaktiver Energieträger konfrontiert. Sie befassen sich mit der Bedeutung regenerativer Energieträger für die Stromversorgung und setzen diese mit dem Anteil in Beziehung, die mit herkömmlichen Kraftwerken gewonnen wird. Dabei sollte eher die Relation zu einzelnen Energieträgern hervorgehoben werden als die zum Gesamtanteil an der Stromerzeugung. Weiterhin soll den Schülerinnen und Schülern insbesondere die Bedeutung der Windenergie vermittelt werden, auch im Vergleich zu anderen regenerativen Energieträgern. Materialien Grafiken zum Energieverbrauch und zur Energieerzeugung in Deutschland: wind-energie.de: Grafik "Anzahl der Windenergieanlagen in Deutschland" Die Website bietet zu allen Aspekten der Windenergienutzung Informationen in Form von Text, Statistiken und Bild. Auch zum Thema Offshore-Windparks werden Infos geboten. Aufgabe Erkundet die Windverhältnisse in Deutschland und findet Regionen mit Windverhältnissen, die sich für den Aufbau von Windparks eignen. Herangehensweise Die Schülerinnen und Schüler lokalisieren Regionen mit hoher durchschnittlicher Windgeschwindigkeit und versuchen, ihre Beobachtungen mit Faktoren wie Relief, Höhenlage und/oder Küstennähe in Beziehung zu setzen. Letztendlich schlagen sie Regionen vor, in denen der Betrieb von Windkraftanlagen aus ihrer Sicht besonders wirtschaftlich wäre, und vergleichen ihre Vorschläge mit den Standorten bestehender Anlagen oder Windparks. Materialien Grafiken zur räumlichen Verteilung der Windgeschwindigkeit, zu Standorten von Windparks und zum Relief: Karte Mittlere Windgeschwindigkeit in Westeuropa Die Website bietet zu allen Aspekten der Windenergienutzung Informationen in Form von Text, Statistiken und Bild. Auch zum Thema Offshore-Windparks werden Infos geboten. wikipedia.org: Topographische Karte Deutschlands Die Online-Enzyklopädie bietet eine topographische Karte von Deutschland an. wikipedia.org: Karte Windkraftanlagen in Deutschland Die Online-Enzyklopädie liefert auf ihrer Seite zur Windenergie vielfältige Informationen über Wind und Windenergienutzung. Aufgabe Warum werden derzeit Planungen zum Bau von Offshore-Windkraftanlagen stark vorangetrieben? Herangehensweise Die Schülerinnen und Schüler diskutieren zunächst darüber, warum Windkraftanlagen in Norddeutschland sehr viel häufiger anzutreffen sind als im Süden. Über die Erkenntnis, dass die topographischen Gegebenheiten einen starken Einfluss auf die Windgeschwindigkeit haben, arbeiten sie sich an die Thematik der Windenergienutzung im Offshore-Bereich heran. Grund für den derzeitigen Forschungs- und Entwicklungsaufwand ist, dass im der Küste vorgelagerten Bereich die Windgeschwindigkeiten höher und die Windverhältnisse insgesamt beständiger sind als an Land. Materialien Die folgenden Grafiken und Karten können zum Einsatz kommen: dewi.de: Folie "Status der Windenergienutzung in Deutschland" - Stand 30.06.2009 (PDF) Die Website des Instituts bietet Informationen über den Status der Windenergienutzung in Deutschland, über Forschung und Entwicklung, auch zum Thema Offshore-Windkraft. wind-energie.de: Windprofil Die Website bietet zu allen Aspekten der Windenergienutzung Informationen in Form von Text, Statistiken und Bild. Auch zum Thema Offshore-Windparks werden Infos geboten.

Für die deutschen Gaskunden begann das Jahr mit einem Paukenschlag. Nachdem die Preise bereits in den letzten Jahren kräftig gestiegen waren, sorgte die Zuspitzung des so genannten Gaskonflikts zwischen Russland und der Ukraine in den ersten Januartagen des Jahres 2006 für ein kurzzeitiges Absacken der russischen Gaslieferungen.Obwohl die deutschen Energieversorger beteuerten, dass genug Reserven vorhanden seien, zeigten sich die Endverbraucher verunsichert und befürchteten eine neue Preisspirale nach oben. Glücklicherweise konnten sich die Ukraine und Russland nach wenigen Tagen einigen und die Lieferungen nach Deutschland und Westeuropa normalisierten sich. Allerdings hat dieser Konflikt Verbrauchern und Politikern deutlich vor Augen geführt, dass Deutschland - wie auch andere europäische Länder - nicht nur von den Öllieferungen aus aller Welt abhängig ist, auch andere Rohstoffe müssen die heimischen Energieversorger teuer importieren.Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit den globalen Zusammenhängen der Energieversorgung auseinandersetzen. verschiedene Daten über Energiequellen kennen lernen und den Energieverbrauch reflektieren. Unterschiede zwischen fossilen Brennstoffen und regenerativen Energiequellen herausarbeiten. Entwicklungen für die Zukunft beschreiben und alternative Energieträger vorstellen. politische Abhängigkeiten anhand von Energieimporten und -exporten weltweit und für die EU darstellen. Begrifflichkeiten definieren und statistische Erhebungen interpretieren. Informationen über das Internet recherchieren und Texte bearbeiten. Thema Energieversorgung Autor Michael Bornkessel Fach Politik, Sozialwissenschaften Zielgruppe Sek I und II, ab Klasse 9 Zeitaufwand je nach Intensität und Schwerpunktsetzung 2-6 Stunden Medien je ein Computer mit Internetnutzung für 2 Schülerinnen und Schüler Auf den folgenden Unterseiten werden globale und nationale Zusammenhänge der Energieversorgung dargestellt. Die einzelnen Energiequellen werden statistisch beleuchtet und die Entwicklungen für eine alternative Energieversorgung dargestellt. Die Unterseiten enthalten jeweils Recherchelinks zu den Themenbereichen. Globale Zusammenhänge und Abhängigkeiten Die globalen Zusammenhänge von Energieversorgung und Energiepolitik sind sehr komplex. Sie müssen für die Klasse reduziert dargestellt werden. Daten zu den Energiequellen Informationen und Zahlen zu den einzelnen Energiequellen helfen bei der Einordnung derzeitig globaler Abhängigkeiten und zukünftiger Entwicklungen. Energiezufuhr und -verbrauch in Deutschland Da Deutschland nur über wenige Ressourcen verfügt, müssen wir einen Großteil unseres Energieverbrauchs über Rohstoffimporte decken. Energiepolitische Tendenzen Der Staat steuert mit Investitionen und Gesetzen die Entwicklungen für die Energieversorgung der Zukunft. Engere Kooperation in Energiefragen Die Europäische Union reagierte auf den "Gaskonflikt" und die Energieminister diskutierten über mögliche Konsequenzen. Am Ende einigte man sich, dass die EU in Energiefragen künftig enger kooperieren will. Die Kommission will ein so genanntes Grünbuch erarbeiten, in dem sie die wichtigen Fragen identifiziert und damit auf europäischer Ebene eine Debatte über die grundlegenden politischen Ziele im Bereich der Energiepolitik in Gang setzen will. "Die EU braucht eine klare und gemeinsame Politik für die Energieversorgung", bilanzierte der für die Energiepolitik zuständige EU-Kommissar Andris Piebalgs. Energieimporte der EU am Beispiel Erdöl Denn fast alle EU-Länder sind von Energie-/Rohstoffimporten abhängig. Am Beispiel Erdöl, dem nach Angaben des "World Energy Council" (WEC) weltweit wichtigsten Energieträger, zeigt sich das besonders deutlich: lediglich Norwegen, Großbritannien, die Niederlande und Dänemark verfügen über ausreichend Erdölvorräte in der Nordsee, so dass sie das "Schwarze Gold" exportieren können - auch nach Deutschland. Die Bundesrepublik kann den eigenen Jahresbedarf an Rohöl nur zu drei Prozent, das sind rund 3,7 Mio. Tonnen Erdöl, aus eigenen Vorkommen gewinnen - den Rest müssen wir in aller Welt einkaufen. Entwicklungen der letzten Jahre Dabei hat sich der Anstieg des Weltenergieverbrauchs in den letzten Jahren verlangsamt. Er stieg nach Angaben des WEC zwischen 1970 und 1980 um 32,5 Prozent (2,9 Prozent/Jahr), zwischen 1980 und 1990 um 22,6 Prozent (2,1 Prozent/Jahr) und von 1990 bis 2004 um 25,9 Prozent (1,7 Prozent/Jahr). Allerdings muss man dabei berücksichtigen, dass nach dem Fall des Eisernen Vorhangs (1989) in den Ländern des ehemaligen Ostblocks aufgrund des wirtschaftlichen Umbruchs ein starker Rückgang des Energieverbrauchs zu verzeichnen war. Wohlstand = hoher Energieverbrauch Grundsätzlich nehme in den reichen Regionen der Energieverbrauch nur noch schwach zu. Als Gründe nennt der WEC, dass die Bevölkerung hier kaum noch wachse, Bedürfnisse mit hohem Energieaufwand, etwa Mobilität und Heizwärme, weitgehend gesättigt seien und energieintensive Industrien gegenüber der Dienstleistungsbranche an Gewicht verlieren. Ganz anders sehe es dagegen in den Schwellen- und Entwicklungsländern aus. Sie sind "energiehungrig", da sie beim Wohlstand nur durch rasch wachsenden Energieverbrauch aufholen können. Zukünftige Entwicklungen und Folgen für die EU Der Energieverbrauch werde in den kommenden Jahrzehnten weltweit weiter wachsen. Im Jahr 2030 benötigten die Menschen rund 50 Prozent mehr Energie, vor allem Öl, Gas und Kohle, prognostiziert die Internationale Energie Agentur (IEA) in ihrer Studie "Welt-Energie-Ausblick 2005". Zwar werde es keinen Mangel an fossilen Brennstoffen geben, doch die Abhängigkeit von den großen Erdöl- und Erdgas-Produzenten, das heißt den OPEC-Staaten und Russland, werde sich noch verschärfen. Die Europäische Union (EU) müsse 2030 voraussichtlich doppelt so viel Energie importieren wie heute. Regenerative Energien noch nicht bedeutsam Grundsätzlich muss man zwischen den verschiedenen Energieträgern unterscheiden. Derzeit wird der überwiegende Teil der benötigten Energie aus den so genannten fossilen Brennstoffen, also Erdöl, Kohle und Gas, gewonnen. Nach Angaben des WEC entfielen 88 Prozent der kommerziellen Weltenergieerzeugung im Jahr 2004 auf diese drei Rohstoffe. Rund sechs Prozent stellt die Kernenergie, die verschiedenen regenerativen Energieträger erreichen ebenfalls etwa sechs Prozent. Endliche Vorräte Der ständig steigende Energiebedarf wird derzeit also fast vollständig durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe gedeckt. Allerdings sind diese Ressourcen endlich, das heißt irgendwann werden wir die Vorräte verbraucht haben. Wann dies der Fall sein wird, ist unter den Experten allerdings heftig umstritten. Umgekehrte Vorzeichen Im Jahr 2004 wurden weltweit fast 3,9 Mrd. Tonnen Erdöl gefördert, bilanziert das österreichische Nationalkomitee des WEC auf seiner Internetseite. Erdöl ist der wichtigste Energieträger, allerdings sind die Vorkommen ungleich verteilt. Während der Verbrauch in Europa, Nordamerika sowie den Industrieländern Asiens um einiges höher ist als die Förderung, sieht es im Nahen Osten, in Südamerika und in Afrika genau umgekehrt aus. Verteilung auf die Kontinente Saudi Arabien ist der wichtigste Erdölförderstaat. Das Land am Persischen Golf hat 2004 rund 506 Mio. Tonnen Erdöl aus dem Boden gepumpt, das entspricht einem Anteil von 13,1 Prozent an der weltweiten Förderung. Russland folgt mit knapp 459 Mio. (11,9 Prozent). Insgesamt entfielen 2004 auf den Nahen Osten 30,7 Prozent der weltweiten Ölförderung, auf Europa (einschließlich der GUS-Staaten) 22,0 Prozent, auf Nordamerika 17,3 Prozent, auf Afrika 11,4 Prozent, auf Asien 9,8 Prozent sowie auf Mittel- und Südamerika 8,8 Prozent. Primärenergieverbrauch - was ist das? Die Weltförderung betrug 2004 rund 2,7 Mrd. Tonnen Öleinheiten (OE). Die Kohle kommt beim weltweiten Primärenergieverbrauch an zweiter Stelle. Im Jahr 2004 hatte sie einen Anteil von 27,2 Prozent. Bei der Stromerzeugung war Kohle mit einem Anteil von 38 Prozent sogar der wichtigste Rohstoff, so das WEC. Der Primärenergieverbrauch zeigt, wie viel Energie eine Volkswirtschaft in einer bestimmten Zeiteinspanne, meist ein Jahr, insgesamt verbraucht und gelagert hat. Weltweite Kohlelieferanten Die wichtigsten Kohleproduzenten waren 2004 China mit 989,8 Mio. Tonnen OE und die USA mit 567,2 Mio. Tonnen OE, gefolgt von Australien, Indien, Südafrika und Russland. Diese sechs Länder erzeugten 2004 nach Angaben des WEC etwas über 80 Prozent der Welt-Kohleförderung. Das WEC hat errechnet, dass die weltweiten Kohlereserven noch rund 164 Jahre reichen - wenn sich der Verbrauch auf dem Niveau von 2004 stabilisiert. Erdgasförderung weltweit Erdgas erfreut sich in den letzten Jahren stetig wachsender Beliebtheit und so stieg die weltweite Fördermenge im Jahr 2004 auf den historisch höchsten Wert von 2.691,6 Mrd. Kubikmeter. Auch hier spielt Russland eine wichtige Rolle. Mit 589,1 Mrd. Kubikmeter nimmt es, knapp gefolgt von den USA (542,9 Mrd. Kubikmeter), die Spitzenposition ein. Insgesamt entfielen im Jahr 2004 auf Europa und die GUS-Staaten 39,1 Prozent der weltweiten Erdgasförderung, auf Nordamerika 28,3 Prozent, auf Asien 12,0 Prozent, auf den Nahen Osten 10,4 Prozent, auf Afrika 5,4 Prozent sowie auf Mittel- und Südamerika 4,8 Prozent, fasst das WEC zusammen. Reserven bis 2019 aufgebraucht? Allerdings hat die massiv steigende Förderung zur Folge, dass bis heute insgesamt rund 70.000 Mrd. Kubikmeter Erdgas gewonnen wurden, das entspricht 30 Prozent der bisher entdeckten Reserven weltweit. Das WEC hat errechnet, dass die Gasvorräte noch rund 67 Jahre reichen. Allerdings wird im Jahr 2019 die Hälfte der bisher entdeckten Welt-Reserven vernichtet sein, setzt man eine gleichbleibende Jahresförderung, keine Entdeckung von neuen Lagerstätten und keine verbesserten Produktionsmethoden/-technologien voraus, warnt das WEC. Hohe Abbaukosten Auch für die Energiegewinnung durch Atomkraft benötigt man einen nur begrenzt vorhandenen Rohstoff: Uran. Die derzeit bekannten Reserven, bei denen die Abbaukosten bis zu 80 US-Dollar je Kilogramm Uran (80 Dollar/kg U) betragen, belaufen sich nach Angaben des WEC auf 3,54 Mio. Tonnen. Die Lagerstätten, die mit Kosten von bis zu 130 Dollar je Kilogramm Uran (130 $/kg U) abgebaut werden können, beziffert das WEC mit 4,59 Mio. Tonnen. Starke Konzentration der Reserven Die Reserven dürften rund 120 Jahre ausreichen, um die Atommeiler weltweit mit Uran zu versorgen. Insgesamt haben die Kernkraftkraftwerke eine Gesamtleistung von 362 Gigawatt (GW) produziert und dabei 56.108 Tonnen Uran verbraucht. 39.311 Tonnen stammten dabei aus der Bergwerksproduktion, so das WEC. Auch die Uranvorkommen sind nur auf wenige Ländern konzentriert. Die bis 80 Dollar/kg U abbaubaren Reserven liegen zu etwa 93 Prozent in zehn Ländern. Die Spitzengruppe bildet Australien (28 Prozent), gefolgt von Kasachstan (18 Prozent), Kanada (12 Prozent) und Südafrika (8 Prozent) - allein hier sind also etwa zwei Drittel der weltweiten Reserven konzentriert. Strom aus Wasserkraft Die Wasserkraft, so der WCE, ist die mit Abstand wichtigste regenerative Energiequelle. Das theoretische Wasserkraftpotenzial der Erde wird mit 39.608 Terawattstunden pro Jahr (TWh/a) geschätzt, davon stuft das WCE 14.356 TWh/a als "technisch nutzbares Potenzial" ein. Im Jahr 2004 wurden in Wasserkraftwerken mit einer Leistung von insgesamt 750 GW rund 2.809 TWh elektrische Energie erzeugt, mehr als 50 Prozent produzierten Anlagen in Kanada, den USA, Brasilien, China und Russland. An der Welt-Primärenergieversorgung hatte die Wasserkraft im Jahr 2004 einen Anteil von 6,2 Prozent. Bei der Erzeugung von Strom nimmt sie weltweit mit etwa 20 Prozent sogar die dritte Stelle nach Kohle und Öl/Gas ein. Wind und Sonne birgt Potenziale Windenergie spielt im Vergleich zur Wasserkraft weltweit betrachtet noch keine besonders große Rolle; allerdings ist dies ein Bereich, wo Europa in den letzten Jahren massiv investiert hat und bei der Nutzung eine Führungsposition erreichen konnte. Nach Angaben des WCE waren Ende 2004 weltweit etwa 47.317 Megawatt (MW) in Windkraftanlagen installiert. Allein etwa 34.205 MW, etwa 72 Prozent, entfielen dabei auf EU-Länder. Innerhalb der Europäischen Union waren Ende 2004 allein 16.629 MW in Deutschland installiert, gefolgt von Spanien (8.263 MW) und Dänemark (3.117 MW). Die anderen erneuerbaren Energien, etwa Solarenergie, sind derzeit noch von geringerer Bedeutung, wenngleich große Perspektiven und Entwicklungspotenziale vorausgesagt werden. Der deutsche Erdölbedarf, vor allem für Strom und Treibstoffe, wurde im Jahr 2004 nach Angaben des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) zu 33,7 Prozent (ca. 37,1 Mio. Tonnen) aus Russland gedeckt - es ist damit mit Abstand der größte Lieferant in Erdöl-Bereich. Dahinter folgt Norwegen mit 19,8 Prozent (ca. 21,8 Mio. Tonnen), Großbritannien mit 11,8 Prozent (ca. 12,9 Mio. Tonnen) und Libyen mit 11,6 Prozent (ca.12,9 Mio. Tonnen). Diese Zahlen zeigen, dass Deutschland einen Großteil seines Bedarfs am "Schwarzen Gold" aus der näheren Umgebung speist, nur 7,8 Prozent des Bedarfs (ca. 8,6 Mio. Tonnen) kam aus dem Nahen Osten. Insgesamt importierte Deutschland rund 110 Mio. Tonnen Rohöl im Jahr 2004. Der Anteil am Primarenergieverbrauch betrug damit im Jahr 2004 36,4 Prozent. Beim fossilen Brennstoff Steinkohle sah es noch bis Anfang der 1990er Jahre etwas anders aus. Im Jahr 1990 wurden in Deutschland insgesamt rund 85,7 Mio. Tonnen Steinkohle verbraucht, 66,5 Mio. Tonnen konnten im Inland gefördert und nur ein kleiner Teil musste importiert werden. Heute hat sich die Lage gewandelt. Im Jahr 2004 mussten wir fast 39,3 Mio. Tonnen Steinkohle aus anderen Ländern einkaufen, in Deutschland wurden lediglich rund 25,9 Mio. Tonnen abgebaut. Den Bedarf an Braunkohle kann Deutschland allerdings fast vollständig aus eigenen Vorkommen befriedigen. 2004 betrug die Förderung an Rohbraunkohle fast 182 Mio. Tonnen, lediglich 17.000 Tonnen wurden importiert, so das BMWi. Am Primärenergieverbrauch im Jahr 2004 hat damit die Steinkohle einen Anteil von 13,5 Prozent, die Braunkohle kommt auf 11,4 Prozent. Beim Erdgas war Deutschland, ähnlich wie beim Erdöl, schon immer von Importen abhängig, allerdings ist diese Abhängigkeit in den letzten Jahren stetig gewachsen. Während 1990 Gas für rund 573 Mrd. Kilowattstunden (k/Wh) im Ausland eingekauft wurde, stieg das Volumen im Jahr 2004 auf circa 942 Mrd. k/Wh, so das BMWi. Damit wurden rund 84 Prozent des Aufkommens nach Angaben des Bundesverbands der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft im Jahr 2004 importiert. Besonders wichtiger Lieferant ist Russland. Größere Erdgaslieferanten sind außerdem Norwegen mit 24 Prozent und die Niederlande mit 19 Prozent Anteil am deutschen Verbrauch. Auf Großbritannien, Dänemark und weitere Länder entfallen sechs Prozent. Aus dem Inland stammen 16 Prozent des Erdgases, das vor allem in Niedersachsen gefördert wird. Erdgas war zu 22,4 Prozent am Primärenergieverbrauch im Jahr 2004 beteiligt. Die verschiedenen deutschen Atomkraftwerke erzeugten im Jahr 2004 insgesamt 167,1 Mrd. Kilowattstunden (KWh). Das entspricht einem Anteil von 27,5 Prozent an der deutschen Stromerzeugung und 12,6 Prozent am Primärenergieverbrauch. Die verschiedenen regenerativen Energien können den deutschen Bedarf derzeit nur zu einem verschwindend geringen Teil decken. Im Jahr 2004 hatten alle erneuerbaren Energieträger einen Anteil von 3,6 Prozent am gesamten Primärenergieverbrauch. Allerdings betrug dieser Anteil im Jahr 1990 gerade einmal 1,9 Prozent, wie die Statistik des BMWi aufzeigt. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Die "Energiedaten" sind eine Sammlung aktueller Daten zur Energieversorgung aus zuverlässigen heimischen und internationalen Quellen. Alternatvie zu fossilen Brennstoffen In den letzten Jahren setzte sich in Politik und Wirtschaft langsam die Erkenntnis durch, dass die fossilen Brennstoffe irgendwann verbraucht sind und fossile Energieträger aufgrund der stetig steigenden Nachfrage immer teurer werden. Daher hat die neue Bundesregierung im Koalitionsvertrag unter anderem das Ziel festgeschrieben, den Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2010 auf 4,2 Prozent und bis 2020 auf zehn Prozent zu erhöhen. Ihr Anteil am Stromverbrauch soll bis 2010 auf 12,5 Prozent und bis 2020 auf mindestens 20 Prozent steigen. Gesetzliche Grundlagen Dazu hatte bereits die alte Regierung, neben der Vergütung von ins Netz eingespeistem Strom aus erneuerbaren Energien nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), verschiedene Förderprogramme ins Leben gerufen. Zwar will die schwarz-rote Bundesregierung das EEG in seiner Grundstruktur fortführen, zugleich aber die wirtschaftliche Effizienz der einzelnen Vergütungen bis 2007 überprüfen. Vom Stand-by-Gerät bis zur Industrieanlage In der Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden, Geräten, Fahrzeugen, Kraftwerken und Industrieanlagen sieht die Bundesregierung ein "riesiges Potenzial" zur wirtschaftlichen Energieeinsparung. Sie will daher unter anderem die Energieeffizienz der Volkswirtschaft konsequent steigern, um bis 2020 eine Verdopplung der Energieproduktivität gegenüber 1990 zu erreichen. Förderprogramme und Forschungsinvestitionen Im Rahmen einer Innovationsinitiative "Energie für Deutschland" will die Regierung die Ausgaben für die Energieforschung schrittweise verstärken. Davon sollen erneuerbare Energien und Biomasse, Effizienztechnologien bei der Nachfrage, zentrale und dezentrale Effizienztechnologien bei der Energieerzeugung und ein nationales Innovationsprogramm zu Wasserstofftechnologien (einschließlich Brennstoffzellen) gefördert werden. Doch um den von Rot-Grün beschlossenen Ausstieg aus der Atomkraft scheint sich ein grundlegender Konflikt anzubahnen. Angesichts des steigenden Energiebedarfs und der immer höheren Energiekosten wurden in der Union Stimmen laut, die ein "Umdenken" der Sozialdemokraten und eine Verlängerung der Laufzeiten von Atomkraftwerken fordern.

Mit der Unterrichtseinheit zum Thema "Sonnenenergie" soll den Schülerinnen und Schülern im Rahmen der Besprechung von erneuerbaren Energien verdeutlicht werden, warum es so wichtig ist und immer wichtiger werden wird, diese Art der Energieerzeugung massiv zu verstärken. Schülerinnen und Schüler kennen die heute schon auf einigen Hausdächern installierten Photovoltaikanlagen zur sauberen Stromgewinnung ebenso wie die Sonnenkollektoren zur Wärmegewinnung als Unterstützung von Heizung und Warmwasserbereitstellung. Im Unterricht werden den Lernenden zunächst die auf der Halbleitertechnologie beruhenden Grundlagen vermittelt, die es aufgrund des inneren Photoeffektes möglich machen, die Energie der einfallenden Sonnenstrahlen (Photonen) in elektrischen Strom umzuwandeln. Einfacher zu verstehen sind die Vorgänge bei Sonnenkollektoren, wo die einfallende Wärmeenergie der infraroten Strahlung genutzt wird, um Wasser zu erwärmen.Im Jahr 2019 betrug der Energiebedarf pro Person und Tag in Deutschland 123 kWh, in den USA 232 kWh. Weltweit wurde ein täglicher Energieverbrauch von 58 kWh pro Person errechnet. Wenn die Weltbevölkerung bis 2050 voraussichtlich auf 10 Milliarden Menschen ansteigt und alle Länder einen Energieverbrauch wie die USA hätten, müsste sich die Energieerzeugung versechsfachen. Derzeit werden noch etwa 85 Prozent des globalen Energiebedarfs durch fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Gas gedeckt. Will man die gesteckten Ziele in der Klimapolitik erreichen, bleibt nichts anderes übrig, als die regenerativen Energiequellen – allen voran die praktisch unerschöpfliche Sonnenenergie – in einem bisher nicht gekannten Umfang auszubauen. Photovoltaikanlagen und Sonnenkollektoren als Unterrichtsthemen Der Umbau der Energiesysteme wird die große Herausforderung in den kommenden Jahrzehnten werden – die Weichen hin zu einer emissionsarmen Energieversorgung sind gestellt. Erneuerbare Energien nehmen einen stetig wachsenden Anteil an der Energieversorgung ein und lassen die Hoffnung zu, dass die Versorgung mit Primärenergie bis Mitte des 21. Jahrhunderts klimaneutral erfolgen kann. Vorkenntnisse Vorkenntnisse der Lernenden können insoweit vorausgesetzt werden, dass die Thematik in den Medien permanent präsent ist und vor allem junge Menschen in Hinblick auf deren Zukunft weiter sensibilisieren wird. Das Wissen um die Abläufe bei der Umwandlung von Sonnenenergie ist mit gut nachvollziehbaren physikalischen Erklärungen und Herleitungen von Gesetzmäßigkeiten relativ leicht vermittelbar. Didaktische Analyse Allein die für jede Schülerin und jeden Schüler nachvollziehbaren klimatischen Probleme, die durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe entstehen, dürfte es für Lehrkräfte einfach machen, die Lernenden für die Energieerzeugung über die schier unerschöpfliche und saubere Sonnenenergie zu begeistern. Methodische Analyse Sobald die Abläufe bei der heute in allen Bereichen der Technik notwendigen Halbleitertechnologie von den Lernenden in ihren Grundlagen verstanden sind, sollte es für die Lehrkräfte kein Problem sein, durch beschreibende und erläuternde Übungsaufgaben die Begeisterung bei den jungen Menschen für die neuen Technologien der Zukunft zu wecken. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die klimaschädlichen Prozesse bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen zur Energiegewinnung. kennen die weltweit vereinbarten Klimaziele und deren Bedeutung für die Umwelt. können die Wirkungsweise von Solarzellen und Sonnenkollektoren erklären. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

Der Ausbau erneuerbarer Energien macht gleichzeitig auch die Weiterentwicklung von Speichertechnologien notwendig, da Stromproduktion und Stromnachfrage im Zeitverlauf schwanken. Gerade beim Thema Erneuerbare Energien spielen Speichertechnologien eine bedeutsame Rolle. Denn häufig ist die Menge der Stromproduktion aus Solar- oder Windkraft nicht genau vorhersehbar und entspricht nicht immer der Nachfrage. Speichertechnologien sind aus diesem wichtig, um überschüssigen Strom (beispielsweise bei starkem Wind) zwischenzuspeichern und in Zeiten höherer Nachfrage in das Netz einzuspeisen. Ohne sie erscheint ein weiterer Ausbau Erneuerbarer Energien kaum denkbar. Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, den Schülerinnen und Schülern zu vermitteln, dass der Ausbau erneuerbarer Energien ebenso eine parallele Weiterentwicklung von Möglichkeiten zur Energiespeicherung erfordert. Die Lernenden sollen im Internet verschiedene Speicherformen und ihre Funktionsweise recherchieren und die Ergebnisse dann im Plenum präsentieren. Energiespeicher in Stromversorgungssystemen Der Text des VDE bietet zusammenfassende Informationen zu verschiedenen Formen von Energiespeichern und kann als Ausgangsbasis für die Internetrecherche dienen. Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, dass Stromversorgungssysteme mit einem hohen Anteil an regenerativen Energien wie Solar- oder Windkraft aufgrund des schwankenden Angebots Energiespeicher benötigen. im Internet Informationen zu Energiespeichern recherchieren und dabei verschiedene Energieformen unterscheiden (mechanisch, chemisch). in Partner- oder Gruppenarbeit das Funktionsprinzip einzelner Speichertechnologien genauer erarbeiten. ihre Ergebnisse den Mitschülerinnen und Mitschülern in geeigneter Form präsentieren. Thema Energiespeicher in Stromversorgungssystemen Autor Antje Schmidt Fach Physik, Technik Zielgruppe Klasse 8 bis 10 Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang (im Idealfall ein Computer für 2 Personen) In einem Stromversorgungsnetz muss die erzeugte Leistung zu jeder Zeit dem Bedarf entsprechen. Insbesondere die meisten erneuerbaren Energien (Wind, Sonne, Laufwasser) sind jedoch nicht gleichmäßig verfügbar. Zudem werden keine Vorräte gebildet, und sie sind in ihrer Intensität im Voraus nicht exakt planbar. Daher stellt sich die Herausforderung, wie mit Schwankungen zwischen Stromangebot und -nachfrage umzugehen ist. Erforderlich sind flexible Lösungen, die kurzfristig Ausgleich schaffen können. Geplant ist der Ausbau erneuerbarer Energien bis 2020 auf bis zu 40 % der gesamten Stromerzeugung. Dies kann bei einem Überangebot (zum Beispiel bei Starkwind) dazu führen, dass thermische Kraftwerke zum Ausgleich gedrosselt oder abgeschaltet werden müssen, da erneuerbare Energien als CO 2 -freie Energiequelle Vorrang haben. Wenn solche thermischen Kraftwerke nur im Teillastbetrieb laufen, erhöhen sich der Verschleiß und die Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung. Insgesamt sind dadurch steigende Stromerzeugungskosten zu erwarten. Ideal wäre es daher, Speichermöglichkeiten für Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu haben, um den Strom dann abzurufen, wenn er gebraucht wird und Angebotsschwankungen abzufedern. Solche Energiespeicher können einen Überschuss an erzeugter Energie für einige Tage oder Wochen zwischenspeichern. Prinzipiell sind solche Technologien verfügbar, jedoch sind bis zur Marktreife noch hohe Investitionen für Forschung und Entwicklung erforderlich. Im Folgenden werden einige Speichertechnologien vorgestellt. Diese Wasserkraftwerke verbinden zwei Wasserbecken unterschiedlicher Höhe. Ist das Angebot an elektrischer Energie größer als die Nachfrage (in der Regel nachts), kann der Überschuss an Energie genutzt werden, um Wasser aus dem unteren Becken in das obere Becken zu pumpen. Bei Bedarf lässt man das Wasser zurück in das untere Becken fließen und so eine Turbine antreiben. Der mit der Turbine verbundene Motor-Generator kann dann die gespeicherte Energie wieder in Elektrizität wandeln und in das Stromnetz einspeisen. Der Wirkungsgrad liegt derzeit im Bereich 70 bis 80 %, da zum Hochpumpen mehr Energie benötigt wird als beim Herunterfließen des Wassers wieder gewonnen werden kann. Im Vergleich zu anderen Speichertechnologien ist die Leistung deutlich höher und die Generatoren können etwa 4 bis 8 Stunden Strom erzeugen. Pumpspeicher sind jedoch an bestimmte topografische Voraussetzungen gebunden. Abgesehen von den Landschaftseingriffen beim Bau solcher Anlagen sind geeignete Standorte in der Regel zu weit entfernt von Gebieten mit hohem Windpotenzial wie Küstengegenden. Diese auch als CAES-Kraftwerke bezeichneten Energiespeicher (CAES = Compressed Air Energy Storage) arbeiten nach dem Prinzip, ein Luftreservoir in einer unterirdischen Kaverne (meist ein ausgehöhlter Salzstock) zu verdichten. In Spitzenzeiten wird die so gespeicherte Energie zum Antrieb von Gasturbinen genutzt, indem man die komprimierte Luft sich wieder ausdehnen lässt. Eine solche Anlage dient im Wesentlichen zur Netzregelung, da sie zur Abfederung von Spitzenlasten eingesetzt wird. Ein wichtiges Merkmal ist die Fähigkeit, das ein solches Werk schnell gestartet werden kann (innerhalb von Minuten stehen 100 % der Leistung zur Verfügung). Weltweit gibt es derzeit zwei diabate CAES-Anlagen, davon eine in den USA und eine in Deutschland. Die deutsche Anlage in norddeutschen Huntorf hat die Aufgabe, Strom in Schwachlastzeiten vom Kernkraftwerk Unterweser zwischenzuspeichern. Daneben sichert sie die Stromversorgung des Kernkraftwerks im Fall eines Netzzusammenbruchs ab. Druckluftspeicher sind an bestimmte geologische Voraussetzungen gebunden (Salzstöcke), die in Norddeutschland häufig vorkommen. Damit können sie als Speicher für den weiteren Ausbau von Windkraftanlagen in der Nordsee dienen und zukünftig eine größere Bedeutung erlangen. Um elektrische Energie über längere Zeit zu speichern (mehrere Tage bis Wochen), kommen Systeme infrage, die Wasserstoff als Energieträger nutzen. Dazu wird mithilfe von Elektrolyse überschüssige elektrische Energie in Wasserstoff gewandelt, der dann verdichtet und in unterirdischen Kavernen gespeichert werden kann. Somit bieten insbesondere Wasserstoffspeicher die technische Möglichkeit, fluktuierende erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind bei Bedarf auszugleichen. Aufgrund der höheren Energiedichte kann mit Wasserstoff in Kavernen im Vergleich zu Druckluftspeichern die 60-fache Nutz-Energiemenge gespeichert werden. Wasserstoff-Speichersysteme bieten zwei Vorteile: zum einen eignen sie sich für Szenarien, bei denen die Energie relativ selten, das heißt im Schnitt weniger als einmal pro Woche, benötigt wird. Zum anderen muss der Wasserstoff nicht zwingend in elektrische Energie zurückgewandelt werden, sondern es ist auch eine direkte Nutzung des Wasserstoffs etwa als Fahrzeugantrieb (Brennstoffzellen) oder in der industriellen Produktion denkbar. Grob lassen sich elektrochemische Speicher in zwei Gruppen einteilen: mit internem und mit externem Speicher. Zur ersten Gruppe zählen übliche Batterien für tragbare Geräte wie Laptops, Handys oder MP3-Player. In diesen Systemen wird die Energie dort gespeichert, wo auch die elektrochemische Reaktion stattfindet. Bei Systemen mit externem Speicher kann das Speichermedium getrennt der Reaktionseinheit gelagert werden, beide können unabhängig voneinander dimensioniert werden. Blei-Säure-Akkumulatoren Sie finden derzeit die größte Verwendung. Genutzt werden sie als Starterbatterien in Verbrennungsmotoren, als Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen sowie für die Notstromversorgung. Im Bereich erneuerbare Energien dienen Blei-Säure-Akkumulatoren als Zwischenspeicher für Photovoltaik- oder Windkraftanlagen. Lithium-Ionen-Batterien Schon seit einiger Zeit werden Lithium-Batterien erfolgreich in Laptops und Handys als Energiespeicher genutzt. Ihr Vorteil liegt in einer geringen Selbstentladungsrate und einer hohen Energiedichte. Sie gelten auch als vielversprechend für Elektrofahrzeuge (siehe auch Energiespeicherung im Verkehrssektor). Redox-Flow-Batterien Zur Langzeitspeicherung oder Spannungsregulierung bieten sich Redox-Flow-Batterien an. Da hier das Seichermedium getrennt von der Umwandlungseinheit ist, kann die Energiemenge flexibel dimensioniert werden. In zwei Tanks werden die Flüssigkeiten, bestehend aus in flüssigen Elektrolyten gelösten Salzen, getrennt gelagert. Bei Bedarf werden die Flüssigkeiten mittels Pumpen der zentralen Reaktionseinheit für den Lade- oder Entladeprozess zugeführt. Diese Batterien haben den Vorteil, dass sie sich praktisch nicht entladen und daher sehr lange Energie speichern können. Für die zukünftige Entwicklung des Verkehrssektors werden erneuerbare Energien eine zunehmende Bedeutung haben. Viele Autokonzerne bringen derzeit Elektrofahrzeuge auf den Markt. Man unterscheidet drei Varianten: Hybridfahrzeug (HEV) Diese Fahrzeugart besitzt einen Speicher von etwa 1 kWh und lädt diesen nur während der Fahrt auf. Mithilfe des Elektroantriebs lässt sich eine Einsparung von Kraftstoff von bis zum 20% erzielen. Plug-in Hybrid (PEHV) Hier handelt es sich um ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, dessen Elektroantrieb über eine Steckdose geladen werden kann. Der Speicher ist größer als bei einem reinen Hybridfahrzeug und enthält 5 bis 10 kWh. Die Reichweite des Elektromotors beträgt 30 bis 70 km, bei längeren Strecken erfolgt der Antrieb über Kraftstoff wie Benzin, Erdgas oder auch Biokraftstoffe. Elektrofahrzeug (EV) Ein reines Elektrofahrzeug hat derzeit eine Reichweite von 100 bis 300 km bei einem Speicher von 14 bis 40 kWh. Auch hier lässt sich die Batterie über Steckdosen gewöhnlicher Hausanschlüsse laden. Zeiten, in denen das Fahrzeug nicht benötigt wird, zum Beispiel während der Arbeitszeit oder in den Nachtstunden, können zum Aufladen genutzt werden. Als geeignete Speichertechnologie erweist sich dabei vorzugsweise die Lithium-Ionen-Batterie, da sie eine hohe Energiedichte besitzt. Viele der genannten Speichersysteme weisen ein erhebliches Entwicklungspotenzial auf. Teilweise ist noch Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig, um die erforderliche Marktreife zu erreichen. Insbesondere die Batterieentwicklung als eine Schlüsseltechnologie für Elektrofahrzeuge wird eine große Rolle spielen. Bedeutsam für die Etablierung von Speichersystemen allgemein sind zudem planbare energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen, wie sie beispielsweise Anreizsysteme bieten. Parallel zum Einsatz von Energiespeichern ist der Ausbau der Netzkapazitäten erforderlich, um die Menge an erzeugtem Strom durch regenerative Energieträger über lange Distanzen zu übertragen und lokale Netzengpässe zu entspannen. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) hat im Jahr 2008 eine Studie veröffentlicht zum Thema "Energiespeicher in Stromversorgungssystemen". In ausführlicher Form behandelt die Studie die verschiedenen Energiespeicher und ihre Rolle bei der Entkoppelung von Angebot und Bedarf an elektrischer Energie. Interessierte Lehrkräfte können die Studie direkt beim VDE bestellen (250 Euro für Nichtmitglieder): VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Stresemannallee 15 60596 Frankfurt am Main service@vde.com

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 Links zum Thema ). 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 GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Diese bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. 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. GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema Die hier zusammengestellten Artikel (PDF-Download) bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. 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. Fast alle Schülerinnen und Schüler besitzen einen tragbaren Computer, ein Handy oder eine Digitalkamera. Mit der Meldung "Akku fast leer - bitte laden" sind sie daher vertraut. Das unerwünschte Phänomen wird als Einstieg in die Thematik genutzt: "Damit diese ärgerliche Meldung bald seltener wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher intensiv an der Entwicklung von Brennstoffzellen." Der Unterrichtseinstieg schafft einen konkreten Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und sorgt so für (hoffentlich) großes Interesse. Er zeigt zudem, dass Forschung kein Selbstzweck ist, sondern auch einen konkreten Anwendungsbezug hat und das Leben der Menschen erleichtern kann. Selbsttätige Aneignung von Wissen Im Rahmen der ersten Erarbeitungsphase steht die selbstständige Informationsaneignung im Mittelpunkt des Unterrichts. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei nicht nur Text- und Bildmaterialien auswerten und Inhalte zusammenfassen, sie müssen die erarbeiteten Ergebnisse auch auf ein komplexes grafisches Schema übertragen. Um die selbsttätige Aneignung von Wissen zu forcieren, erledigen die Lernenden die Aufgaben in Kleingruppen (drei bis vier Personen). In der Diskussion mit den anderen Teammitgliedern sollen dabei mögliche Unklarheiten und Verständnisschwierigkeiten besprochen und beseitigt werden. Blick hinter die "Kulissen" der Forschung Da die Möglichkeiten des unmittelbaren Lernens beim Thema Brennstoffzellen eingeschränkt sind, sollen die Schülerinnen und Schüler im zweiten Teil der Unterrichtseinheit zumindest anhand eines Arbeitsblatts einen Blick in die spannende Welt der Brennstoffzellenforschung werfen. Anhand des Themas "Neue Membranen für bessere Brennstoffzellen" lernen sie, wie die noch vorhandenen Mängel der Brennstoffzellen beseitigt werden könnten, um zu einem besseren Produkt zu gelangen. Sie werden aber auch dafür sensibilisiert, dass noch viel Grundlagenforschung zu leisten ist, bis Brennstoffzellen zu einer wirklichen technischen Lösung im Alltag werden können. Die Lehrpläne der Bundesländer für das Fach Chemie bieten vielfältige Anknüpfungspunkte für den Einsatz der Materialien in der Sekundarstufe II. Hier einige Beispiele: Bedeutung der Chemie für die Gesellschaft und für die Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen (Nordrhein-Westfalen) Von der Wasserelektrolyse über die Knallgasreaktion zur Brennstoffzelle (Nordrhein-Westfalen) Entwicklung der Fähigkeit, am gesellschaftlichen Diskurs über Naturwissenschaft und Technik teilzunehmen (Sachsen) Redoxreaktionen und deren Bedeutung für die Herstellung ortsunabhängiger Spannungsquellen (Bayern) Unter dem Leitgedanken "Erneuerbare Energien - Klimaretter oder teure Prestigeobjekte?" könnte ein fächerübergreifendes Unterrichtskonzept stehen, zu dem die hier vorgestellte Brennstoffzelleneinheit gut passen würde: Chemie Grundlegende Aspekte zu Brennstoffzellen und anderen erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Biokraftstoffe oder Biomasse, werden vorgestellt. Physik Hier steht neben Solarenergie und Strom aus Wasserkraft oder Windkraftanlagen vor allem die Kernfusion im Focus: Grundlagen und Schwierigkeiten der Umsetzung werden thematisiert. Biologie Hier werden ökologische Probleme untersucht, die sich aus der Nutzung erneuerbarer Energien ergeben, zum Beispiel die Auswirkungen von Windanlagen auf den Vogelzug oder die Folgen von Staudämmen für Flussökosysteme. Geographie, Wirtschaft Im Erdkundeunterricht nimmt das Thema Klima einen breiten Raum ein: anthropogene Ursachen für den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung werden diskutiert. Auch die Abhängigkeit der Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen sollte thematisiert werden. Politik Die Lernenden beschäftigen sich mit dem Streit um die Ökosteuer und den Problemen bei der Durchsetzung einer nationalen oder weltweiten Energiewende. Auch das Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutschland und die Möglichkeiten und Grenzen internationaler Abkommen zum Schutz der Atmosphäre werden beleuchtet. Die GDCh-Wochenschau informiert über aktuelle Themen aus der chemischen Forschung und Entwicklung. Zum Unterrichtsthema passende Beiträge sind für Lehrerinnen und Lehrer bei der Vorbereitung des Unterrichts eine Fundgrube für interessante und weiterführende Informationen. Schülerinnen und Schüler können die Artikel im Rahmen von WebQuests oder zur Vorbereitung von Referaten nutzen. Einige für diese Unterrichtseinheit relevante Artikel stellen wir hier kurz vor. Die vollständigen Beiträge stehen als PDF-Download zur Verfügung. Die Aktuelle Wochenschau der GDCh Jede Woche finden Sie auf der Webseite der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) einen Beitrag zur chemischen Forschung und Entwicklung. Der Übersichtsartikel fasst die Argumente von Befürwortern und Kritikern einer Wasserstoff-Wirtschaft zusammen: Zwar ermöglicht die Wasserelektrolyse eine energieeffiziente Erzeugung von Wasserstoff aus dem reichlich vorhandenen Rohstoff. Einer realisierbaren Wasserstoff-Wirtschaft stehen jedoch noch ungelöste Probleme beim Transport und bei der Lagerung des Brennstoffs im Weg. Zu den Sicherheits- und Verteilungsproblemen kommt im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern noch die niedrige Energiedichte pro Volumeneinheit als Nachteil hinzu. Wie der Disput bis zum Anbruch eines regenerativen Energiezeitalters verlaufen wird, ist offen. Energie aus der Brennstoff-Oxidation ohne thermisch-mechanische Umwege Was als Vorteil der Brennstoffzelle erscheint - die Erzeugung elektrischer Energie direkt aus der Oxidation eines Brenngases ohne Umweg über eine Flamme, eine Gas- oder Dampfturbine und einen Generator - entpuppt sich bei der Realisierung als große Hürde. Die aggressiven chemischen Bedingungen um den Verbrennungsvorgang herrschen nämlich in der Brennstoffzelle auch dort, wo elektrischer Strom über korrosionsanfällige Kontakte zwischen verschiedenen Materialien fließen muss. Ohne High-Tech keine Brennstoffzelle Nur High-Tech-Werkstoffe, die dementsprechend teuer sind, halten den Anforderungen des Brennstoffzellen-Betriebs stand. Die damit verbundenen Kosten sind zur Zeit mit einem wirtschaftlich konkurrenzfähigen Produkt noch nicht vereinbar. Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle Neben dem allgemeinen Aufbau und der Funktionsweise von Brennstoffzellen werden die Vorteile einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle dargestellt. Sie kann ihre eigene Abwärme dazu nutzen, den Wasserstoff, den sie "verzehrt", aus Erdgas ohne zusätzlichen Energieaufwand freizusetzen und erzeugt weniger Kohlenstoffdioxid als vergleichbare konventionelle Blockheizkraftwerke. Ihre prinzipielle Funktionsfähigkeit wurde bereits gezeigt. Bis zur Entwicklung marktgerechter Lösungen müssen aber noch viele Herausforderungen bewältigt werden. Kryospeicherung und Drucktanks erscheinen nicht praktikabel Transport und Speicherung von Wasserstoff bringen bei der Nutzung von Brennstoffzellen Probleme mit sich, die bis heute nicht gelöst werden konnten. Die Verflüssigung von Wasserstoff in Vorratstanks an Tankstellen und in Tanklastwagen ist mit einem erheblichen Verlust an nutzbarer Energie verbunden. Eine kryogene Speicherung in den kleinen Tanks der Endverbraucher ist nicht praktikabel: Trotz extrem aufwendiger Isolierungen käme es bereits nach einigen Tagen zu Abdampfverlusten. Eine physikalische Speicheralternative sind Drucktanks. Aber auch hier geht Energie verloren. Zudem steigen mit dem Druck in den Tanks auch die Sicherheitsanforderungen. Chemische Alternativen Eine kurze Übersicht zeigt, dass es einerseits eine Vielzahl von Ansätzen zur Entwicklung von Wasserstoff-Speichermaterialien gibt, dass andererseits aber noch kein System gefunden werden konnte, bei dem sich ein realistisches Potential für den Einsatz in Autos abzeichnet. Auf diesem Gebiet werden noch enorme Anstrengungen erforderlich sein, wenn man in der Zukunft nicht von Kryo- oder Hochdruckspeichersystemen abhängig sein will. Der Beitrag skizziert folgende Speichermöglichkeiten: Benzin und Diesel Die Wasserstoffspeicherung mit Kohlenwasserstoffen wie Benzin und Diesel hätte den großen Vorteil, dass es keinerlei Infrastrukturprobleme gäbe, ist jedoch für den Antrieb von Autos aus technischen Gründen nicht praktikabel (hohe Temperaturen, aufwendige Gasreinigung). Methanol Trotz ähnlicher Probleme (Gasreinigung) wurden mit Methanol betankte Prototypen erfolgreich getestet. Allerdings ist die Einrichtung einer Methanol-Infrastruktur parallel zur existierenden Infrastruktur für Diesel und Benzin wirtschaftlich unattraktiv. Hydride und Imide Wesentlich attraktiver erscheinen Hydride, die reversibel Wasserstoff aufnehmen oder abgeben können. Trotz vielversprechender Ansätze ist ein großer Teil der komplexen Hydride bisher wenig oder kaum untersucht. Es besteht daher durchaus Hoffnung, dass auf diesem Gebiet noch technisch relevante Systeme entdeckt werden könnten. Metal-Organic-Frameworks (MOFs) Die hochporösen metallorganischen Gerüstverbindungen zeigen in einigen Versuchen sehr hohe Speicherkapazitäten. Inwieweit diese Systeme die geweckten Erwartungen einlösen können, wird die Zukunft zeigen. Dreidimensionale Netzwerke lagern kleine Moleküle ein In den letzten Jahren fanden bemerkenswerte Entwicklungen im Bereich der porösen Materialien statt. Durch den modularen Aufbau metallorganischer Gerüstverbindungen lässt sich die Porengröße sogar maßgeschneidert an die Größe kleiner Moleküle wie Wasserstoff oder Methan anpassen. Damit gelten MOFs als aussichtsreiche Kandidaten für die Speicherung von gasförmigen Energieträgern. Hohe Methandichten bei Raumtemperatur Während Wasserstoff in MOFs nur bei niedrigen Temperaturen gespeichert werden kann, ist die Lage im Fall von Erdgas wesentlich günstiger. Methan (Hauptbestandteil von Erdgas) wird von MOFs bereits bei Raumtemperatur aufgenommen und auch wieder reversibel abgegeben. Es erreicht in den MOF-Poren nahezu die Dichte einer Flüssigkeit. Durch diese Technologie kann man den zur Speicherung einer bestimmten Methanmenge notwendigen Druck deutlich senken, was die Sicherheit erhöht. Die Verwendung von porösen Materialien als Speichermedien befindet sich jedoch noch in der Erprobungsphase. Der Beitrag skizziert verschiedene Wege zur Herstellung von Wasserstoff. Elektrolysetechnologien und deren Betriebsbedingungen werden vorgestellt. Am Beispiel der Niedertemperatur-Elektrolyse bei Standardbedingungen werden Wirkungsgrade und Zellspannungen betrachtet. Zudem wird über eine Versuchsanlage in Saudi Arabien zur Erzeugung "Solaren Wasserstoffs" mit Strom aus einem Solarfeld berichtet, an dessen Bau das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt war. Mit der Anlage konnte gezeigt werden, dass Wasserstoff per Elektrolyse mit einem Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent regenerativ hergestellt werden kann. Als Brennstoffzelle für den kleinen Leistungsbereich wird in der Regel die Membranbrennstoffzelle verwendet, da ein Systemstart bei Raumtemperatur möglich ist. In Kombination mit einem Speicher für die Energieträger Wasserstoff oder Methanol sind kleine Brennstoffzellen eine Konkurrenz für Batterien und Notstromaggregate. Während Batterien - insbesondere die Lithium-Batterie - aber richtige "Kraftpakete" sind, sind Brennstoffzellensysteme eher "Energiepakete". Der Artikel stellt ihre Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile der Brennstoffe Wasserstoff und Methanol vor. So lange die regenerative Wasserstoffgewinnung, zum Beispiel über riesige Solaranlagen, noch nicht serienreif realisiert ist, schlägt Erdgas die Brücke zur Wasserstoffwirtschaft. Ein Vorteil von Erdgas ist seine heute schon nahezu flächendeckende Verfügbarkeit in den Haushalten. Somit können Brennstoffzellen-Heizgeräte nahtlos in bestehende Heizsysteme integriert werden. Feldtests sollen den Markt für die neue Technologie sondieren und vorbereiten. Dieter Lohmann ist ausgebildet für das Lehramt an Gymnasien und arbeit als Redakteur beim Online-Magazin Scinexx .

Welche Wahlmöglichkeiten hat der Kunde auf dem liberalisierten Strommarkt und welche Kriterien sind beim Anbieterwechsel wichtig? In Projektarbeit gehen die Schülerinnen und Schüler diesen Fragen nach. Seit 1998 gibt das "Gesetz zur Neuregelung des Energiewirtschaftsgesetzes" Privatkunden die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Stromanbietern zu wählen. Der Wettbewerb könnte eigentlich dazu führen, dass der Strompreis sinkt. Das würde jedoch voraussetzen, dass Informationen einfach zugänglich und Angebote transparent und gut zu vergleichen sind. Werden diese Forderungen auf dem Strommarkt erfüllt? Und ist der Preis das einzige Auswahlkriterium? Wie sollte eine Gewichtung der Kriterien ausfallen? Mit diesen Fragestellungen setzen sich die Schülerinnen und Schüler auseinander und berücksichtigen dabei Aspekte der Nachhaltigkeit. Vorkenntnisse zu den Themen "Fossile Energieträger und erneuerbare Energie" Vor dieser Unterrichtseinheit sollten sich die Schülerinnen und Schüler bereits mit den Kriterien der Nachhaltigkeit vertraut gemacht haben. Auch eine vorherige Beschäftigung mit der Thematik "Fossile Energieträger und erneuerbare Energie" ist sinnvoll. Hierzu eignet sich das beispielsweise das Material "Erneuerbare Energien", welches das Bundesumweltministerium im Internet zum Download anbietet. Die Adresse ist unten angegeben. Internetzugang ist empfehlenswert Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich in mindestens drei Unterrichtsstunden den Problemkomplex Strommarkt unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit. Sie erhalten zu diesem Zweck ausgedruckte Texte. Wenn ein Internetanschluss zur Verfügung steht, können sie das Material unter einer angegebenen Adresse auch eigenständig einholen. Die Unterrichtseinheit sieht auch die Nutzung eines Stromrechners zum Preisvergleich vor. Diese Funktion ist nur online verfügbar. Alternativ kann der oder die Unterrichtende die Preise auch als Tabelle zur Verfügung stellen. Arbeitsaufträge Projektarbeit zur Auswahl des Stromanbieters Die Lernenden erarbeiten sich in Einzel- und Gruppenarbeit das Hintergrundwissen, um eine begründete Entscheidung für einen Stromanbieter treffen zu können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die ökologischen Zusammenhänge fossiler und regenerativer Energieträger beschreiben. die ökonomischen Funktionen des Strommarktes wie Energiekosten, Monopolstrukturen, Gewinnerwartung, zentrale und dezentrale Energieversorgung benennen können. die soziale Funktion der Energieversorgung und -bereitstellung erkennen. Unterschiede und Gemeinsamkeiten im Angebot von Stromanbietern erkennen und beschreiben können. vorgegebene Kriterien für eine Entscheidung als Stromkunde gewichten können. eine Entscheidung treffen und begründen. aussagekräftiges Werbematerial für einen Stromanbieter entwickeln. die Ergebnisse gemeinsamer Projektarbeit präsentieren können. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen vorgegebene Kriterien für eine Entscheidung als Stromkunde gewichten können. die Ergebnisse gemeinsamer Projektarbeit präsentieren können. aussagekräftiges Werbematerial für einen Stromanbieter entwickeln. Gestaltungskompetenz Im Vordergrund dieses Lernangebots stehen die folgenden beiden Lernziele zur Bildung für nachhaltige Entwicklung. Sie gehören zu einem Katalog von Kompetenzen, den das Projekt "Transfer-21" aufgestellt hat. Interdisziplinär Erkenntnisse gewinnen und handeln an Entscheidungsprozessen partizipieren können Thema Wahl des Stromanbieters Autorin Sabine Preußer Fach Politik, Wirtschaft, Sozialkunde Zielgruppe 9. bis 10. Schuljahr Zeitrahmen drei oder mehr Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Overhead-Projektor, Computer mit Internetanschluss, nützlich ist auch ein Beamer Fakten exzerpieren und gemeinsam präsentieren Im ersten Schritt sollen die Schülerinnen und Schüler sich den im Arbeitsblatt 1 vorliegenden Text "Stromanbieter wechseln" einzeln erarbeiten. Die Lernenden markieren mit zwei unterschiedlichen Farben, welche Aussagen für und welche gegen einen Wechsel des Stromlieferanten sprechen. Sie stellen diese Aussagen in einer Tabelle gegenüber. Im Anschluss vergleichen die Mitglieder einer Arbeitsgruppe untereinander die tabellarischen Zusammenfassungen und bereiten eine gemeinsame Tabelle zur Präsentation auf einer Overhead-Folie vor. Fünf Schritte zum Textverständnis Die Einzelarbeit kann dazu genutzt werden, um die Fünf-Schritt-Lesetechik zu trainieren. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Text zuerst überfliegen, dann Fragen formulieren und den Text daraufhin nocheinmal genau durchlesen. Dann werden die Ergebnisse zusammengefasst und schließlich noch einmal wiederholt, indem die Informationen dargestellt, reflektiert und bewertet werden. Als zweite Aufgabe sollen die Lernenden für ihre Wohnung einen neuen Stromtarif auswählen. Dazu kann das Arbeitsblatt 2 "Stromverträge online" genutzt werden. Die Schülerinnen und Schülerinnen prüfen das Angebot der verschiedenen Firmen und erhalten dazu einen Katalog von Kriterien: Preis Schonender Umgang mit Ressourcen Formen der Stromgewinnung Arbeitsplätze Landschaftsgestaltung, Landschaftsschutz Abhängigkeiten Versorgungssicherheit Umweltbelastung Werbung der Stromanbieter Service Sicherheit der Erzeugung, Bereitstellung und Entsorgung Entscheidung fällen und begründen Jede Schülerin und jeder Schüler überprüft, welche der Kriterien in der Beschreibung überhaupt berücksichtigt sind. Dabei wählt sie oder er drei Kriterien aus, die aus persönlicher Sicht am wichtigsten sind, und begründet die Entscheidung in Stichworten. In der Gruppe eine Entscheidung treffen Im Anschluss tragen die Lernenden ihre Ergebnisse in der Gruppe zusammen und tauschen sich aus. Dann treffen sie eine gemeinsame Auswahl der drei wichtigsten Kriterien aus der Liste und schließlich auch eine Entscheidung für einen Stromanbieter. Zu dieser Entscheidung formulieren sie eine gemeinsame Entscheidungsbegründung. Informationsblatt für einen Stromtarif erstellen Die dritte Aufgabe besteht darin, in der Gruppe eine optimierte Werbung für einen Stromanbieter zu erstellen, der über Vor- und Nachteile des Tarifs informiert. Die Lernenden achten dabei auf Sprache, Symbole und Zusammenhänge. Die zuvor gewonnen Erkenntnisse über wichtige Entscheidungskriterien fließen in die Arbeit ein. Abschließend präsentiert die Lerngruppe ihre Ergebnisse.