Der Energiebedarf wird auch in Zukunft weltweit deutlich ansteigen. Angesichts der Folgen, die die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energieerzeugung für das globale Klima hat, werden Anstrengungen unternommen, die CO2-Emissionen zu verringern.Bei der Verringerung von CO2-Emissionen spielt die deutliche Erhöhung des Anteils regenerativer Energie an der Energieerzeugung eine herausragende Rolle. Neben Wasser- und Windkraft gewinnen auch die Fotovoltaik und die Geothermie zunehmend an Bedeutung. In dieser Unterrichtseinheit sollen sich die Schülerinnen und Schüler in die Rolle eines Explorationsgeologen versetzen und anhand verfügbarer Informationen eine Erkundung der geothermischen Verhältnisse im südwestdeutschen Raum vornehmen. Ziel ist, geeignete Gebiete oder Standorte für die Erschließung tiefengeothermischer Ressourcen zu lokalisieren.Ziel dieser Unterrichtseinheit ist, sich zu erarbeiten, wie und für welche Zwecke geothermische Ressourcen genutzt werden (können) und in welchen Regionen sowie unter welchen geologischen Rahmenbedingungen eine Erschließung entsprechender Vorkommen sinnvoll und wirtschaftlich ist. Ein weiteres Ziel besteht darin, die für die explorationsgeologischen Erkundungen relevanten Informationen aus unterschiedlichen Quellen zusammenzuführen, um auf deren Grundlage die Suche nach geeigneten Standorten für tiefengeothermische Anlagen zielgerichtet vorzunehmen und letztendlich eine Entscheidung hinsichtlich der Standortwahl zu treffen. Die Unterrichtseinheit kann von den Schülerinnen und Schülern zwar selbstständig, besser jedoch in Zweier-Teams oder kleinen Gruppen durchgeführt werden. Sachanalyse Diese Informationen können Sie auch den Lernenden vor Beginn der Arbeit aushändigen, um sie vorab zum Thema zu informieren. Hinweise zur Durchführung im Unterricht Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die natürlichen und technischen Grundlagen der Nutzung der Erdwärme mithilfe von Arbeitsaufträgen und vorgegebenen Internetadressen. Ablauf der Unterrichtseinheit Die einzelnen Schritte der Unterrichtseinheit sind in ihrem Umfang flexibel gestaltbar, die Arbeit in kleinen Gruppen wird empfohlen. Lösungen Hier finden Sie Lösungsvorschläge zu den Aufgaben der Unterrichtseinheit. Die Seite ist nur für angemeldete und eingeloggte Nutzerinnen und Nutzer von "Mein LO" zugänglich. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Grundlagenwissen zur Geothermie - Wärmequellen, Wärmeverteilung in der Erde und insbesondere in der obersten Erdkruste - erwerben. Verfahren der geothermischen Energiegewinnung sowie naturgegebene und technische Probleme bei der Erschließung geothermischer Ressourcen kennenlernen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Medienkompetenz durch die Verknüpfung, Beurteilung und Anwendung von Informationen steigern, die sie mittels unterschiedlicher Medien gewinnen. die Auseinandersetzung mit wissenschaftlichen Darstellungsformen und die Nutzung interaktiver Fachinformationssysteme kennenlernen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, ihren Teammitgliedern gegenüber ihre Ansicht zu vertreten sowie mit verständlichen und nachvollziehbaren Argumenten zu diskutieren. sich der Kritik der anderen Teams stellen, mit Kritik umgehen und damit ihre Kritikfähigkeit steigern. Thema Tiefengeothermische Erkundung Deutschlands Autor Dr. Gunnar Meyenburg Fach Geographie, Technik Zielgruppe Gymnasium, späte Sekundarstufe I und Sekundarstufe II Zeitraum etwa sieben Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang für Einzel- und Gruppenarbeit Obwohl die in den Gesteinen der obersten Kilometer der Erdkruste enthaltene Wärmeenergie den weltweiten Energiebedarf um ein Vielfaches übersteigt und an vielen Punkten der Erdoberfläche grundsätzlich nutzbar ist, spielt die Nutzung geothermischer Ressourcen in Deutschland bislang nur eine untergeordnete Rolle. Dabei sind in Deutschland die geothermischen Ressoucen enorm, wenn auch vielerorts der geothermische Gradient, das heißt die Temperaturzunahme mit der Tiefe, den globalen Durchschnitt von 3 °C pro 100 Meter nicht überschreitet. Unterschiedliche Bohrtiefen Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sind je nach Nutzungszweck der Erdwärme Mindestanforderungen an die Temperatur im Zielhorizont und des an die Erdoberfläche geförderten Wassers, das die Rolle des Transportmediums für die Wärme einnimmt, gestellt. Während sich in Island oder einigen Regionen in Italien und der Türkei aufgrund der sehr hohen geothermischen Gradienten die Nutzung geothermischer Potenziale zur Warmwasser- und Stromerzeugung geradezu aufdrängt, muss hierzulande insbesondere für die Stromerzeugung mittels geothermischer Anlagen zumeist sehr tief, etwa zwei bis fünf Kilometer, gebohrt werden. Kosten der Bohrungen Da die Kosten für die Bohrungen den weitaus größten Posten bei der Ressourcen-Erschließung bilden und der Erfolg eines Tiefengeothermie-Projektes mit großen Unsicherheiten verbunden ist, ist eine intensive Erkundung der geologischen und geothermischen Verhältnisse des Untergrundes unumgänglich. Eigenständiges Arbeiten Wesentlicher Bestandteil der Unterrichtseinheit ist das selbst gesteuerte Lernen in Gruppen unter Nutzung ausgewählter Fachinformationen und Filmbeiträge im Web. Die Filmbeiträge dienen der Einführung in die Thematik und der Vermittlung grundlegender Informationen über Erdwärme und deren Nutzung. Im Fokus dieser Lerneinheit steht die Erarbeitung von Grundlagenwissen zur Geothermie und dessen Nutzung für eine geothermische Erkundung des Untergrundes im Südwesten Deutschlands. Die Schülerinnen und Schüler recherchieren eigenständig anhand vorgegebener Web-Adressen die für die Bearbeitung der Aufgabenstellung erforderlichen Informationen. Gruppenarbeit In Gruppenarbeit werden unterschiedliche Regionen via Web in Südwestdeutschland erkundet. Nach Abschluss einzelner Arbeitsschritte stellt jede Gruppe ihre Ergebnisse und Erkenntnisse in einer kurzen Präsentation vor. Mögliche Gründe für prognostizierte oder festgestellte Unterschiede über die tiefengeothermischen Potenziale zwischen den Teilregionen werden diskutiert. Multimediale Web-Recherche Am Beispiel Südwestdeutschland werden für die Suche nach thermischen Anomalien im Untergrund aus unterschiedlichen Quellen im Web geowissenschaftlich relevante Informationen recherchiert. Die Schülerinnen und Schüler werden neben Film- und Kartenmaterial ein geothermisches Informationssystem nutzen, um Teilregionen zu erkunden und hinsichtlich ihres tiefengeothermischen Potenzials zu bewerten. Erwartungshorizont Sie werden feststellen, dass in bestimmten Gebieten erhebliche Abweichungen vom durchschnittlichen geothermischen Gradienten bestehen. Sie werden sich darüber hinaus mit weiteren Faktoren befassen, die neben dem geothermischen Gradienten bei der Standortfestlegung für tiefengeothermische Anlagen berücksichtigt werden müssen. Arbeitsblatt / Aufgabe Zeitbedarf in Unterrichtsstunden AB 1: Geothermie - Eine Einführung 1 Stunde AB 2: Erste Einschätzung tiefengeothermischer Potenziale in Südwestdeutschland 1-2 Stunden AB 3: Geothermische Exploration und Standortfestlegung 3 Stunden AB 4: Tiefengeothermische Anlagen in Südwestdeutschland 1-2 Stunden Filme anschauen Zur Einführung und zur Vermittlung elementarer Grundlagen über die Geothermie allgemein und zur Gewinnung und Anwendung geothermischer Energie im Besonderen sehen sich die Schülerinnen und Schüler entsprechende Filmbeiträge im Web an. Planet Schule: Energie aus der Erde Dieser 15-minütige Film des SWR zeigt nach einer Einführung über Wärmequellen in der Erde verschiedene Nutzungsmöglichkeiten der Erdwärme und stellt unterschiedliche Verfahren der Erdwärmenutzung vor. www.technik-welten.de: Geothermie – Wie der Erdkern unser Wohnzimmer aufwärmt Dieser fünfminütige Film stellt Möglichkeiten der Erdwärmenutzung vor und geht auf geologische Aspekte der Geothermie und der geothermischen Exploration ein. Die Schülerinnen und Schüler machen sich Stichpunkte zu folgenden Aspekten: Wärmequellen in der Erde Wärmeverteilung in der Erde und insbesondere in der obersten Erdkruste Regionen der Erde und geologische/tektonische Strukturen mit auffällig hohen geothermischen Gradienten Nutzungsmöglichkeiten und Verfahren der geothermischen Energiegewinnung (Tiefen- und oberflächennahe Geothermie) naturgegebene und technische Probleme bei der Erschließung geothermischer Ressourcen. Geologischen Aufbau untersuchen Die Schülerinnen und Schüler erkunden gruppenweise den grundlegenden geologischen Aufbau unterschiedlicher Teilregionen Südwestdeutschlands (Saarland, Rheinland-Pfalz, Südhessen und Baden-Württemberg) und formulieren und begründen darauf aufbauend Annahmen, ob und in welchen Bereichen erhöhte geothermische Gradienten zu erwarten sind. Anschließend stellen sie ihre Erkenntnisse und Überlegungen für ihr jeweiliges Gebiet den anderen Teams vor. Hier wird als Rahmenbedingung für die Exploration gesetzt, dass die Mindesttemperatur 130 °C betragen und die maximale Tiefe drei Kilometer nicht überschreiten soll. Überprüfung der eigenen Hypothesen Die zuvor getroffenen Annahmen werden gruppenweise mittels eines geothermischen Informationssystems, das Daten zur lateralen und vertikalen Temperaturverteilung bis in eine Tiefe von fünf Kilometern bereithält, überprüft. Mögliche Gründe für nicht bestätigte Annahmen und festgestellte thermische Anomalien werden gruppenintern diskutiert und dokumentiert. Letztendlich sollen die höffigsten Gebiete als Standorte für tiefengeothermische Anlagen vorgeschlagen werden. Anschließend stellt jede Gruppe ihre Erkenntnisse und Überlegungen für ihr jeweiliges Gebiet den anderen Teams vor. Vergleich mit realen Anlagen Abschließend werden die vorgeschlagenen Bereiche/Standorte mit den Standorten realer Anlagen verglichen. Dabei geht es weniger um den konkreten Lagevergleich als um den Vergleich der Rahmenbedingungen. Bei der nachfolgenden Diskussion mit der gesamten Klasse über die Standortwahl realer Anlagen sollen über den geothermischen Gradienten hinaus weitere natürliche Faktoren, aber auch solche erarbeitet werden, die nicht geologischer und/oder geothermischer Natur sind, also Gesteinsdurchlässigkeiten (Porosität), ungünstige geologische Strukturen, Beschaffenheit der Wässer (Korrosion von Anlagenteilen), Infrastruktur/Landnutzung oder die Nähe einer Anlage zum Verbraucher.