Die Existenz der tropischen Regenwälder ist akut bedroht. Anhand eines spannenden Krimispiels setzen sich Schülerinnen und Schüler ab der 7. Klasse mit dem Ökosystem Regenwald und der Vernetzung mit unserer Lebens- und Konsumwelt auseinander. Die Vielfalt der Lebewesen, die unsere Erde bewohnen, ist überwältigend. Knapp 1,5 Millionen Pflanzen- und Tierarten sind uns bekannt. Wissenschaftlichen Schätzungen zufolge leben auf der Erde aber sogar mindestens 5 Millionen Arten. Über zwei Dritteln davon bieten die tropischen Regenwälder Schutz und Nahrung - doch die Existenz der artenreichsten natürlichen Lebensräume ist akut bedroht. Die Gesamtfläche der Regenwälder, die noch vor weniger als einem Jahrhundert mehr als ein Zehntel der Landfläche der Erde bedeckten, ist inzwischen auf die Hälfte dessen geschrumpft. Durchschnittlich werden pro Jahr weitere zwölf Millionen Hektar abgeholzt. Die Vernichtung der tropischen Regenwälder ist eine der Hauptursachen für das katastrophale Ausmaß des Artensterbens auf unserem Planeten. Denn durch die Vernichtung der Wälder haben wir gleichzeitig auch den dramatischen Rückgang an Arten zu verzeichnen. Durch menschlichen Einfluss werden derzeit jährlich ungefähr 30.000 Pflanzen- und Tierarten ausgelöscht. Die Unterrichtseinheit Tatort Tropenwald führt die Schülerinnen und Schüler in der Rolle als Ermittler in einem Krimi spielend-entdeckend an die Themen Tropenwaldschutz und Erhaltung der Biodiversität heran. In Kleingruppen untersuchen sie Schritt für Schritt die komplizierte Vernetzung zwischen menschlichem Leben und der Existenz der Tropenwälder als Lebensraum für Millionen von Pflanzen- und Tierarten. Ebenso setzen sie sich mit sozialpolitisch und gesellschaftlich relevanten Bereichen auseinander. Im Fokus der Recherche stehen auch die unterschiedlich motivierten Interessensgruppen am Regenwald vor Ort - etwa Grundbesitzer, einheimische Volksstämme, Kleinbauern und die globale Großindustrie. Sie hinterfragen Produktion und Konsum in den Industrienationen und deren Auswirklungen auf den Bestand des tropischen Regenwalds. Interessant ist dabei auch, welche Rolle Journalisten in diesem "Mordfall" spielen. Hintergrundinformationen und Vorbemerkungen Hintergrundinformationen zum Themenkomplex Regenwald sowie Bemerkungen zu zentralen Ansätzen der Unterrichtseinheit sind hier kurz zusammengefasst. Inhalt und Ablauf des Krimispiels Der Mitmach-Krimi verfolgt einen handlungs- und erfahrungsorientierten Ansatz. Detailliertere Informationen zur Umsetzung im Unterricht finden Sie hier. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erwerben Wissen über das Ökosystem Regenwald, seine Bedrohung und über den Schutz des Regenwaldes und können dieses Wissen anwenden. stellen eine Verbindung zwischen dem Regenwald und unserem Alltag in Deutschland her und hinterfragen diese kritisch. sind in der Lage, Verständnis für globale Vernetzungen und Abhängigkeiten zu entwickeln. erlangen Entscheidungs- und Bewertungsfähigkeit und entwickeln selbst Maßnahmen, die zum Schutz des Regenwaldes beitragen. Gestaltungskompetenz Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, individuelle und kulturelle Leitbilder zu reflektieren. können das eigene Handeln als kulturell bedingt und veränderbar wahrnehmen. entwickeln eigenständige Handlungsalternativen. können die eigene Meinung äußern, akzeptieren andere Standpunkte und arbeiten kooperativ im Team. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können verschiedenartige Medien wie Texte, Tabellen und Grafiken hinsichtlich relevanter Informationen auswerten. setzen Informationen aus verschiedenen Medien miteinander in Verbindung. lernen, diese Informationen in anderen medialen Darstellungsformen wiederzugeben und zusammenzufassen. Materialien von OroVerde Der Mitmachkrimi "Tatort Regenwald" für den Unterricht ist Lehrmaterial, das die Tropenwaldstiftung OroVerde konzipiert und herausgegeben hat. Neben dem Krimispiel gibt es außerdem Materialien für die Grundschule (3./4. Klasse, "Schokolade wächst auf Bäumen?!"), für die 5. und 6. Klasse ("Warum regnet es im Regenwald?") und für Schülerinnen und Schüler ab der 8. Klasse ("Geist ist geil!" - Werbung und Natur). Projektträger ist OroVerde, die Stiftung zur Rettung der Tropenwälder. In Addition zum Pilotprojekt "Weil wir es wert sind" entstanden die Materialien für den Unterricht. Jugendliche für Natur, Umwelt und BNE begeistern Das OroVerde-Projekt "Weil wir es wert sind" startete im Jahr 2009 und setzte sich zum Ziel, junge Menschen - vor allem Schülerinnen und Schüler an Hauptschulen - für die Themen Natur, Umwelt und nachhaltige Entwicklung zu begeistern. Kern des Pilotprojekts sind eigenständige Kampagnen und Schülerfirmen von Jugendlichen, die aus den schulischen Aktivitäten rund um das Thema Schutz des Tropenwalds hervorgehen. Der Titel "Weil wir es wert sind" soll dabei bewusst zur Stärkung des Selbstwertgefühls der Jugendlichen beitragen. Auch der Austausch von Meinungen untereinander wird gefördert. Eigene Kampagnen zum Thema Regenwald Mit Unterstützung von Expertinnen und Experten aus der Praxis entwickeln die Schülerinnen und Schüler eigene Kampagnen zum Thema Regenwald. Die Umsetzung und Gestaltung wurde zudem filmisch festgehalten und zu einem Motivationsfilm zusammengestellt. Gemeinsam mit den Materialien kann dieser Film sowie der OroVerde-KlimaClip (für jüngere Jahrgänge, siehe Internet-Links) im Unterricht eingesetzt werden. Aus dem Gleichgewicht geraten Das komplexe biologische System des tropischen Regenwalds hält sich selbst im Gleichgewicht. Durch die Vielfalt und Anpassungsfähigkeit seiner Flora und Fauna können äußere Eingriffe und Störungen natürlicher Art ausgeglichen werden. Dieses Stabilisierungsvermögen ist allerdings begrenzt. Zu starke Eingriffe in den Regenwald und seine Artenvielfalt führen zu einem Kollaps des "Systems Regenwald" und wegen dessen immenser ökologischer Bedeutung letztendlich zur Vernichtung unserer Lebensgrundlagen. Lösungsansatz: Umdenken und Armut in der Dritten Welt bekämpfen Ein bedeutender Lösungsansatz liegt darin, dass Menschen ihre Kultur, Lebensstil und die alltäglichen Gewohnheiten hinterfragen und umweltschädigende Muster erkennen, um ihr Verhalten nachhaltig zu ändern. Dies gilt für Industrie- wie Entwicklungsländer gleichermaßen. Als eine weitere Ursache sehen Experten die Massenarmut in den Entwicklungsländern an. Etwa zwei Milliarden Menschen in den Ländern der Dritten Welt sind auf Holz als Hauptenergieträger angewiesen. Tropenwaldschutz bedeutet darüber hinaus auch Klimaschutz, denn 17 Prozent der weltweiten CO2-Emissionen resultieren aus der Vernichtung der Tropenwälder. Genau hier setzt die Bildung für nachhaltige Entwicklung an. Mehr Hintergrundinfos zum Thema gibt es unter dem Punkt "Internetadressen". Schon für Erwachsene ist es eine Herausforderung, die Bedeutung des tropischen Regenwaldes für das Leben und unseren Alltag in den Industrieländern nachzuzeichnen. Für Kinder und Jugendliche stellt diese Thematik ein inhaltlich derart komplexes Verbindungsgeflecht dar, dass sie im konventionellen, fragend-entwickelnden Unterricht von der Fülle der Inhalte schnell überfordert sind. Deshalb bedient sich "Tatort Tropenwald" einer Methode, die die Neugier der Jugendlichen weckt und das selbstständige Entdecken und Erforschen fördert. Somit kann eine individuelle Meinungsbildung aller Schülerinnen und Schüler herausgefordert und gefördert werden. Im Sinne der durch BNE proklamierten Förderung von Gestaltungskompetenz können nur diejenigen handeln und gestalten, die zuvor eigene Standpunkte und Lösungsansätze entwickelt haben. Krimispiel Das Krimispiel als erste Hauptphase der Einheit ist so konzipiert, dass sich die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen selbstständig Lösungswege erarbeiten. Sie recherchieren aus unterschiedlichen Blickwinkeln, bis sie den oder die Akteure, die schwere Verbrechen an der Umwelt begehen, dingfest machen. Sie entscheiden dabei selbst, welchen Weg sie verfolgen. Reflektion In der zweiten großen Phase (Vertiefung und Auswertung) geht es darum, die erfahrenen Beziehungen und Wechselwirkungen rund um den tropischen Regenwald gemeinsam im Plenum zu reflektieren. So kristalisiert sich für alle ein Gesamtbild des "Falls" heraus. Das Opfer: ein deutscher Journalist Bei dem Opfer im Krimi handelt es sich um einen deutschen Journalisten namens Peter Zimmermann. Er war für eine Reportage zum Thema "Die Bedrohung der Regenwälder" in Brasilien unterwegs. Sein Leichnam wurde am Rande einer Lichtung entdeckt. Zentrale Fragestellungen Die Fragen, die sich den Schülerinnen und Schülern in der Rolle der Ermittelnden nun stellen, sind unter anderem: Welche Missstände wollte Peter Zimmermann in seiner Reportage aufdecken? Welche heiße Spur hat er verfolgt? Gibt es Netzwerke und Zusammenhänge, deren Aufdecken verhindert werden sollte? Sind allein seine Arbeit oder seine Recherchen die Ursache für seinen Tod? Schülerinnen und Schüler folgen Spuren In Kleingruppen folgen die Ermittlerteams verschiedenen Spuren und werden so Schritt für Schritt an eine Lösung des Falls herangeführt. Jede Spur fußt auf Aussagen von Beteiligten. Die Lernenden folgen den Spuren, indem sie die jeweiligen Aussagen aufmerksam lesen und eigenständig entscheiden, wen es für die Lösung des Falls als nächstes zu befragen gilt. Alle Kleingruppen erhalten detaillierte Informationen zur Ausgangslage und zudem einzelne "Fundstücke", die als Hinweise dienen und die Ermittlungen vorantreiben. Der Übersichtlichkeit und der Veranschaulichung des Ermittlungsfortschritts halber halten die Schülerinnen und Schüler aufgedeckte Verbindungen in einem Netzdiagramm fest. Die Vernetzungen und Abhängigkeiten, die die Jugendlichen auf diese forschend-entdeckende Art aufspüren, entsprechen den tatsächlichen Vernetzungen unserer Alltagswelt. Dieser Aspekt tritt in der Nachbereitung des Krimispiels in den Vordergrund. Vorbereitung Zunächst sollten eine Weltkarte an der Wand angebracht und Klebepunkte bereit gestellt werden. Die Aussagen der Beteiligten und der Zeugen sowie die Handouts "Ausgangslage" und "Fundstücke" werden gemäß der Kleingruppeneinteilung vervielfältigt. Die Lösung sollte groß kopiert oder vergrößert über Beamer oder Projektor präsentiert werden. Nun können Aufsteller oder Schilder für die Ermittlungsgruppen (A, B, C, D oder 1, 2, 3, 4) bereit gestellt werden. Jedes Ermittlungsteam benötigt Karteikarten, am besten in drei verschiedenen Farben. Um die Situation etwas realitätsnaher zu gestalten können auch Detektivutensilien zum Einsatz kommen, auch das Anspielen der "Tatort"-Titelmusik als musikalische Krimi-Untermalung bietet sich an. Die Quizfragen Diese Fragen sollen an der Tafel stehen. Achtung: die Tafel zunächst zugeklappt lassen! Wer war der Täter? Wie kam es zum Tod von Peter Zimmermann? Wieso war Peter Zimmermann in Brasilien? Was hat die Ölgesellschaft mit den Indianern von Nova Verde zu tun? Warum roden die Bauern der Agrargesellschaft den Regenwaldb nicht mehr illegal? Was hat Indonesien mit dem Fall zu tun? Wieso gehört der Großgrundbesitzer Rutloff zum Kreis der Verdächtigen? Jedes Ermittlerteam arbeitet eigenständig an dem Fall. Jeder Hinweis verbirgt weitere Hinweise. Dazu nennen die Ermittler der Lehrkraft Name und Adresse desjenigen Zeugen, den sie befragen möchten. So erhalten Sie weitere Informationen, mit denen sie eigenständig weiter ermitteln können. Hinweise und Zeugenaussagen können nur nacheinander eingeholt werden, gleichzeitig zu zwei Personen zu gehen ist nicht erlaubt. Zu jeder Person ist nur eine Aussage vorhanden. Das heißt, die Personen können nicht mehrmals befragt werden. Jedes Team benennt einen Protokollanten. Er oder sie notiert, was der Gruppe bei Spuren und Aussagen wichtig erscheint oder auch Spuren, die das Team erst einmal nicht verfolgt. Diese Kategorisierung kann anhand der verschiedenfarbigen Karteikarten erfolgen. Der Fall gilt als gelöst, wenn das Ermittlerteam am Ende den Täter und seinen Aufenthaltsort nennen kann und zudem vier der sieben Quizfragen richtig beantwortet hat. Um zur Lösung zu gelangen, müssen die Ermittlerteams auf jeden Fall über das Nachrichtenmagazin "Ficus" sowie über "Karla Mertens" und die "Forschungsstation" gehen. Das Lösungsschaubild befindet sich in der Materialmappe. Bei jeder Zeugenaussage sind mögliche verfolgbare Spuren mit Name und Adresse angegeben. Bei älteren Schülerinnen und Schülern oder starken Lerngruppen sollte auf diese Hilfe im Sinne der Differenzierung in Sachen Anspruch verzichtet werden. Um als Lehrkraft ein besseres Gefühl für die Spielsituation und für mögliche Fragen der Schülerinnen und Schüler zu bekommen, ist es ratsam, das Krimispiel vorher selbst einmal zu testen. Da jedes Schüler-Ermittlerteam unterschiedliche Wege zur Lösung des Falls einschlagen kann und dadurch am Ende möglicherweise nicht alle Gruppen sämtliche Ermittlungsfelder durchwandert haben, ist es bei der Auswertung wichtig, den Fall in seiner ganzen Komplexität zu präsentieren - für alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer. Es empfiehlt sich, das Lösungsschaubild zu vergößern und die Lösung über Beamer oder Projektor zu zeigen. Anhand dieser Übersicht kann jedes Ermittlerteam nun präsentieren, wie es zur Lösung des Falls kam oder erklären, wo es Schwierigkeiten gab. Gibt es vielleicht auch einen Ermittlungsstrang, den keines der Teams ausgewählt hat? Nun werden die Quizfragen gemeinsam besprochen. Die Übersicht und die Quizfragen verdeutlichen, dass der Krimi verschiedene Themenfelder rund um den Tropenwald aufgreift: Holz, Bodenschätze, Landwirtschaft und Besonderheiten des Regenwalds. Durch die Aussage von Dr. Ortega lässt sich auch das Themenfeld Klima festhalten. Als erste Aufgabe sammeln die Schülerinnen und Schüler nun gemeinsam mit dem Partner oder der Partnerin (oder auch im Plenum, an der Tafel), welche Informationen im Krimi zu den einzelnen Themenfeldern geliefert wurden. Abschließend und im Hinblick auf eine Vertiefung der Themen des Krimispiels in den folgenden Stunden überlegen die Schülerinnen und Schüler, was der Regenwald und die Themen des Krimis mit unserem Alltag in Deutschland zu tun haben könnten. Die Themen Holz, Bodenschätze, Landwirtschaft und Besonderheiten des Regenwalds können nach der Durchführung des Krimispiels in den Folgestunden vertiefend behandelt werden. Zu jedem Thema findet sich in der Materialmappe ein Arbeitsblatt. Alle Arbeitsblätter können mit einer oder mehreren Karteikarten kombiniert werden. So entstehen für die Vertiefungsphase dieser Einheit Arbeitspakete für alle vier inhaltlichen Schwerpunkte, anhand derer die Schülerinnen und Schüler einen Zusammenhang zwischen unserer Konsum- und Lebensweise und der Bedrohung des Regenwalds herstellen können. Material 1: Rinderwahn am Amazonas Themen sind die Problematik der Viehzucht am Amazonas und Besonderheiten des tropischen Nährstoffkreislaufs. Kombinationsmöglichkeit: Karteikarte 1 "Vom Regen in die Traufe" Material 2: Wieviel wiegt eine Cola-Dose? Hier wird der ökologische Rucksack einer Cola-Dose thematisiert. Welchen Rohstoff- und Ressourcenverbrauch beinhaltet diese Form der Getränkeverpackung? Kombinationsmöglichkeit: Karteikarten 2 "David gegen Goliath" und 3 "Die Dose aus dem Regenwald" Material 3: Der Tropenholz-Test Wie erkenne ich Tropenholz und wie unterscheidet es sich von einheimischem Holz? Kombiniert mit der Karteikarte 4 "Heiße Ware Tropenholz" und dem Flyer "Runter vom Holzweg" kann der reale Hintergrund des Krimis - eine Recherche des Fernsehmagazins "Monitor" zu Regenwaldholz in Bundesgebäuden - erforscht werden. Material 4: Stockwerkaufbau im Regenwald Themen sind der Stockwerkbau und der kleine Wasserkreislauf im Regenwald. Gemeinsam mit den Karteikarten 5 ("Warum regnet es im Regenwald?"), 6 ("Sie können nicht ohne einander.") und 7 ("Regenwald in Gefahr!") kümmern sich die Jugendlichen mit dem Materialpaket 4 um die Besonderheiten des Regenwalds. Die Jugendlichen bearbeiten in Gruppen jeweils eines der vier Arbeitspakete. Anschließend stellen sie ihre Ergebnisse eigenständig zusammen und den Mitschülerinnen und Mitschülern vor. Besonders nachhaltig ist auch eine Aufbereitung in Form von Plakaten und Wandzeitungen, die innerhalb einer Projektwoche ausgestellt oder öffentlich präsentiert werden können.

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 .