Sekundarstufe II / Mint Lab

Umdenken – Von fossilen Energieträgern zu erneuerbaren Energien

Pflichtmodul als Grundlage für jedes Auswahlmodul

Dieses Modul bildet die Basis für die angebotenen Module im MINT-LAB Schülerlabor auf :metabolon. In Deutschland rückt die Umstellung auf erneuerbare Energien immer stärker in den Fokus. Der natürliche Rückgang der fossilen Energieträger und der Ausstieg aus der Atomkraft sind zwei wichtige Beweggründe, um auf erneuerbare Energien umzusteigen. Die Schüler befassen sich während des Moduls aktiv mit dem Thema erneuerbare Energien, indem sie mit Hilfe von Lernstationen mehr über den Atomausstieg und die Energieziele sowie die damit verbundenen Schwierigkeiten Deutschlands erfahren.

Frischen Wind hineinlassen:  Windenergie

Von den Windmühlen der Antike bis hin zu den modernen Windkraftanlagen – die Kraft des Windes hat eine lange Nutzungsgeschichte. Für Deutschland stellt die Windkraft aktuell die bedeutendste erneuerbare Energie im Bereich der Stromversorgung dar. Dieses Modul veranschaulicht anhand praktischer Experimente die physikalischen und technischen Hintergründe einer effizienten Produktion elektrischer Energie mittels Windkraft. So werden unter anderem der Einfluss der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit als elementare Standortparameter erforscht und mit eigenständigen Berechnungen der Leistungsmöglichkeiten unterfüttert. In einer abschließenden Diskussion werden Vor- und Nachteile der Windenergie, sowie Möglichkeiten der Energiespeicherungen und wirtschaftliche Konsequenzen der Nutzung solcher Energien besprochen.

Akku leer? Innovative Formen der Energiespeicherung

Der Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strom-Mix wird auch in Zukunft weiter zunehmen. Im Zuge der Energiewende kommen auf die Energieversorgung und im Besonderen auf die Stromnetze neue Herausforderungen zu. Da in Folge dessen die Schwankungen zwischen erzeugter und benötigter Energie zunehmen werden, nehmen Energiespeicher eine immer größere Rolle ein. Das Modul zeigt in Theorie und Praxis, mit welchen technischen Möglichkeiten sich heute und zukünftig Energie aus produktionsstarken bzw. nachfragearmen Zeiten für nachfragestarke bzw. produktionsarme Zeiten speichern lässt. Indem sie selbstständig die Funktionen einer Brennstoffzelle erforschen und die Eigenschaften von Wasserstoff und Pumpspeicherkraftwerken als Möglichkeiten der Energiespeicherung mit Hilfe von Experimenten bestimmen, lernen die Schülerinnen und Schüler die sich verändernden Ansprüche an das Stromnetz durch den Einfluss der erneuerbaren Energien kennen.

Klimawandel, Klimaschutz und Klimapolitik am Beispiel alternativer Fahrzeugtechniken

Wie lässt sich der Klimawandel erklären und wie steht es um den Einfluss der Menschheit? Welche Klimaschutzziele hat sich Deutschland gesetzt und wie können diese auf kommunaler Ebene umgesetzt werden?

Mit solchen und ähnlichen Fragen werden die Schüler im Modul Klimawandel konfrontiert und richten den Blick sowohl auf nationale, als auch internationale Risiken und Chancen. Die konkreten Möglichkeiten, mit erneuerbaren Energien für den Klimaschutz einzustehen, werden mit Hilfe von Experimenten im Bereich des Verkehrssektors thematisiert, indem die Teilnehmer selbstständig alternative Fahrzeugantriebe konstruieren und testen.

In der anschließenden  Diskussion um die Vor- und Nachteile des Einsatz von erneuerbaren Energien im Bereich der Fahrzeugtechnik, haben die Schüler die Möglichkeit, mit ihren neu erworbenen Kenntnissen den eigenen Lebensstil zu überprüfen und mögliche individuelle Handlungsfelder im Bereich der Nachhaltigkeit zu identifizieren.

Sonne satt: Energie aus Sonnenlicht

Vom Satelliten bis zur Gartenleuchte – die Sonne als Energiequelle ist inzwischen in fast allen Bereichen anzutreffen. Um die Abhängigkeit der Energieversorgung von fossilen Energieträgern zu beenden, sind verschiedene Technologien nötig. Basis vieler erneuerbarer Energien ist die solare Strahlung.

Das Modul beschäftigt sich mit der direkten Nutzung der solaren Strahlung zur Strom- und Wärmegewinnung. Inwiefern die technische Umsetzung der Nutzung von Solarenergie in Form von Photovoltaik bzw. Solarthermie-Anlagen gelingen kann, erforschen die Schüler selbstständig mit Hilfe von Experimenten und deren Auswertung. Wirtschaftliche Herausforderungen bei der Planung und Nutzung privater PV-Anlagen werden auf ihre Chancen und Risiken hin geprüft.

Weg von Gas und Öl: Alternative Wärmequellen

Während die erneuerbaren Energien im Bereich der Stromerzeugung mit rund einem Drittel bereits den größten Anteil ausmachen, wird die Wärmeversorgung nach wie vor mehrheitlich durch fossile Energieträger abgedeckt.

Um die Ziele zur Minderung des CO₂-Ausstoßes zu erreichen, ist es jedoch unabdingbar, auch im Bereich der Wärmeversorgung die Potentiale der diversen Alternativen zu klassischen Heizsystemen zu nutzen. Besonders spannend ist in diesem Zusammenhang das Konzept der Wärmepumpe, die Energie aus dem Nichts zu generieren scheint.

In diesem Modul lernen die Schüler die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der Wärmepumpe kennen und erarbeiten auf Basis dessen selbstständig den Funktionskreislauf, unterstützt durch praktische Experimente. In der Folge sind die Schüler in der Lage, die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Methoden der Wärmebereitstellung zu erfassen und zu vergleichen.

Tagtäglich verschwinden unzählige Euros  in Deutschland ungenutzt durch undichte Fensterrahmen und schlecht gedämmte Wände. Die Energie-Einsparpotentiale im bestehenden Baubestand sind enorm. Und über die Einsparungen freuen sich nicht nur die Umwelt und das Klima, sondern auch der eigene Geldbeutel. Besonders in Zeiten steigender Energiepreise kann eine energetische Sanierung innerhalb relativ kurzer Zeit amortisiert und gleichzeitig der Wert einer Immobilie erhöht werden.

Anhand praktischer Experimente erfahren die Schüler, wie Häuser fit für die Zukunft gemacht werden. Dabei lernen sie unter anderem die Vorteile energiesparender Leuchtmittel kennen, erfahren worauf man bei der Wärmedämmung von Gebäuden achten muss und lernen Alternativen zu üblichen mineralischen Dämmstoffen kennen.