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Energiespeicher für die Energiewende

In diesem Schülerlaborangebot geht es um die Energiewende - eines der zentralen umweltpolitischen Themen der letzten Jahre. In den kommenden Jahrzehnten soll unsere Energieversorgung komplett umgestaltet werden. Da fossile Energieträger wie Kohle, Gas und Öl immer knapper werden, soll sie sich künftig auf erneuerbare Energien wie Strom aus Sonne und Wind stützen. Die Veränderungen in der Energiewirtschaft betreffen alle Energieverbraucher – sowohl Unternehmen als auch private Haushalte. Der Ausbau der erneuerbaren Energien stellt somit eine zentrale Herausforderung für jeden Bürger dar. Im Hinblick auf unterschiedliche Speichertechnologien lässt sich feststellen, dass die Kapazität von elektrischen, mechanischen und thermischen Speichern lediglich ausreicht, um den Strombedarf für Stunden, Tage und Wochen zu decken (Ewald et al., 2015). Eine langfristige Speicherung großer Energiemengen kann beinahe nur durch chemische Speicher geleistet werden, da diese u.a. eine hohe Energiedichte besitzen (Ewald et al., 2015). Aus der Relevanz der chemischen Energiespeicher für die Zukunft unserer Gesellschaft ergibt sich die Relevanz der Betrachtung unterschiedlicher, innovativer Technologien für die Energiespeicherung in experimentellen Aktivitäten im Schülerlabor.

Dieses Schülerlaborangebot umfasst 4 Teilthemen mit insgesamt 15 Versuchen, die in ihrer Komplexität variieren. Das Teilthema 1 beschäftigt sich mit elektrochemischen Grundlagen. In diesem Teilthema sollen die Lernenden Kompetenzen gewinnen, die sie für die vertiefte Auseinandersetzung mit Experimenten basierend auf der Elektrochemie nutzen können. Ferner sollen die Experimente den Einstieg, auch für die Lehrkraft, in das komplexe Themenfeld erleichtern und leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern eine Möglichkeit bieten, die Lerninhalte praktisch zu erfahren oder Gelerntes aufzufrischen. Teilthema 2 behandelt alles rund um Lithium-Ionen-Akkus. Hier werden unterschiedliche Untersuchungen, wie die der Erhöhung der Leistungsstärke oder der Nachweis von eingelagerten Lithium-Ionen in eine Elektrode durch Flammenfärbung, vorgenommen. In Teilthema 3 untersuchen die Versuche die Nutzung von Wasserstoff als Energiespeicher. Sie erhalten die Möglichkeit die Funktion eines Wasserstoffautos zu untersuchen und eine Elektrolyse mittels der großen Hoffmann´schen Zersetzungsapparatur durchzuführen. In Teilthema 4 geht es um Solarenergie und die Umwandlung in elektrische Energie (Tabelle 1).

             Tabelle 1 Teilthemen und die dazugehörigen Versuche.

Die Experimentiermaterialien zum Thema „Energiespeicher für die Energiewende“ richten sich an Schülerinnen und Schüler mit verschiedenen Leistungsvoraussetzungen, insbesondere aus den Jahrgängen 9/10. Aufgrund der Differenzierung der Materialien und der freien Wählbarkeit der Teilthemen bzw. Versuche eignet sich das Material ebenso für die Oberstufe. Das Themenfeld Energiespeicher greift viele elektrochemische Inhalte auf, die insbesondere in der Oberstufe Anwendung finden.

(Die Materialien wurden entwickelt von Julian Kauffeld, Fiona Affeldt, Antje Siol, Silvija Markic und Ingo Eilks.)