Nachhaltige Technologien auf Basis gut verfügbarer Elemente

Diese für eine Doppelstunde konzipierte Unterrichtseinheit vermittelt einen umfassenden Überblick über die Bedeutung von Nachhaltigkeit in der Energieversorgung der Zukunft und verdeutlicht die Notwendigkeit der Suche nach Alternativen für ressourcenkritische Elemente. Gleichzeitig erhalten die SchülerInnen einen interessanten Einblick in den Studiengang Materialwissenschaft in Gießen sowie in die Beiträge der Gießener WissenschaftlerInnen zur Entwicklung innovativer Materialien und Technologien für eine nachhaltige Energieversorgung.
Einige der thematisierten Energietechnologien werden in einfachen Demo-Experimenten veranschaulicht.

Zunächst werden die Bedeutung und Historie des Begriffs der "Nachhaltigkeit" erläutert. Dabei werden die wichtigsten Ziele einer nachhaltigen Entwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft erarbeitet. Anschließend werden die Häufigkeit bzw. Verfügbarkeit technologisch relevanter chemischer Elemente thematisiert. Die ungleichmäßige Verteilung von Bodenschätzen und anderen Ressourcen auf die Staaten der Erde und die sich daraus ergebenden Probleme werden diskutiert.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Bedeutung seltener Elemente für die Nutzung nachhaltiger Energiequellen, insbesondere Wind und Sonneneinstrahlung. Mögliche ressourcenschonende Alternativen zur etablierten Photovoltaik, wie etwa Perowskithalbleiter oder organische Solarzellen, werden vorgestellt. Die Funktionsweise von Solarthermiekraftwerken sowie deren Vor- und Nachteile werden ebenfalls erläutert.

Anschließend wird auf nachhaltige Technologien zur Speicherung von erneuerbarer Energie eingegangen. Dabei werden Pumpspeicherkraftwerke, Batterien, Wärmespeicher und chemische Brennstoffe (insbesondere Wasserstoff) als Energiespeicher unter Ressourcenaspekten beschrieben und einander gegenübergestellt.

Mittelstufe und Oberstufe (insbesondere Leistungskurse Chemie/Physik)

Anknüpfungsmöglichkeiten an das hessische Kerncurriculum Gymnasiale Oberstufe:

• Chemie - Qualifikationsphase, Themenfeld Q.4.1 (Farbstoffe)
• Chemie - Einführungsphase, Themenfelder E.1 (Redoxreaktionen); E.5 (Mobile Energiewandler)
• Physik - Qualifikationsphase, Themenfelder Q1.3 / Q1.4 (Induktion; Bewegung von Ladungen in Feldern in technischen Anwendungen)

Anknüpfungsmöglichkeiten an die hessischen Lehrpläne G9:

• Chemie - Jgst. 8, Thema 8.2 (Wasser und Wasserstoff)
• Chemie - Jgst. 10 - Thema 10.1 (Atombau, Periodensystem und Ionenbindung)
• Physik - Jgst. 8, Thema 8.2 (Elektrizität 2 / Technische Anwendungen)
• Physik - Jgst. 10, Themen 10.1 (Arbeit und Energie / Elektrizität als Energieform); 10.3 (Energieversorgung)