Erneuerbare Energien in der Lehrerbildung verankern!

Aktionskarten für die WerkstattarbeitThema 6: Alternative Mobilität

Inhaltsverzeichnis

Stationen Folien-Nr.

1 Solar-Racer 3-5

2 Elektrofahrzeuge 6-15

3 Solartankstelle 16-17

4 Schiffsantriebe 18-25

5 Lego-Fahrzeuge 26-27

6 Brennstoffzellenauto 28

7 Zukunftsmobil 29

8 Ökologischer Fußabdruck des Schulwegs 30

9 Transportwege beim Handy 31-32

10 Philosophieren über Energie 33

Solar-RacerSolarautos fahren direkt mit Solarstrom und brauchen keine Batterie. Sie eignen sich gut für den technischen Unterricht. Inzwischen gibt es in mehreren Städten Solar-Rallyes für Schulteams.

GS/Sek

Aufgabe•Experimentieren Sie mit den verschiedenen Solarautos: Wie viel Licht benötigen sie zum Anfahren? Welches fährt am schnellsten? Wie verhalten sich die Fahrzeuge im Schatten?•Versuchen Sie bei sonnigem Wetter das Mini-Solarauto mit Hilfe der Handspiegel im Schatten fahren zu lassen. Wenn sich die Sonne nicht zeigt, nutzen Sie einen Baustrahler und die Fresnel-Lupe um das Auto fahren zu lassen.

Solare Zukunft

Solar-RacerEs gibt unterschiedliche Modelle von Solar- bzw. Elektroautos. Wie viel Solarstrom kann auf der Oberfläche eines Autos erzeugt werden bzw. wie groß müsste die Solarfläche sein, um die Leistung eines kraftstoffbetriebenen Kleinwagens zu erzielen?

Sek

Aufgabe•Berechnen Sie, wie groß die Fläche der Solarmodule auf einem Autodach sein müsste, um etwa 50 kW (68 PS) Leistung bei 1.000 W/m² Einstrahlung bereit zu stellen? Für die Aufgabe nehmen wir einen Wirkungsgrad von 15 % der Solarmodule an. Die Lösung finden Sie auf der Rückseite.

Clipart

Lösungsblatt: Solar-Racer

Berechnung

15 % von 1.000 W = 150 W pro m² Solarmodul

50.000 W/m² : 150 W = 333 m² Solarmodule

Die Dachfläche eines durchschnittlichen Hauses bietet eine Leistung von ca. 5-10 kW.

Sek

ElektrofahrzeugeWie effizient sind Elektrofahrzeuge, wie ausgereift ist die Technik und werden sie unsere Mobilitätsbedürfnisse befriedigen können? Werden Elektromotoren in Zukunft die Verbrennungsmotoren von der Straße verbannen? Wie sinnvoll ist das aus Ressourcen- und Klimaschutzgesichtspunkten?

Aufgabe•Informieren Sie sich über die Infokarten zum Thema Elektromobilität.•Diskutieren Sie die Vor- und Nachteile von Elektrofahrzeugen und schreiben Sie diese auf die Rückseite.•Welchen Stellenwert werden Ihrer Meinung nach Elektrofahrzeuge in Zukunft haben? Führen Sie ein Schreibgespräch auf dem ausliegenden Plakat. Kommentieren Sie auch die Beiträge Ihrer Kolleginnen und Kollegen.

Wellige / Solare Zukunft

Sek

Arbeitsblatt: Elektrofahrzeuge

Vorteile Nachteile

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Infokarte: Elektrofahrzeuge

Agentur für Erneuerbare Energien

Sek

Infokarte: Elektrofahrzeuge

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Agentur für Erneuerbare Energien

10

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Infokarte: Elektrofahrzeuge

Infokarte: Elektrofahrzeuge

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DGS / Tomi Engel

Infokarte: Elektrofahrzeuge

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Agentur für Erneuerbare Energien

Sek

Elektroautos stoßen keine Abgase aus – schließlich

fehlt der sonst übliche Verbrennungsmotor. Aber sind sie damit wirklich sauberer? Elektromobilität ist nur so gut wie der Strom, mit dem sie fährt. Denn wenn das Elektroauto statt des Erdöls nun einfach Strom aus Kohle- oder Atomkraftwerken „verfährt“, wird es auf den Straßen zwar sauberer und leiser, die Emissionen werden dann aber bloß vom Auspuff zu den Kraftwerken verlagert. Nur das Elektroauto, das Strom aus Erneuerbaren Energien tankt, kann behaupten, wirklich CO2- und schadstofffrei zu fahren. Agentur für Erneuerbare Energien

Wellige / Solare Zukunft

Infokarte: Elektrofahrzeuge

Infokarte: Elektrofahrzeuge

Sek

DGS, Stand 2007

Sek

Anders als bei einem normalen Auto kann man bei einem Elektroauto den CO2-Ausstoss durch die Wahl des Stromversorgers selber entscheidend beeinflussen. Wir haben versucht die Zusammenhänge in einer Grafik zu veranschaulichen. Die CO2-Emissionen pro Kilometer Fahrstrecke (y-Achse) sind bei Elektroautos abhängig vom CO2-Ausstoss des jeweiligen Stromversorgers (x-Achse). Je nach spezifischem Stromverbrauch pro 100 km (rote Linien) kann so der Ausstoß von CO 2 für ein bestimmtes Elektroauto und einen bestimmten Stromversorger abgeschätzt werden.Die Grafik ist dabei wie folgt zu lesen. Auf der linken Seite ist entlang der Y-Achse der CO2-Emissionswert je Kilometer aufgetragen. Die Zielvorgabe der EU für das Jahr 2012 liegt bei 130 Gramm CO2 pro Kilometer. Für konventionelle Fahrzeuge, wie etwa einen VW Golf, ergibt sich je nach Treibstoff ein unterschiedlicher Ausstoß. Mit Erdgas kommt der Golf auf ca. 150 Gramm. Sobald wir mit verflüssigter Kohle fahren werden (CTL) beträgt die CO2-Emission für exakt den gleichen Golf bereits über 370 Gramm. Auch hier hat die Energiequelle also einen Einfluss. Bei Elektrofahrzeugen hängt der Ausstoß einerseits vom Stromverbrauch ab. Dies sind die roten Linien im Diagramm. Heutige Elektrofahrzeuge verbrauchen zwischen 10 und 20 kWh pro 100 Kilometer. Auf der anderen Seite spielt das jeweilige Kraftwerk eine entscheidende Rolle. Deren CO 2-Ausstoß bezogen auf eine kWh Strom ist entlang der X-Achse abzulesen. Wenn man nun ein Fahrzeug mit 15 kWh Stromverbrauch annimmt, so kann man aus der Grafik entnehmen, dass der EU Grenzwert von 130 Gramm bereits mit Steinkohlestrom unterschritten werden kann. Mit Wärme-Kraft-Kopplungs-Strom aus Erdgaskraftwerken kann das gleiche Fahrzeug sogar mit lediglich 40 Gramm CO2 je Kilometer fahren.Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS

Infokarte: Elektrofahrzeuge

SolartankstelleElektroautos als Energiespeicher?

Elektromobilität ist zur Zeit hoch aktuell. E-Bikes erobern große Marktanteile und auch die Autoindustrie kommt mit den ersten brauchbaren Modellen auf den Markt. Anhand des Modells können Sie nun ausprobieren, wie Solarstrom gespeichert und bei Bedarf ein Elektrofahrzeug betankt werden kann.

Solare Zukunft

Sek

Aufgabe•Betanken Sie die Solartankstelle mit Solarstrom. Richten Sie dazu die Solarmodule optimal nach der Sonne aus. Bei einer Spannung von 2,3 Volt ist der Speicher voll, es reichen aber auch 1,5 V, um das Fahrzeug zu betanken. Messen Sie beim Laden mit dem Multimeter die Spannung am Stecker der Tankstelle (Foto Rückseite). •Betanken Sie danach das Fahrzeug, indem Sie die Tankstelle mit dem Gold-Cap-Kondensator am Fahrzeug verbinden. Messen Sie auch dabei die Spannung (Foto Rückseite). 1,5 V sind ausreichend, um das Fahrzeug anzutreiben. •Lassen Sie zum Abschluss das Fahrzeug im Kreis fahren.

Tankstelle aufladen Fahrzeug betanken

Messung: Solartankstelle

Solare Zukunft

SchiffsantriebeMit welchen Antrieben fuhren die Schiffe früher über das Wasser? Wie werden sie heute angetrieben? Was sind die neuesten Trends und Forschungsfragen? Um fossile Energie zu sparen, werden aktuell die alten Techniken wieder ausgegraben.

GS/Sek

Aufgabe•Welche Antriebe für Schiffe kennen Sie? Sammeln sie diese auf der Rückseite und schreiben Sie die jeweiligen Vor- und Nachteile dazu.•Studieren Sie die ausgelegten Infokarten „Solarboot“ und „Tanker mit Gleitschirm“ und bereiten Sie eine kurze Präsentation für das Plenum vor.

© SkySails

Arbeitsblatt: Schiffsantriebe

Antriebsart Vorteile Nachteile

GS/Sek

Sun21 / Transatlantic21

GS/Sek

Infokarte: Solarboot

Infokarte: Solarboot

Die „sun21“ ist Weltrekordhalterin!Das Solarboot „sun21“ (siehe Foto) unternahm die erste motorisierte Atlantiküberquerung ohne einen Tropfen Treibstoff. Dieser neue Weltrekord soll das große Potenzial der Solartechnik auch in der Schifffahrt unter Beweis stellen. Die „sun21“ kam am 8. Mai 2007 um drei Uhr nachmittags in New York City an. Sie legte anlässlich der Atlantiküberquerung 7000 Seemeilen zurück. Die Reise der „sun21“ wurde vom Verein transatlantic21 ermöglicht.

Über ein anderes Solarboot berichtete die Hersfelder Zeitung…Der 31 Meter lange Katamaran stach von Bora Bora in Französisch-Polynesien mitten im Pazifik in See und nahm Kurs auf Tonga, teilte das Unterstützerteam am Samstag mit. Auf dem Pazifik-Atoll wird das größte Solarboot der Welt Ende April erwartet. Ein Steuerungsproblem an den Schiffsschrauben hatte die Weltumrundung des Katamaran unterbrochen.Die in Kiel gebaute „Planetsolar“ wirbt mit ihrer Tour weltweit für erneuerbare Energien. Sie startete am 27. Oktober 2010 in Monaco und fährt ausschließlich mit Sonnenenergie. Sie wird von 537 Quadratmetern Solarzellen angetrieben und hat schon mehr als 22 000 Kilometer zurückgelegt.Einen Rekord hat der futuristisch anmutende Katamaran bereits gebrochen: Er legte die längste Nonstop-Strecke eines solarbetriebenen Fahrzeugs zurück, 5599 Kilometer von den Galapagos-Inseln zu den Marquesas-Inseln über den Pazifik. Mitte Mai wollen die vier Abenteurer an Bord Brisbane an der australischen Ostküste erreichen. Hinter dem Projekt steht als Gründer der Schweizer Raphael Domjan aus Yverdon-les-Bains.

1. Sun21 / Transatlantic21, 2. Hersfelder Zeitung am 16.04.11

GS/Sek

Infokarte: Tanker mit Gleitschirm

SkySails

GS/Sek

Infokarte: Tanker mit Gleitschirm

Der Kraftstoffverbrauch eines modernen Containerriesen mit etwa 100.000 PS ist gigantisch: Ein solches Schiff verbrennt zwischen 12,5 und 14,5 Tonnen Kraftstoff - pro Stunde. Doch die Branche reklamiert für sich, die umweltfreundlichste Transportart zu sein: Schließlich fährt so ein Schiff etwa 12.000 Container durch die Welt. Pro Tonne und Kilometer sei der Schadstoffausstoß deshalb gar nicht so hoch.

Dennoch zwingen die hohen Kraftstoffpreise und die Klimadebatte Reedereien zum Umdenken: Um Öl zu sparen, müssen viele Kapitäne das Tempo drosseln. Fährt so ein Containerriese einen Knoten (1,852 Stundenkilometer) langsamer, verbraucht die Maschine über zehn Prozent weniger Kraftstoff.

Jetzt, in Zeiten hoher Ölpreise, entdecken Tüftler, Techniker und auch Transport-unternehmen das Segel wieder. Ende 2007 schickte der Bremer Reeder Niels Stolberg erstmals ein Frachtschiff mit einem zusätzlichen Gleitschirmantrieb auf Fahrt. Seither hat die Hamburger Firma Skysails, die das Segel entwickelt hat, weitere Reeder als Kunden gewonnen. Das Segel soll Kraftstoff sparen - nach Angaben von Skysails bis zu 50 Prozent bei optimalen Windbedingungen. Die Werte der ersten großen Reise über den Atlantik und zurück werden derzeit noch ausgewertet.

Spiegel online 11.08.2008

GS/Sek

SchiffsantriebeBoote und Schiffe haben eine historische Bedeutung und können von Kindern und Jugendlichen gut nachgebaut werden, z.B. aus Holz oder Styropor. Sie können sehr unterschiedlich angetrieben werden, mit Wind- und Solarenergie, Motorkraft oder durch die Wasserströmung.

GS/Sek

Aufgabe•Testen Sie das Dampfschiff und erklären Sie, wie es funktioniert.•Bauen Sie danach mithilfe der Bauanleitung auf der Rückseite ein Floß und skizzieren Sie kurz, welche Lernziele Sie damit in Bezug auf das Thema „Alternative Antriebe“ anbahnen können.•Welche anderen Boot-Modelle ließen sich im Unterricht nachbauen? Welche Zielsetzungen würden Sie damit verfolgen? Diskutieren Sie diese Punkte innerhalb der Gruppe.

Solare Zukunft

• Nehmen Sie einen Ast und knoten Sie eine Schnur (ca. 50 cm) etwa 1 cm vom Rand entfernt daran fest, sodass die beiden Enden etwa gleich lang sind. Ziehen Sie den Knoten fest an. Die andere Schnur wird auf die gleiche Weise am anderen Ende des Aststückes festgeknotet.

• Legen Sie den nächsten Ast daneben und knoten ihn so an dem anderen Ast fest, dass beide Äste eng miteinander verbunden sind. Binden Sie die übrigen Aststücke – bis auf zwei – der Reihe nach auf die gleiche Weise am jeweils vorherigen fest. Verknoten Sie die Schnüre gut und schneiden die überhängenden Enden ab.

• Die beiden übrig gebliebenen Aststücke dienen als Querverbindung, um das Floß zu stabilisieren. Knoten Sie die Querverbindungen entlang der beiden verschnürten Seiten des Floßes an den beiden außen liegenden Aststücken gut fest.

GS/Sek

Schmotz Fotodesign Bauanleitung: Floß

Lego-Solar-FahrzeugHersteller von Lehrsystemen haben erkannt, dass die erneuerbaren Energien als Teil der Bildungspläne einen neuen Markt darstellen. In diesem Beispiel wird von LEGO der Antrieb durch Solarstrom thematisiert.

Aufgabe•Bauen Sie anhand der Gebrauchsanleitung das Lego-Fahrzeug zusammen.•Testen Sie, unter welchen Voraussetzungen das Fahrzeug fährt.•Listen Sie auf, welche Themenschwerpunkte Ihnen einfallen, die mit diesem Modell – neben der Antriebstechnologie – zusätzlich behandelt werden könnten.

GS/Sek

LEGO Education / Solare Zukunft

Lego-Kurbel-FahrzeugHersteller von Lehrsystemen haben erkannt, dass die Energieerzeugung ein wichtiges Thema im Unterricht ist. In diesem Beispiel wird von LEGO der Antrieb durch Handkurbeln – Rotationsenergie – thematisiert.

Aufgabe•Bauen Sie anhand der Gebrauchsanleitung das Lego-Fahrzeug zusammen.•Testen Sie, unter welchen Voraussetzungen das Fahrzeug fährt.•Listen Sie auf, welche Themenschwerpunkte Ihnen einfallen, die mit diesem Modell – neben der Antriebstechnologie – zusätzlich behandelt werden könnten.

GS/Sek

LEGO Education / UfU

BrennstoffzellenautoWasserstoff als Energiespeicher ist schon seit vielen Jahren bekannt. Es wird viel geforscht und entwickelt, aber neue Produkte finden eher langsam den Weg auf den Energiemarkt. Ist die Wasserstofftechnologie eine Option für die Energiewende?

Aufgabe•Testen Sie das Brennstoffzellenauto. In der Gebrauchsanleitung wird erklärt, wie es funktioniert. Dafür müssen Sie zuerst Wasserstoff erzeugen, um das Fahrzeug damit zu betanken.

Sek

Solare Zukunft

ZukunftsmobilWie sieht das Fortbewegungsmittel der Zukunft aus? Bewegt es sich auf der Straße, auf der Schiene, im Wasser, in der Luft oder schießt es gar durch Tunnel in der Erde? Mit welcher Energie wird es angetrieben und wofür wird es genutzt?

Aufgabe•Zeichen Sie eine Skizze zum Zukunftsmobil 2050.•Legen Sie dazu einen Steckbrief an mit: Namen, Material, Größe, Nutzungsart, Antrieb, Klimabilanz etc.•Verfassen Sie außerdem einen Flyertext, um das neue Fortbewegungsmittel anzupreisen.

GS/Sek

SolarImpulse / EPFL 2007

Ökofuß des SchulwegsDie Verkehrsmittelwahl bestimmt die Größe des ökologischen Fußabdrucks für die zurückgelegten Strecken im Jahr. Vereinfacht wird hier mit zwei Flächen gerechnet, der Siedlungs- und der CO2-Absorptionsfläche.

Aufgabe•Berechnen Sie den ökologischen Fußabdruck für Ihren Schulweg im Jahr. Die am Tag zurückgelegten Kilometer können Sie grob schätzen und dann auf das Jahr hochrechnen. Bedenken Sie, dass Sie im Schnitt nur 180 Tage jährlich in der Schule verbringen.•Nutzen Sie für die Berechnung das ausliegende Arbeitsblatt aus dem Schulpaket „Fair Future – Der Ökologische Fußabdruck“. Die Zahlen können Sie mit Folienstift dort eintragen.

Sek

Transportwege beim HandyBis das Handy bei Ihnen am Ohr klemmt, ist es ein langer Weg. Woher kommen die einzelnen Bauteile, welche Strecken legen sie zurück? Am Beispiel des Handys lässt sich die versteckte oder graue Energie, die u.a. für den Transport aufgewendet werden muss, gut nachverfolgen.

Aufgabe•Pinnen Sie die Fähnchen mit den einzelnen Produktionsschritten an die Weltkarte und überschlagen Sie den Transportweg von der Rohstoffgewinnung bis zum fertigen Produkt.•Zusätzlich können Sie noch die Fragen zur Energieaufwendung beim Handy auf dem ausgelegten Arbeitsblatt aus dem Schulpaket „CO2-frei“ beantworten. Die Lösungen finden Sie auf der Rückseite.•Hilfe zu Aufg. 4: Metalle (v.a. Kupfer), Keramik und Glas, Kunststoffe, sonstige Materialien (u.a. Flüssigkristalle, Flammschutzmittel)

Sek

© Gerd Altmann / PIXELIO

Lösungsblatt:Graue Energie am Beispiel des Handys

Philosophieren über EnergieWarum nicht mit einer Philosophierunde über Energie und Mobilität ins Thema einsteigen. So erfahren Sie, welche Assoziationen die Schülerinnen und Schüler haben, welche Einteilungen sie vornehmen und welche Zusammenhänge sie schaffen.

Aufgabe•Suchen Sie aus den Energiebildern alle Fotos heraus, die im weitesten Sinne mit Mobilität zu tun haben.•Bilden Sie passende Kategorien und sortieren Sie die Fotos diesen zu. •Sammeln Sie abschließend Ideen zur Auswertung der Cluster-Übung im Unterricht.

GS/Sek

© Benjamin Thorn / PIXELIO