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Energietechnik (2)

Hier findest du die Folien zur Unterrichtseinheit

Allgemeine Hinweise zu den Themenseiten

 

Die hier angebotenen Themenseiten fassen die grundlegenden Inhalte, Informationen und Hefteinträge zu den Unterrichtsinhalten von verschiedenen Themenbereichen der Fächer Mathematik, Physik und dem Wahlpflichtfach MINT/Technik zusammen. Diese sind online, kostenlos und ohne Registrierung verfügbar und sollen zur besseren Selbstorganisation der Schüler beitragen.

 

Die im Internet bereitgestellten Materialien bieten aber auch noch zusätzliche Möglichkeiten: Sie sollen den Schülern einen Leitfaden zur Vorbereitung auf Kursarbeiten, aber auch bei Fehlstunden zur Nacharbeit der versäumten Unterrichtsinhalte dienen und weiterhin den Eltern die Möglichkeit zur Unterstützung bei den unterrichtsbegleitenden Hilfestellungen geben. Die Zusammenfassungen zu den Unterrichtsinhalten auf den Themenseiten werden dabei jeweils ergänzt durch Lernvideos, Infotexten, Aufgaben, Bildergalerien und interaktiven Tools. Diese sollen dabei helfen selbstständig eigene Ergebnisse zu überprüfen oder zusätzliche Informationen zu den Inhalten erhalten. Bei den Lernvideos handelt es sich teilweise um die YouTube-Video des YT-Kanals Mathe-Physik-Technik. Weiterhin sind bei den einzelnen Folien zusätzliche Videovorschläge von anderen YouTube-Kanälen zugeordnet. Der jeweilige Link leitet dann ggf. direkt auf die YouTube-Video-Seite weiter.

 

Bei den klassischen physikalischen Themenbereichen sind die jeweiligen Folien für den digitalen Unterricht weitestgehend angepasst und optimiert worden. Insbesondere durch die Corona-Krise rückt der digitale und eigenverantwortliche Unterricht immer mehr in den Fokus. Zu den einzelnen Folien sind deshalb jeweils passende Videos zu den Inhalten zugeordnet und zu vielen Folien auch passende Aufgaben eingearbeitet worden. Dadurch sind die Themenbereiche in Teilabschnitten strukturiert und für die Arbeit mit Wochenplänen optimiert worden. Sie ermöglichen den Schülern so die selbstständige Arbeit daheim und geben jedem Schüler die Möglichkeit die Lernziele auch unter den gegebenen Umständen bestmöglich zu erreichen. Dabei können Schüler dann sogar die positiven Seiten des digitalen Unterrichts (Eigenes Lerntempo festlegen, optimale Anpassung von Lernzeit und Zeitpunkt an den eigenen Biorhythmus zum effizienten Lernen, etc.) für sich besonders gut nutzen.


Siehe hierzu auch: → Konzept - mathe-physik-technik.de

Skript → Publikationen

Hinweis:
Für die Unterrichtseinheit ist die Anschaffung des Skripts für meine Schüler nicht notwendig! Die Folien werden nacheinander bearbeitet und notwendige Materialien ggf. kopiert. (Es sind keine Lösungen zu den Aufgaben enthalten.)


Skript → Publikationen


Inhalt

 

→ Teil 1:

Was ist Energie?

Wichtige Energieformen

Woher kommt unsere Energie?

Der weltweite Energieverbrauch pro Jahr

Energiequellen: Fossile Energieträger

Entstehung

Vorteile/Nachteile

Klimakiller CO₂

Umweltschäden durch Abgase

Gesundheitliche Probleme beim Menschen

Schäden an Bauwerken

Schäden an Pflanzen

Energiequellen: Regenerative Energie

Beispiel - Sonne (Solarthermie)

Wärmekraftmaschinen

Dampfturbine

Gasturbine

Energiequellen: Regenerative Energie (2)

Die Photovoltaikanlage

Die Solarzelle

Energiequellen: Regenerative Energie (3)

Beispiel - Windenergie

 

Teil 2:

Beispiel – Wasserkraft (1)

Anwendung als Schöpfrad

Anwendung zum Antrieb einer Achse (Mahlmühlen)

Beispiel – Wasserkraft (2)

Beispiel – Biomasse

Energieträger: Wasserstoff

Herstellung von Wasserstoffgas: Elektrolyse

Die Brennstoffzelle

Energiequelle: Erdwärme

Prinzip der Energiegewinnung

Beispiel: Geothermiekraftwerk in Landau

Energietransport und Energiespeicher

Verteilung der Energie

Energiespeicherung

Wofür wird die Energie gebraucht?

Energie sparen (1)  -  Bestandsaufnahme

Wirkungsgrade moderner Kraftwerke

Energie sparen (2)  -  Was kann ich selbst tun?

Im Haushalt

Im Alltag

Querverweis: Siehe auch → Themenseite: Kernenergie


Videos:

1)  Was passiert im Flusskraftwerk? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule

2)  Das Wasserkraftwerk

3)  Wie wird ein Stausee zu Strom? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule

4)  Strom aus den Bergen: das Speicherkraftwerk - Planet Schule - SWR

4)  Strom aus dem Fluss, das Laufwasserkraftwerk - Planet Schule - SWR


Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Elektrizität: [8:37]

Der Generator

Die Funktion eines Generators wird beschrieben und anschaulich vorgeführt. Weiterhin wird der Induktionsstrom gemessen, mit und ohne Verwendung eines Polwenders und die zugehörigen Induktionsspannungen mittels eines Oszilloskops anschaulich dargestellt.

Querverweis: Siehe auch → Themenseite: Elektrizität

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Zusatzfolie:

 

E-Fuel

 

Als E-Fuel (von englisch electrofuel, auch E-Sprit genannt) werden synthetische Kraftstoffe bezeichnet, die mittels Strom aus Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2) hergestellt werden und die gleichen Eigenschaften wie Benzin, Diesel oder Kerosin haben. Der Herstellungsprozess wird als Power-to-Fuel bezeichnet. 

 

Vorteile

 

E-Fuel ermöglicht es, mit Hilfe von Elektrizität aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen Brennstoffe mit hoher Energiedichte, Speicher- und Transportfähigkeit sowie Verbrennungseigenschaften herzustellen. Aufgrund ihrer Eigenschaften und Vielseitigkeit können diese theoretisch in allen möglichen Anwendungsgebieten (z.B. Autos mit Verbrennungsmotor) eingesetzt werden. 

 

Energiebilanz 

 

Da bei der Herstellung und Nutzung von E-Fuels mehrere verlustintensive Umwandlungsstufen durchlaufen werden müssen, ist die Energiebilanz beim Einsatz von E-Fuels grundsätzlich schlechter als bei anderen Antriebsarten. Dies ist ein großer Nachteil von E-Fuels. Inklusive Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus der Luft gehen bei der Herstellung von E-Fuels etwa 60 Prozent der ursprünglich im Strom vorhandenen Energie verloren. Wird das E-Fuel anschließend in einem Verbrennungsmotor verbrannt, gehen wiederum etwa 70 Prozent der im E-Fuel gespeicherten Energie verloren. Bei Einsatz von E-Fuels in einem Auto mit Verbrennungsmotor werden also nur rund 10 Prozent der ursprünglich im Strom vorhandenen Energie für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt. Damit benötigen mit E-Fuels betankte Autos pro Kilometer rund fünfmal soviel Energie wie ein batterieelektrisches E-Auto. 

 

Klimaschutzwirkung 

 

Aufgrund der hohen chemischen Reinheit kann E-Fuel zu reinem CO2 und Wasser reagieren. Das freigegebene CO2 kann sich dann in einem Kreislauf befinden, d.h. es wird bei der Verbrennung nur die Menge CO2 in die Atmosphäre freigesetzt die bei der Herstellung aufgenommen wurde. Grundsätzlich können mittels E-Fuels betriebene Verbrennungsmotoren also klimaneutral betrieben werden. Hierfür muss aber die elektrische Energie für ihre Herstellung nahezu ausschließlich aus erneuerbaren Energieformen stammen. (ABER: Bereits geringe Anteile fossilen Stroms verschlechtern die Klimabilanz erheblich! Bei größeren Anteilen fossilen Stroms übersteigen die Emissionen von E-Fuels diejenigen von fossilen Brennstoffen um ein Mehrfaches.)
Bei der Verwendung von E-Fuel in Verbrennungsmotoren entstehten im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftstoffen im Regelfall weniger umweltschädliche Abgase, da in synthetischem Kraftstoff etwa Schwefelverbindungen nicht enthalten sind. Stickoxide, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe werden jedoch bei Verbrennung in nahezu identischen Mengen wie bei vergleichbaren Treibstoffen aus Erdöl oder Biomasse freigesetzt, so dass nicht alle Reaktionsprodukte sich in einem Kreislauf befinden. 

 

Anwendungen

 

Anwendungen sind dort zu suchen wo es nur begrenztes Potential für die direkte Elektrifizierung gibt, bei denen sich aber Wasserstoff oder E-Fuels als Lösungen anbieten. Hierzu zählen beispielsweise der Langstrecken-Flugverkehr und die Schifffahrt.

 

Herstellung

 

Die Elektrolyse spaltet Wassermoleküle (H2O) mit Hilfe von elektrischer Energie in die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Wasserstoffgas H2 und Kohlenstoffdioxid CO2 wird dann mit Hilfe eines chemischen Verfahrens zu einem synthetischen Rohöl verarbeitet. Daraus wird dann wiederrum der synthetische Kraftstoff (E-Fuel) hergestellt.

 

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Videos:

1)  Wie werden E-Fuels hergestellt? | eFUEL-TODAY: [1:38]

2)  E-Fuels – Kraftstoff aus Ökostrom! [1:38]

3)  E-Fuels - die Lösung für den klimaneutralen Verkehr von morgen [2:03]

4)  Synthetische Kraftstoffe – Haben Verbrenner eine Zukunft? [7:37]


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Zusätzliche Infos zum Thema:

Energie

Energiewende

Geothermie



Videos:

1)  Wie kommt Wärme aus der Tiefe - Geothermie - Planet Schule - SWR

2)  Wie Energie aus der Erde kommt - Planet Schule - SWR


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Videos:

1)  Wie kann ich mehr Energie sparen? | Galileo | ProSieben

2)  Energie sparen im Alltag - Unsere Tipps

3)  Energie sparen ohne Komfortverzicht: Nicht investive Maßnahmen

4)  Planet Wissen - Energiesparen


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Querverweis: Siehe auch → Themenseite: Wärmelehre

Zusätzliche Infos zum Thema:

Energie-Alternativen (BR-wissen)

Klimawandel (BR-wissen)






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Hinweis: Es werden keine Bücher oder sonstige, hier benannte Materialien im Unterricht verwendet oder benötigt. 



Quellenangaben zu den Inhalten auf dieser Seite


Infotext ([15b] - E-Fuel)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikeln E-Fuel, Fischer-Tropsch-Synthese und Klimaschutz aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. File:Solarpipe-scheme.svg


Hintergrundbild: Bild von Sebastian Ganso auf Pixabay (photovoltaic-system-2742304)