Energieerzeugung im Abfluss

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1 Energieerzeugung im Abfluss Eingesparte Energie: pro Person können im Jahr 86,249 KW gewonnen werden! Wäre es nicht schön ohne schlechtem Gewissen ein paar Minuten länger unter der Dusche stehen zu bleiben? Wir No planet B haben dafür eine Lösung! Wir haben ein Wasserrad entwickelt, das in die Abflussrohre in den Haushälten eingebaut wird. Durch das Abwasser wird es in Bewegung versetzt und erzeugt somit Strom. Durch diesen gewonnen Strom kann Co² und gleichzeitig auch Geld eingespart werden. Na wär das nicht was? 1

2 1. Inhaltsverzeichnis No Planet B Unser Team Seite 3 Ausgangslage Seite Besuch von Frau Brochtrup Seite 6 Ideensuche Seite 7 Projektplanung Seite 8 Grober Zeitplan / Meilensteine Seite 9 Umsetzung Skizze Seite 10 Expeditions Mobil Seite Die Wasseruhr Seite Skizzen für den Bau Seite 15 Bau des Wasserrades Seite Berechnungen Seite Tatsächlich Co² Einsparung Tatsächlich eingesparte Energie Seite 26 Firma Hitzler Seite 27 Vision Seite 28 Skizze Seite 29 Feedback zum Projekt Seite 30 Teilnahmeerklärung Seite 31 Quellen Seite 32 2

3 2. Unser Team Wer sind wir? Projekt-Team: Corinna Knaier Christina Sewerin Lisa Kinkelin Simon Nann GmbH & Co. KG in Böttingen Turningtec GmbH in Gosheim Vosseler GmbH in Aldingen Beruf: Industriekauffrau, 2. Lehrjahr Erwin-Teufel-Schule Spaichingen Lehrkräfte: Herr Hermann, Frau Obst Wettbewerbs- Kategorie: PLANUNGS- UND INNOVATIONSPROJEKT 3

4 3. Ausgangslage Die globale Erderwärmung ist zweifellos eins der wichtigsten Themen in unserer Generation. Im Jahr 2011 wurden weltweit gigantische 34 Milliarden Tonnen Kohlendioxid ausgestoßen und somit wurde ein Rekordhoch der letzten Jahre erreicht. Jahr

5 Umrechnung: Weltweiter Co²-Ausstoß pro Person im Jahr 2011: Land: CO² Ausstoß/Land in Tonnen Einwohner: Co² Ausstoß/Person in Tonnen China ,64 USA ,1 Indien ,5 Russland ,17 Japan ,26 Deutschland ,26 Doch eigentlich wollen wir doch auch noch unseren Kindern, deren Kindern und vielen weiteren Generationen nach uns eine Chance auf eine saubere, heile Welt geben. Wir selbst sind dafür verantwortlich, doch wann fangen wir zu handeln an? Wir No planet B - fangen jetzt an!! 5

6 3.1 Besuch von Frau Brochtrup von der Klimawerkstatt Am besuchte Frau Brochtrup von der Klimawerkstatt Deutschland unsere Klasse für 2 Schulstunden und erzählte uns einiges über den Klimawandel und die Erderwärmung. Anhand von Bildern, Videos und Prospekten bekamen wir einen sehr guten, ersten, Einblick über den CO2- Ausstoß und dessen Verursacher, wie z.b. Haushalt und Konsum. Auch den Treibhauseffekt, der die Erde wärmt und die Fakten, Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung veranschaulichte Sie uns sehr gut. Frau Brochtrup bezog die Schüler immer in den Vortrag mit ein, stellte jede Menge Fragen und gab uns Aufgaben die wir allein oder in der Gruppe bearbeiten durften. (z. B. wie man die Umwelt schützen kann, Energie einspart und jeder Mensch dazu beitragen kann, die Welt ein klein wenig zu verbessern). Außerdem informierte Sie uns über den Wettbewerb, den die Klimawerkstatt jährlich veranstaltet. Sie zeigte uns die Homepage und einige Projekte des vergangenen Jahres. Quelle: 6

7 4. Ideensuche Von Anfang an sind uns 2 Projekt-Ideen eingefallen. Zum einen war es der Plan, im Haushalt oder in unseren Betrieben neue Geräte mit alten Geräten zu vergleichen, um herauszufinden wie viel Strom durch neue Geräte eingespart werden könnte. Die 2. Idee war, ein Wasserrad, das an einen Generator angeschlossen ist, in die Abflüsse von Haushalten einzubauen. Durch das Abwasser soll sich das Wasserrad in Bewegung versetzen und somit Energie erzeugen. Wir No planet B haben uns nach einigen Recherchen für das Wasserrad im Abfluss entschieden, da wir glauben dadurch mehr CO2 einsparen zu können. Außerdem war die Umsetzung von mehr Ideen geprägt. Ein passender Gruppenname war auch schnell gefunden, wir entschieden uns für No Planet B - Da wir unsere Erde nicht einfach austauschen können, denn es gibt keinen zweiten Planeten, deshalb müssen wir unsere Erde mit Bedacht bewohnen. Zudem gestalteten wir unser eigenes Gruppen-Logo: 7

8 5. Projektplanung Unser Ziel ist es durch das Wasser im Abfluss so viel Energie wie möglich zu gewinnen und dadurch CO² einzusparen. Für die Umsetzung des Projektes haben wir vom Zeit. Allerdings muss dann erst die schriftliche Dokumentation abgegeben werden. Kleinigkeiten können danach immer noch verbessert, geändert und hinzugefügt werden. In dieser Zeit müssen wir ein Prototyp von unserem Wasserrad bauen und berechnen wie viel Energie wir gewinnen können, bzw. wie viel CO2 dadurch eingespart wird. Außerdem müssen wir unsere schriftliche Dokumentation ausarbeiten. 8

9 5.1.Zeitplan / Meilensteine Zeitraum Aufgabe Vorstellung des Projektes durch Frau Brochtrup Ideensammlung in der Schule Auswahl des Projektthemas + Ideen zur Umsetzung Expedition N Nachhaltigkeit für Baden-Württemberg auf dem Marktplatz in Spaichingen Ideensammlung Recherche und Infomaterialsammlung Anmeldung unseres Projektes bei der Klimawerkstatt und Bau des Wasserrades Berechnung Wasseruhr im Hause Knaier Ausarbeitung bis ( ) Erste Abgabe der schriftlichen Ausarbeitung bei unserem Klassenlehrer Herrn Hermann Februar/März 2013 Kontakt mit Fa. Hitzler bis Ausarbeitung (Vision) bis Ausarbeitung der Powerpoint / Präsentation Schriftliche Projekt bei Klimawerkstatt hochladen Präsentation 9

10 6. Die Umsetzung Energieerzeugung im Abfluss 6.1 Was haben wir vor? Skizze: 10

11 6.2. Besuch im Expeditionsmobil Besuch im Expedition N Mobil in Spaichingen: In der heutigen BWL-Stunde sind wir im Namen des BWL-Energieprojektes, zusammen mit Herrn Hermann in die Stadt um dort das Expeditionsmobil der Expedition N bei ihrem Halt in Spaichingen zu erforschen. Expedition N ist im Auftrag der Nachhaltigkeit in Baden-Württemberg unterwegs und will das Thema Nachhaltigkeit und Energie speziell ansprechen und den Menschen näher bringen. Mit dem ersten Themenschwerpunkt Energie nutzen, Umwelt schützen bereisen sie Standpunkte in ganz Baden-Württemberg. Was ist eigentlich Nachhaltigkeit? Genau mit dieser Frage startete auch unsere Führung durch das sehr moderne zweigeschossigem Mobil, das uns zur multimedialen Entdeckungsreise einlud. Uns wurde vieles über erneuerbare Energien und allgemein zum Thema Nachhaltigkeit in unsere Welt beigebracht und erklärt. 11

12 Nachdem man uns durch die Führung einen groben Einblick vermittelt hatte weshalb das nachhaltige Denken so wichtig ist, um dem Klimawandel entgegen zu wirken, durften wir noch kurze Zeit uns selbst auf Entdeckertour begeben und erforschen was für verschiedene Experimente und Versuche sich hier einfanden. Im Mobil gibt es verschiedene Stationen und Themen die nicht nur theoretisch erklärt werden sondern auch gut verständlich gemacht werden wie zum Beispiel durch Versuche oder Experimente die dort aufgebaut sind. Außerdem gab es im Mobil ein Quiz zum Thema Nachhaltigkeit, das man an Hand der Stationen lösen konnte und sich somit am Gewinnspiel der Expedition N beteiligte. Der Ausflug war für alle interessant und ein wirklich schönes Erlebnis, was uns sicher auch helfen wird bei dem nun bald bevor stehende Projekt zum Thema Energie. Speziell für unser Projekt war der Besuch im Expeditionsmobil sehr wichtig und hilfreich da wir dort unsere Ursprungsidee für unser eigenes Klimaprojekt wieder fanden. Ein Wasserrad zur Stromgewinnung, angetrieben durch Wasser das ein Gefälle hinunter schoss und an Hand einer Kurbel immer wieder in das obere Becken gepumpt werden konnte um erneut im Fall Strom zu erzeugen. Zum Schluss durften wir dann alle uns noch mit genügend Infomaterial eindecken, dass uns bei der weiteren Ausarbeitung unseres Projektes helfen könnte. 12

13 7. Beobachtung der Wasseruhr Nach einigen Recherchen kamen wir auf einen durchschnittlichen Wasserverbrauch von 127 Liter am Tag pro Person. Dies wollten wir Zuhause gleich einmal testen. Morgens bevor der erste Tropfen Wasser durch die Leitungen floss, zeigte die Wasseruhr im Keller, einen Wasserstand von m³ an. Abends nach dem der letzte Tropfen Wasser für diesen Tag durch die Leitungen floss, zeigte die Wasseruhr, einen Wasserstand von m³ an. 13

14 7.1.Rechnung Ergebnis: Im Hause Knaier wurde an einem Tag 637 Liter verbraucht. Da dies ein Wasserverbrauch von 4 Personen ist, haben wir das Ergebnis durch vier Personen geteilt. Somit kommen wir auf ein Ergebnis von 159,25l pro Person an einem Tag. Dies verdeutlicht uns noch einmal, wie viel Abwasser wir ohne darüber nach zu denken Tag für Tag den Abfluss hinter laufen lassen. Mit unserer Idee können wir dieses nun sinnvoll nutzen und nicht nur unserem Geldbeutel sondern auch der Umwelt und somit unserer Erde etwas Gutes tun! 14

15 8. Der Bau des Wasserrades Skizze: 15

16 8.1 Der Bau des Wasserrades In dem Buch Abenteuer in der Natur von Claude Lux gibt es eine Anleitung für den Bau einer Wassermühle : 16

17 Wie groß soll unser Prototyp Wasserrad werden? Radius von ca. 10 cm, Breite von ca. 5 cm. Welche Materialien benötigen wir für den Bau? Holz, Zirkel, Lineal, Geodreieck, Bleistift, Laubsäge, Leim, Schraubzwingen 1. Zuerst zeichneten wir mit einem Zirkel ein Kreis mit einem Radius von 10 cm auf die Holzplatte 2. Mithilfe des Lineals zeichneten wir den Mittelpunkt des Kreises ein 17

18 3. Da das Wasserrad ein 8-Eck sein soll, zeichneten wir mit Hilfe des Geodreiecks 45 Winkel ein. Diese haben wir mit dem Mittelpunkt des Kreises verbunden. Anschließend wurden auch die Striche verbunden und somit ein 8-Eck erzeugt. 18

19 4. Für die Schaufeln haben wir 8 Rechtecke mit den Maßen 5,0 cm x 11,0 cm auf das Holz gezeichnet. 5. Corinna s Bruder hat für uns das Aussägen an der Laubsäge übernommen 19

20 6. Da das Holz später mit Wasser in Berührung kommt, haben wir die Teile mit einer Holzlasur lackiert. 7. Mit Holzleim klebten wir das Wasserrad auf der Antriebswelle, die später an den Generator angeschlossen wird, zusammen. 20

21 8. Nach dem das Holz gut zusammen geklebt, und unser Wasserrad so gut wie fertig war, musste es nur noch mit dem Generator verbunden werden. 9. Aus dem Bauset, das wir gekauft haben, bauten wir ein Gestell, damit das Wasserrad mit dem Generator verbunden werden konnte. Doch wir bemerkte schnell dass der Generator viel Kraft benötigt um angetrieben zu werden. Darum versuchten wir eine größere Übersetzung einzubauen. Mithilfe von Zahnrädern lässt sich der Generator nun etwas einfacher antreiben. Unser Generator braucht sehr viel Kraft um sich in Bewegung zu setzen. Mit unserem Wasserrad geht dies nur sehr mühsam. Durch ein eingebautes Zahnrad lässt sich der Generator schon etwas leichter antreiben, jedoch ist und bleibt unser Wasserrad nur ein Prototyp. 21

22 Das fertige Wasserrad: 22

23 9. Die Berechnung In Deutschland werden pro Tag und Mensch ca. 127 l Wasser verbraucht. Jedoch fließen davon ca. 81 %, also ca. 102l den Abfluss hinunter. Die Bewegungsenergie, kinetische Energie des Wassers wird in elektrische Energie, also Strom umgewandelt. Die Leistung P ist abhängig vom Wasserdurchfluss Q und der Fallhöhe h sowie von dem Wirkungsgrad n des Zulaufs. Bei unserer Berechnung wird von einem Wirkungsgrad von 85% ausgegangen. Formel: P = g Q p H n 1000 (KW) 23

24 Einheiten: P: Leistung g: Fallbeschleunigung (Naturkonstante ~ 9,81m/s²) Q: Volumenstrom in m³/s (Wie viel Wasser pro Sekunde durchfließt) p: Dichte in kg/m³ (Wasser= 1000kg/m³) H: Fallhöhe in Meter (m) n: Wirkungsgrad (ohne Einheiten) Bei Generatoren um die 0,8 Unsere angenommenen Werte: P=? g = 9,81 Q= 102l = 0,01417 m³/s 7200 sec. (angenommen das Wasser würde in einem Behälter gesammelt werden und innerhalb von 2 Stunden durch das Wasserrad fließen.) p= 1000kg/m³ H= 2m n= 85% = 0,85 Berechnung pro Person für einen Tag: P= 9,81 0, , P = 0,2363 KW/h pro Person an einem Tag 24

25 Berechnung pro Person in einer Woche: 0,2363 KW 7 = 1,65 KW/h Berechnung pro Person in einem Monat (30Tage): 0,2363 KW 30 = 7,09 KW/h Berechnung pro Person in einem Jahr (365 Tage): 0,2363 KW 365 = 86,29 KW/h 9.1 Tatsächlich Einsparung von CO²eq: 1KWh = 0,72 kgco²eq Pro Tag Pro Woche Pro Monat (30 Tage) Pro Jahr (365 Tage) Pro Person 0,17kg 1,19kg 5,10kg 62,05kg 4-Personen 0,68kg 4,76kg 20,40kg 248,20kg Haushalt Im Landkreis 23t 160t 685t 8.330t Tuttlingen bei ca Menschen In Baden t t t t Württember g bei ca. 10,817 Mio. Menschen In Deutschland bei ca. 81,903 Mio. Menschen t t t t Angaben in Co²eq* * CO²eq bedeutet CO²-Äquivalente. Damit wird die Klimawirksamkeit der Treibhausgase gemessen. Kohlendioxid dient dabei als Richtgröße. Umrechnung mithilfe des CO²- Rechners auf 25

26 10. Die tatsächlich eingesparte Energie Angenommen wir würden das Wasser, das täglich durch unsere Abwasserrohre fließt in einem Behälter im Haus sammeln. Diesen Behälter könnte man im Keller einbauen. Unterhalb von diesem Behälter könnte man unser Wasserrad einbauen. Würde der Behälter in einer Höhe von 2 Meter hängen, so hätte das Wasser noch eine Fallhöhe von 2 Meter. Durch das Wasser aus dem Abfluss würde sich das Wasserrad in Bewegung setzen und somit Energie erzeugen. Durch diese Energie würde CO² eingespart werden. Mit unserem Projekt Energieerzeugung im Abfluss werden pro Person im Jahr 86,249 KW/h gewonnen und somit 62,05 kg CO² eingespart. In ganz Deutschland wäre es eine CO² Einsparung im Jahr von 5 Mio. Tonnen Mit Hilfe unserer Stromrechnung bekamen wir heraus, dass 1 Kwh ca. 0,237 kostet. Somit werden pro Person im Jahr ca. 20,44 eingespart. 26

27 11. Firma Hitzler Wir haben von unserem Klassenlehrer Herrn Hermann den Tipp bekommen uns mit der Firma Hitzler in Wurmlingen in Verbindung zu setzen. Die Firma Hitzler Energiesysteme GmbH ist ein Fachbetrieb für Photovoltaik und Solaranlagen. Herr Hermann meinte Sie könnten uns mit der Stromspeicherung weiterhelfen. Nach mehrmaligen und Telefon Anfragen haben wir nun endlich drei Prospekte erhalten, leider konnten uns diese Informationen im Bereich der Stromspeicherung nicht großartig weiterhelfen. Jedoch brachten Sie uns auf die Idee über die Visionen unseres Wasserrades nachzudenken. 27

28 12. Visionen Während der Ausarbeitung unseres Projektes, kam uns die Idee uns auch über Ausblicke zu informieren, die wir mit der Umsetzung unseres Projektes erreichen könnten Unsere Vorstellung: Zusätzlich zur Stromgewinnung durch unser Wasserrad, könnte man den durch eine Solarstromanlage gewonnen Reststrom, anstatt zu verkaufen mit Hilfe einer Wasserpumpe, in einen Tank (Wasserspeicher) pumpen und anschließend wiederverwerten. Die Idee wäre das verbrauchte Wasser welches beispielsweise aus der Badewanne durch das Wasserrad nach unten fließt, durch eine Wasserpumpe wieder nach oben zu pumpen. Dort kann es in einem Wassertank gespeichert werden und später erneut durch das Wasserrad laufen. Somit erstellen wir einen Kreislauf in dem immer mehr Strom gewonnen werden kann. Unterhalb des Wasserrades könnte eine Klappe eingebaut werden, sobald genug Strom gespeichert wurde, bzw. zu viel Wasser im Kreislauf ist, kann das überflüssige Wasser aus dem Kreislauf in den Abfluss geleitet werden. Außerdem müsste vor dem Wasserrad ein Filter eingebaut werden, der Fäkalien gleich in die Kanalisation leitet, um das reine Abwasser zu erhalten. 28

29 12.2 Vision, Skizze: 29

30 13. Feedback zum Projekt Unser Ziel war es Strom zu gewinnen und damit CO2 einzusparen. Durch den Gewinn von 86,249 KW Strom pro Person/Jahr und die Einsparung von 62,05kg CO² pro Person/Jahr haben wir unser Ziel eindeutig erreicht! Nach der Gruppenbildung die im Unterricht stattfand, machten wir uns sofort Gedanken über das Projekt und waren uns auch schnell einig, als der Vorschlag über das Wasserrad genannt wurde. Nach einigen Recherchen haben wir einen guten Überblick über unser Thema erhalten und wussten gleich was wir umsetzen wollten. Ein großer Teil der Kommunikation für die Gruppenarbeit lief über eine selbst erstellte Gruppe in dem sozialen Netzwerk Facebook ab, was für uns alle sehr vorteilhaft war, da nicht immer alle Zeit haben mussten und auch keine Fahrwege anfielen. Die Dateien konnten über das Programm Dropbox problemlos hin und her geschickt werden, was Corinna und Lisa sehr oft vieles erleichtert hat. Man konnte sich immer und auch schnell über den aktuellen Stand der Dinge informieren und sich untereinander von Zuhause aus austauschen. Außerdem arbeiteten wir mehrmals in der Gruppe in den BWL- Unterrichtsstunden auch an Computern, in den Computerräumen der Schule und beantworteten die noch offenen Fragen und glichen untereinander ab welche Fragen und Probleme noch im Raum standen. Der Bau des Wasserrades und die eigentliche Berechnung übernahm Corinna mit Hilfe von ihrem Bruder daheim, worüber wir alle sehr froh und dankbar waren. Alles in allem lief die Projektarbeit äußerst positiv ab, wir Gruppenmitglieder verstanden uns untereinander recht gut und auch wenn die Zeit sehr schnell verging kamen wir fast problemlos und zufrieden mit unserer Leistung zum Ziel. Nach Beendung des Projektes, können wir nun sagen dass es ein sehr interessantes und umfangreiches Thema ist und wir sehr stolz auf unser Projekt sind. 30

31 14.Teilnehmererklärung Die Teilnehmer der Klimawerkstatt räumen den Veranstaltern und dessen Partnern die Rechte ein, die im Rahmen der Klimawerkstatt eingereichten Beiträge kostenfrei, unwiderruflich sowie zeitlich und räumlich unbeschränkt zu nutzen. Insbesondere räumen sie auch das Recht ein, die Beiträge öffentlich zugänglich zu machen, zu bearbeiten und als Zusammenschnitt zu verbreiten oder vorzuführen. Die Teilnehmer bestätigen und gewährleisten gegenüber den Veranstaltern, dass sie über sämtliche der oben genannten Rechte verfügen und diese den Veranstaltern ohne die Verletzung von Rechten Dritter einräumen können. Falls die Teilnehmer nicht Inhaber einzelner oben genannter Rechte sind, garantieren sie den Veranstaltern, dass sie alle erforderlichen Rechte und Einwilligungen wirksam eingeholt haben. Dies ist den Veranstaltern auf Verlangen schriftlich nachzuweisen. Die Teilnehmer erklären sich damit einverstanden, dass sie den Veranstaltern aus jeder Haftung freistellen, die aus der Verletzung der Rechte Dritter durch die eingereichten Beiträge resultieren. Die Teilnehmer willigen mit Einreichen ihres Beitrags ein, dass sie ihren Beitrag den Veranstaltern unentgeltlich zur Verfügung stellen. Die Teilnehmer erklären gegenüber den Veranstaltern, dass sie die Urheber der eingereichten Beiträge sind. Sofern in den Beiträgen Personen zu sehen sind, die erkennbar sind und bei denen es sich weder um Personen der Zeitgeschichte, um Beiwerk neben einer Landschaft oder sonstigen Örtlichkeit noch um Bilder von Versammlungen, Aufzügen und ähnlichen Vorgängen, an denen die dargestellten Personen teilgenommen haben ( 23 KUG), handelt, müssen diese mit der Nutzung einverstanden sein. Die Teilnehmer garantieren den Veranstaltern, dass sie alle Rechte und Einwilligungen von solchen Dritten eingeholt haben und den Veranstaltern von etwaigen Ansprüchen aus Rechteverletzungen nach dem KUG freistellen. Die Teilnehmer versichern den Veranstaltern, dass sie für die Erstellung ihrer Beiträge keine urheberrechtlich geschützten Materialien genutzt haben bzw. dass die erforderliche Einwilligung der Rechteinhaber vorliegt. Dies gilt insbesondere für Fotos, Grafiken und Musikstücke. Dieser Teilnehmererklärung können wir so nicht zustimmen, da das Projekt für uns patentrechtlich spannend ist. Daher bitten wir vor sämtlicher Weitergabe oder Veröffentlichung, um unsere schriftliche Zustimmung. 31

32 15. Quellen Generator/dp/B004KAAX9Y/ref=sr_1_7?ie=UTF8&qid= &sr= rekordhoch-a html d= Bücher: Abenteuer in der Natur Claude Lux Das Ravensburger Schülerlexikon Ravensburger Buchverlag Prospekte: Expeditionsziel: Nachhaltigkeit Nachhaltigkeit macht fit für die Zukunft H²O Wasser 32

33 Christina Sewerin Lisa Kinkelin Corinna Knaier Ein Projekt von myclimate Deutschland ggmbh Borsigstraße 6, Reutlingen Gesamtleitung Kontakt Stefan Baumeister Anna Brochtrup Tel Tel Unterstützt durch: 33