Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Bioethanol und Co. - umweltfreundliche Kraftstoffe der Zukunft?

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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Bioethanol und Co. - umweltfreundliche Kraftstoffe der Zukunft? Das komplette finden Sie hier: School-Scout.de

2 1 von 26 Bioethanol und Co. umweltfreundliche Kraftstoffe der Zukunft? Karin Schmidt, Netphen Angesichts immer knapper werdender fossiler Brennstoffe werden händeringend Alternativen gesucht, um unseren Bedarf an Kraftstoffen dauerhaft zu decken. Welche Alternativen gibt es? Wie werden die Kraftstoffe produziert? Und welche or- und Nachteile sind mit deren Nutzung verbunden? Foto: Diesen Fragen gehen Ihre Schüler in dieser Unterrichtseinheit auf den Grund. Dabei stellen sie selbst Biodiesel, Biogas und Bioethanol her und lernen im Experteninterview und per Internetrecherche deren Herstellung und erwendung sowie or- und Nachteile kennen. Aus Kuhmist kann man Biogas gewinnen. Könnte dies ein alternativer Kraftstoff der Zukunft sein? kbogen zur Mit Feedbac eit! Gruppenarb Das Wichtigste auf einen Blick Klasse: 10 Aus dem Inhalt: Dauer: 9 Stunden (Minimalplan: 6 Stunden) Was sagen Experten zu alternativen Kraftstoffen? Kompetenzen: Die Schüler können die Erzeugung und erwendung von Biodiesel, Biogas und Bioethanol beschreiben. können or- und Nachteile der Nutzung alternativer Kraftstoffe unter ökologischen, ökonomischen und ethischen Aspekten abwägen. können arbeitsteilige Gruppenarbeiten organisieren, durchführen, dokumentieren und reflektieren. Beteiligte Fächer: Chemie Erdkunde Wie gewinnt man Biodiesel, Biogas und Bioethanol? Wir stellen selbst Pflanzenöl zur Biodieselproduktion, Biogas und Bioethanol her. Was sind die or- und Nachteile von Biodiesel, Biogas und Bioethanol im ergleich? Biologie Anteil hoch mittel gering

3 2 von 26 Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln In Zeiten von stetig steigenden Erdölpreisen gewinnen alternative Kraftstoffe, wie z. B. Biodiesel, Biogas und Bioethanol zunehmend an Bedeutung. Neben der ersorgungssicherheit spielt auch der Klimaschutz in der Diskussion um alternative Kraftstoffe eine wichtige Rolle. Doch sind Biodiesel, Biogas und Bioethanol echte Alternativen? Sind sie die Kraftstoffe der Zukunft? Das Thema Bioethanol und Co. bietet für den Unterricht vielseitige und fächerübergreifende Aspekte. Auch bietet es die Möglichkeit, die Schüler praktisch arbeiten und experimentieren zu lassen. Was Sie zum Thema wissen müssen Die Peak-Oil-Hypothese Die weltweiten fossilen Erdölvorkommen sind endlich. Irgendwann wird eine Förderung und Nutzung nicht mehr möglich sein. In den 1950er-Jahren erdachte Marion King Hubbert, ein US-amerikanischer Geologe und Geophysiker, ein Konzept, das als die Peak-Oil-Hypothese bekannt wurde. Hierin wird davon ausgegangen, dass in den nächsten 25 Jahren das globale Ölfördermaximum erreicht sein wird. Im Anschluss an diesen Höhepunkt wird die Fördermenge von Erdöl weltweit immer weiter abnehmen und gegen Null tendieren. Alternative Kraftstoffe die Lösung aller Probleme? Lebensstandard, Mobilität und Produktivität der Industrienationen sind in enormem Ausmaß von Energieträgern abhängig. Daher ist es nicht verwunderlich, dass intensiv an Alternativen zu fossilen Brennstoffen geforscht wird. Alternative Kraftstoffe wie Biodiesel, Biogas und Bioethanol werden aus Pflanzenölen mit anschließender Umesterung mit Methanol oder aus Biomasse durch Gärung gewonnen. Im Sinne von Nachhaltigkeit stellt sich jedoch die Frage, ob die alternativ produzierten Kraftstoffe echte Alternativen darstellen können. Umweltpolitisch und ethisch ist umstritten, inwieweit es vertretbar ist, dass zum Anbau von Energiepflanzen, wie Mais oder Weizen, riesige Felder angelegt werden müssen. Dieser Anbau steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und die Monokulturen schränken die Biodiversität der Ökosysteme stark ein. Biodiesel, Biogas und Bioethanol ihre Erzeugung und erwendung Neben der Aufarbeitung von Altspeiseöl und Tierfetten wird Biodiesel, der an Tankstellen veräußert wird, in Deutschland in erster Linie aus Rapssamen gewonnen. Diese enthalten etwa 40 % Rapsöl, das durch Kaltpressung und Extraktion gewonnen wird. Anschließend erfolgt eine Umesterung des Pflanzenöls mit Methanol. Reiner Biodiesel kann als Kraftstoff nur in biodieseltauglichen Fahrzeugen genutzt werden, da es sonst zu dauerhaften Schäden im Motor kommen kann. In erster Linie wird er daher als Mischung mit Mineralöldiesel in beliebigem Mischungsverhältnis verwendet. Im September 2005 führte der US-Bundesstaat Minnesota als erster Staat in den USA eine Beimischung von Biodiesel zu regulärem Diesel ein. Seit 2007 gilt in Deutschland eine Beimischungspflicht von 4,4 % Biodiesel zu herkömmlichem Diesel. Biogas entsteht durch Zersetzung von organischem wie Rinder- oder Schweinegülle, Weidegras, Bio- oder Speiseabfällen sowie Feldfrüchten wie Silomais durch Mikroorganismen unter Abwesenheit von Sauerstoff. Je nach Ausgangsmaterial bildet sich dabei Biogas von unterschiedlicher Zusammensetzung. Den Hauptbestandteil stellt mit max. 75 ol.-% Methan, das als Kraft- und Brennstoff genutzt werden kann. Mit Biogas betriebene Fahrzeuge zeichnen sich durch geringe Schadstoffemissionen aus und sind nahezu CO2-neutral. Wegen der hohen Aufbereitungskosten und der sonst begrenzten erteilungsmöglichkeit wird aus dem Biogas jedoch kaum Kraftstoff, sondern hauptsächlich Strom erzeugt.

4 3 von 26 Zur Gewinnung von Bioethanol werden pflanzliche Abfälle wie Holz, Stroh oder ganze zucker- oder stärkehaltige Pflanzen wie Zuckerrohr, Mais, Weizen, Sorghum (ein Süßgras) oder Maniok zur alkoholischen Gärung gebracht. Durch den Gärprozess, der etwa drei bis vier Tage andauert, wird ein Alkoholgehalt von maximal 18 ol.-% erreicht. Dieser Anteil würde nicht ausreichen, um als Brennstoff zu dienen. Aus diesem Grund wird die Lösung destilliert, um die Alkoholkonzentration auf maximal 96 % zu erhöhen. Bioethanol wird in der Regel dem Superbenzin beigemischt. Die Beimischungsquoten schwanken dabei abhängig vom jeweiligen Land zwischen E5 (5 % Bioethanol), über E10 und E25 bis hin zu E85. Anfang 2011 wurde vor allem an Tankstellen im Süden und Osten Deutschlands das Biokraftstoffgemisch E10 angeboten. Die Tatsache, dass nicht alle Fahrzeuge E10 problemlos nutzen können, führte zu enormen Absatzproblemen des E10-Benzins nach Markteinführung. orschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung oraussetzungen der Lerngruppe Die Schüler sollten vorab bereits Grundkenntnisse in organischer Chemie besitzen. Neben der Gewinnung und den Eigenschaften von Erdöl sollten auch die homologen Reihen der Alkane und Alkohole bekannt sein. Teambildung und Arbeitsorganisation stellen in dieser Einheit einen wesentlichen Schwerpunkt dar, sodass die Schüler es gewohnt sein sollten, in Teams zusammenzuarbeiten. Aufbau der Unterrichtseinheit Zum Einstieg in die Unterrichtseinheit wird den Schülern der obere Teil von M 1 gezeigt, der im Diagramm die weltweite Erdölförderung pro Jahr darstellt. Es empfiehlt sich, die Seite auf Folie zu kopieren oder das (auch auf CD ) mit dem Beamer zu präsentieren. Es zeigt, dass fast alle Länder bereits zwischen 1955 und 2004 ihren Höhepunkt an Ölförderung erreicht haben und ein allgemeiner Abwärtstrend zu verzeichnen ist. Sicherlich kommen die Schüler darauf, dass der fossile Energieträger Erdöl begrenzt vorhanden ist und der Erdölverbrauch in allen Ländern reduziert werden muss. Mit der Kernfrage der Unterrichtseinheit Welche alternativen Kraftstoffe gibt es? leiten Sie zum Unterrichtsgespräch über. Die orschläge der Schüler führen sicherlich auch zu den alternativen Kraftstoffen Biodiesel, Biogas und Bioethanol, die auf dem unteren Teil von M 1 angedeutet werden und weiteren Gesprächsstoff zur Aktivierung des orwissens der Schüler bieten. Im Anschluss werden die Schüler über Loskärtchen (Zusatzmaterial auf CD ) in Teams aus drei bis vier Schülern eingeteilt und die orgehensweise der nun folgenden Gruppenarbeit (M 2 M 9) wird anhand von Arbeitsplan M 2 besprochen. In der Gruppenarbeit in der Stunde ist jede Gruppe für einen der alternativen Kraftstoffe Biodiesel, Biogas oder Bioethanol zuständig. Dazu lesen sie zunächst das zugehörige Experteninterview M 3, M 5 oder M 7 durch, ehe sie Biodiesel, Biogas oder Bioethanol im jeweiligen Schülerversuch M 4, M 6 und M 8 selbst herstellen. Die ersuchsergebnisse werden im ersuchsprotokoll M 9 erfasst. Über eine Internetrecherche werden schließlich noch weitergehende Informationen zum alternativen Kraftstoff gesammelt. In der 5. Stunde erstellen die Gruppen ein Plakat, auf dem die Ergebnisse des ersuchs sowie allgemeine Informationen dargestellt werden. Gleichzeitig ist es Aufgabe jeder Gruppe, diese Informationen in einem Handout zusammenzufassen und einen Kurztest mit fünf Fragen zur Präsentation zu entwickeln. Die Poster werden in einem Museumsgang in der Stunde präsentiert. Die Posterpräsentationen werden anschließend mit Bewertungskärtchen (Zusatzmaterial auf CD ) beurteilt. Im Anschluss daran werden im Plenum die or- und Nachteile von Biodiesel, Biogas und Bioethanol auf Arbeitsblatt M 10 zusammengefasst. In der 8. Stunde beurteilen die Schüler gegenseitig die Leistungen der Einzelpersonen innerhalb der Gruppe und die Leistung der Gesamtgruppe mithilfe der Feedbackbögen M 11/M 12. Die Ergebnisse der Einheit werden schließlich in der 9. Stunde mittels Tandembogen M 13 und Arbeitsblatt M 14 mündlich und schriftlich wiederholt und zusammengefasst.

5 4 von 26 Hinweise und Tipps zum fächerübergreifenden Unterricht Das Thema Alternative Kraftstoffe bietet sich zum fächerübergreifenden Unterricht mit den Fächern Erdkunde und Sozialkunde an. Hierbei können die sozialen und ökonomischen Probleme von Entwicklungsländern besprochen werden, die die Ausbreitung von Monokulturlandschaften für den Anbau von Energiepflanzen mit sich bringen. Fächerübergreifend mit dem Fach Biologie kann darüber hinaus der Einfluss von Monokulturen auf die Biodiversität und das Artensterben behandelt werden. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler... können die Herstellung und erwendung von Biodiesel, Biogas und Bioethanol als alternative Kraftstoffe beschreiben. können or- und Nachteile der Nutzung alternativer Kraftstoffe unter ökologischen, ökonomischen und ethischen Aspekten abwägen. können in unterschiedlichen Quellen zu chemischen Sachverhalten recherchieren sowie themenbezogene und aussagekräftige Informationen auswählen. können arbeitsteilige Gruppenarbeiten durchführen, dokumentieren und reflektieren. können ersuchsbeobachtungen protokollieren und auswerten. sind in der Lage, die Ergebnisse ihrer Arbeit zu dokumentieren und zu präsentieren. Medientipps Literatur Ern, Cornelia: Chemie am Auto. Hagemann & Partner Bildungsmedien erlagsgesellschaft mbh. Düsseldorf S Dieser Ordner mit CD-ROM wurde von der Nachwuchsförderung im Deutschen Kraftfahrzeuggewerbe herausgegeben. Themen wie Werkstoffe, klassische und alternative Kraftstoffe, elektrische Energiespeicher und Abgasreduzierung werden ausführlich und informativ behandelt und durch Lehrerbegleithilfen wie Poster, Folien oder Kopiervorlagen ergänzt. Ein Exemplar pro Schule kann kostenfrei über die Internetseite angefordert werden. Internetadressen Auf dieser Seite finden Sie umfangreiche Informationen zur Herstellungsweise, den wesentlichen Eigenschaften und den Zukunftsprognosen von Biodiesel. à Unser Service: Publikationen à Faltblatt Gute Gründe für mehr Bio im Benzin, Nr Auf der Seite des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) können Sie diese Broschüre kostenlos im Klassensatz anfordern. Filme à Suchbegriff Bioenergie à Film Bio gibt Gas Bioenergie Der ca. 15-minütige Film umfasst die folgenden fünf Kapitel: Energie aus Pflanzen, Biomasseheizkraftwerk, Biodiesel aus Rapsöl, Biogasanlage und Sun Diesel Synthetischer Biokraftstoff. Die verschiedenen Formen von Bioenergie werden vorgestellt und ihre or- und Nachteile diskutiert.

6 5 von 26 Die Reihe im Überblick = orbereitungszeit Fo = Folie D = Durchführungszeit S = Schülerversuch = Zusatzmaterial auf CD Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt P = ersuchsprotokoll Stunde 1: Einstieg, Gruppeneinteilung Thema und bedarf M 1 (Fo) Die Peak-Oil-Hypothese /Alternative Kraftstoffe die Lösung für alles? M 2 (Ab) Kraftstoffe der Zukunft? Ein Forschungsauftrag (Karten) Loskarten zur Gruppeneinteilung Stunden 2 4: Gruppenarbeit Alternative Kraftstoffe Thema und bedarf M 3 (Ab) Biodiesel ein alternativer Kraftstoff aus ölhaltigen Pflanzensamen M 4 (S) Wir stellen Pflanzenöl zur Biodieselproduktion her : 10 min D: 35 min 4 Schutzbrillen 1 Dreifuß mit Keramiknetz 1 Gasbrenner 1 Mörser mit Pistill 1 Reagenzglas 1 Glasröhrchen (10 cm) 1 Filzstift (wasserlöslich) 150 ml Wasser M 5 (Ab) Biogas ein alternativer Kraftstoff aus vergorener Biomasse M 6 (S) Wir stellen Biogas her : 10 min D: 35 min 4 Schutzbrillen 1 Schere 1 Becherglas (400 ml) 1 Trichter 1 Plastikspritze mit Schlauchaufsatz Pflanzenreste abgestorbener Pflanzen M 7 (Ab) Bioethanol ein alternativer Kraftstoff aus vergorenem Pflanzenmaterial 1 Packung Streichhölzer 1 Becherglas (250 ml) 1 Thermometer 1 Teelöffel 1 Stopfen mit Loch 1 Porzellanschale 1 Holzspan 3 4 Teelöffel Sonnenblumenkerne Reinigungsbenzin (Lehrerpult) 1 Reagenzglas 1 Reagenzglasklammer 1 Feuerzeug 1 Glasröhrchen Wasser Teichwasser mit Schlamm

7 6 von 26 M 8 (S) Wir stellen Bioethanol her : 10 min D: 45 min 4 Schutzbrillen 1 Erlenmeyerkolben (500 ml) 1 Becherglas 1 Gärröhrchen 1 Stopfen mit Loch 1 Stopfen mit zwei Löchern 1 Porzellanschale M 9 (P) Kraftstoffe der Zukunft? ersuchsprotokoll 1 Thermometer 1 Heizplatte 4 Siedesteine 1 feuchtes Papiertuch Fruchtsaft (Trauben, Apfel, o. Ä.) 1 Päckchen Trockenhefe Kalkwasser 1 gewinkeltes Glasrohr Stunde 5: Wir bereiten unsere Präsentation vor Thema und bedarf 1 Plakatbogen Filzstifte 1 Computer mit Internetzugang Stunden 6 7: Wir stellen unsere Ergebnisse im Museumsgang vor Thema und bedarf M 10 (Ab) Biodiesel, Biogas und Bioethanol im ergleich (Karten) Stunde 8: Bewertungskarten zu den Posterpräsentationen Wir reflektieren unsere Teamarbeit Thema und bedarf M 11 (Ab) Biodiesel & Co. Gruppenfeedback Einzelpersonen M 12 (Ab) Biodiesel & Co. Gruppenfeedback Gesamtteam Stunde 9: Wir überprüfen unser Wissen Thema und bedarf M 13 (Ab) Biodiesel & Co. Lerntandem M 14 (Ab) Jetzt weiß ich s! Alternative Kraftstoffe Minimalplan Bei Zeitmangel können Sie die Unterrichtseinheit auf sechs bis sieben Stunden verkürzen. Planen Sie die Einheit in diesem Fall wie folgt: 1. Stunde (M 1, M 2), Stunde (M 3 M 9), Stunde (M 10), auf die Plakatgestaltung wird verzichtet. Die Schüler stellen im Plenum ihren ersuch vor. 7. Stunde (M 13, M 14), die Ergebnisse werden anhand des Tandembogens M 13 gesichert. M 14 kann auch als Hausaufgabe eingesetzt werden.

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