Wasserstoffenergie Wunschlösung? – Alternative Energieträger

Klasse 11-13

Wasserstoff steht im Wasser unbegrenzt zur Verfügung, es entstehen keine schädlichen Verbrennungsprodukte und ist ein guter Energiespeicher. Ist Wasserstoff der Energieträger der Zukunft? Gibt es Alternativen?

Ihre Schülerinnen und Schüler beobachten in dieser Veranstaltung, welche Reaktionsprodukte bei der Elektrolyse von Wasser entstehen und dass bei deren Umkehrung Strom erzeugt werden kann.

Bei selbstständiger experimenteller Arbeit lernen sie das allgemeine Funktionsprinzip und den Aufbau einer Wasserstoff-Brennstoffzelle kennen und führen quantitative Berechnungen unter Nutzung der Faraday-Gesetze durch. Außerdem nehmen sie eine Direktmethanol-Brennstoffzelle in Betrieb und stellen diese der Wasserstoff-Brennstoffzelle gegenüber. Ein abschließender Versuch mit Knallgas veranschaulicht, was Platin als Katalysator leistet und vergleicht eine klassische Verbrennung mit der Brennstoffzelle. In einem Ausblick erarbeiten sie, welche Chancen in der Brennstoffzellentechnologie stecken und welche Probleme gelöst werden müssen.

Lernort:
MINTarium

Dauer:
4,5 Stunden

Zeitraum:
ganzjährig

Zielgruppe:
Klasse 11-13

TN-Zahl:
max. 25

Kosten:
Die Angebote des MINTariums
sind kostenfrei

Kontakt/Buchung: Tel: 040 – 42 88 42-120

E-Mail: mintarium@li.hamburg.de

Inhalte

Wasserstoff als Energieträger
quantitative Betrachtung unter Nutzung der Faraday-Gesetze
Gewinnung von Wasserstoff
Elektrolyse
allgemeines Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle
Protonenaustauschmembran (PEM)
Brennstoffzelle im Vergleich zur klassischen Verbrennung
grüner Wasserstoff
Knallgasprobe
Glimmspanprobe
Aufstellen von Reaktionsgleichungen
Oxidation und Reduktion als Elektronenübertragung
Donator-/Akzeptor-Konzept

Benötigte Vorkenntnisse

Ihre Schülerinnen und Schüler kennen den Aufbau des Wassermoleküls, die Autoprotolyse des Wassers, das molare Gasvolumen und das Grundprinzip der Elektrolyse. Sie wissen, dass elektrischer Strom dann fließt, wenn Ladungen transportiert werden und können die Begriffe Oxidation und Reduktion anwenden.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Einflussfaktoren auf chemische Reaktionen und Möglichkeiten der Steuerung durch den Einsatz von Katalysatoren (S8) und erklären unterschiedliche Reaktivitäten und Reaktionsverläufe (S9).

Sie identifizieren und entwickeln Fragestellungen zu chemischen Sachverhalten (E2) und finden in erhobenen Daten Trends, erklären diese theoriebezogen und ziehen Schlussfolgerungen (E8).

Sie beurteilen Chancen und Risiken ausgewählter Technologien, Produkte und Verhaltensweisen fachlich (B6) und bewerten die gesellschaftliche Relevanz und die ökologische Bedeutung der angewandten Chemie (B10).

Leitperspektiven

Wertebildung / Werteorientierung

Risikobewertung von Technologie

Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE)

SDG 9 Industrie, Innovation und Infrastruktur
SDG 12 Nachhaltige/r Konsum
SDG 13 Maßnahmen zum Klimaschutz

Die Schülerinnen und Schüler verstehen, dass Brennstoffzellen nur Wasser als Reaktionsprodukt entstehen lassen. Aber leider stehen grüner Wasserstoff bzw. grünes Methanol noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass Brennstoffzellen sinnvoll eingesetzt werden können, aber sie haben eben neben klimarelevanten Vor- auch deutliche Nachteile. Für diese Probleme muss es erst Lösungen geben, bevor diese Technologie eindeutig als klimafreundlich eingestuft werden kann.