Grüne Chemie: Prinzipien und Anwendungen
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Prinzipien der Grünen Chemie kennen und wenden sie auf chemische Prozesse an.
Leitfragen
- Erklären Sie die zwölf Prinzipien der Grünen Chemie.
- Analysieren Sie Beispiele für die Anwendung Grüner Chemie in der Industrie.
- Designen Sie einen chemischen Prozess unter Berücksichtigung der Prinzipien der Grünen Chemie.
KMK Bildungsstandards
Über dieses Thema
Die Energiewende ist eine der größten physikalisch-technischen Herausforderungen unserer Zeit. In der Klasse 13 untersuchen die Schüler die physikalischen Grundlagen regenerativer Energiequellen und die Problematik der Speicherung. Sie analysieren die Energiedichte von Batterien, Wasserstoff und Pumpspeichern und berechnen Wirkungsgrade ganzer Energiekreisläufe.
Gemäß den KMK-Standards zur Bewertung setzen sich die Schüler mit der Netzstabilität bei fluktuierenden Quellen (Wind, Sonne) auseinander. Sie diskutieren die Physik der Brennstoffzelle und die Herausforderungen des Wasserstofftransports. Dieses Thema fördert die Fähigkeit, ökologische Debatten auf eine sachliche, physikalische Basis zu stellen und die Machbarkeit technologischer Visionen kritisch zu prüfen.
Ideen für aktives Lernen
Forschungskreis: Speicher-Vergleich
Schüler berechnen, wie viel Wasser in ein Pumpspeicherkraftwerk gepumpt werden muss, um die Energie einer Tesla-Batterie zu speichern, und diskutieren die Praktikabilität.
Ich-Du-Wir (Denken-Austauschen-Vorstellen): Die Brennstoffzelle
Schüler erarbeiten das Prinzip der kalten Verbrennung und diskutieren in Paaren die Vor- und Nachteile von Wasserstoff als Energieträger im Vergleich zu Batterien.
Planspiel: Das intelligente Stromnetz
In Kleingruppen nutzen Schüler eine Simulation, um ein Stromnetz mit Windkraft und Solarenergie durch geschicktes Zuschalten von Speichern stabil zu halten.
Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen
Häufige FehlvorstellungWasserstoff ist eine Energiequelle.
Was Sie stattdessen lehren sollten
Wasserstoff ist nur ein Energieträger. Er muss unter Energieaufwand (Elektrolyse) hergestellt werden. Er ist wie eine Batterie, die man erst aufladen muss, kein primärer Brennstoff wie Erdgas.
Häufige FehlvorstellungWir können unendlich viel Energie in Batterien speichern.
Was Sie stattdessen lehren sollten
Batterien haben eine physikalisch begrenzte Energiedichte (chemische Bindungsenergie). Sie sind schwer und teuer. Für saisonale Speicherung (Sommer zu Winter) sind sie nach aktuellem Stand kaum geeignet.
Vorgeschlagene Methoden
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Häufig gestellte Fragen
Was ist 'Power-to-Gas'?
Warum ist die Netzfrequenz (50 Hz) so wichtig?
Wie effizient ist eine Brennstoffzelle?
Warum ist das Berechnen von Energiedichten für Schüler wichtig?
Planungsvorlagen für Chemie der Oberstufe: Von der Thermodynamik zur Synthese
Naturwissenschaftliche Einheit
Gestalten Sie eine naturwissenschaftliche Einheit, die in einem beobachtbaren Phänomen verankert ist. Lernende nutzen Erkenntnismethoden, um zu untersuchen, zu erklären und anzuwenden. Die Leitfrage zieht sich durch jede Stunde.
rubricNaWi Bewertungsraster
Entwickeln Sie ein Raster für Versuchsprotokolle, Experimentierdesign, CER Schreiben oder wissenschaftliche Modelle, das Erkenntnismethoden und konzeptuelles Verständnis neben der prozeduralen Sorgfalt bewertet.
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Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die chemischen Grundlagen alternativer Energiequellen und Speichermedien.
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