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total phänomenal · Energie

Energie aus Biomasse | Unterricht

STAND
Autor/in
Daniela Bach
Lucia Hefti


Themen
• Solarstrom
• Solarthermie
• Strom
• Wärmebereitung
• Warmwasser
• Kraftstoff
• Batteriespeicher
• Laufwasserkraftwerk
• Pumpspeicherkraftwerk
• Regenerative Energie
• Nachhaltigkeit

Fächer
• Physik
• Biologie
• NwT

Klassenstufen
• ab Klasse 8, alle Schularten

Solarthermiekraftwerk mit Turm in der Mitte. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Solarthermie-Kraftwerk: Spiegel lenken die Lichtstrahlen zu einem Turm, in dem Wasser erhitzt wird SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Eine schwimmende Windkraftanlage wird aufs Meer geschleppt SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Biogasanlage eines Energiewirts SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Private Pkws könnten künftig zu Energiespeichern werden SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen

Bezug zu den Bildungsplänen

Nicht erst seit dem beschlossenen Atomausstieg Deutschlands im Jahre 2011 erfreuten sich erneuerbare Energieformen zunehmender Beliebtheit. Denn vielerorts wurden bereits davor schon Solarzellen auf Dächern verwendet oder Windkraftanlagen in Gemeinden aufgestellt. Dies alles mit dem Ziel, sich aktiv an der Energiegewinnung durch nachhaltige Ressourcen zu beteiligen und fossile Quellen für die Energiegewinnung zu minimieren.

Erneuerbare Energieformen bestechen durch ihre aktuelle sowie auch zukünftige Bedeutung in unserem Land und gelten als Hoffnungsträger der geplanten Energiewende. Schließlich soll zum Jahr 2050 elektrischer Strom in Deutschland zu 80 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen stammen. Deshalb liegt es nahe, sich auch im schulischen Kontext mit den Chancen und Herausforderungen dieser Technologie zu beschäftigen. Eine Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten erneuerbarer Energieformen ist dabei genauso wichtig wie die Betrachtung der Funktions- und Wirkungsweise sowie die Frage nach dem Speichern von Energie. Somit kann ein Gesamtüberblick entstehen, der Überlegungen bezüglich einer Kombination verschiedener Technologien erlaubt und durchaus auch kritische Gesichtspunkte beleuchtet, die zu einem fundierten Meinungsbild von Lernenden führen.

Bildung für nachhaltige Entwicklung wurde jüngst im Bildungsplan als Leitperspektive ausgewiesen, wodurch die Bedeutung im Unterricht eine Stärkung erfuhr. Ziel ist es, Lernende zu befähigen, informierte Entscheidungen zu treffen und mit Verantwortungsbewusstsein auf den Schutz unserer Umwelt zu achten, wenn man im Unterricht beispielsweise von der natürlichen Belastungsgrenze des Erdsystems spricht. Gleichermaßen soll ein vorausschauendes Denken hinsichtlich der Notwendigkeit einer Energieversorgung mit erneuerbaren Energieformen angebahnt werden. Nur so kann eine geplante Energiewende tatsächlich Realität werden.

Die Filme „Windenergie und Wasserkraft“, „Sonnenenergie“, „Energiespeicher und Stromnetze“ und „Energie aus Biomasse“ aus der Reihe „total phänomenal“ zeigen diese Technologien im Detail, indem technische und physikalische Wirkungsweisen erläutert werden. Gleichermaßen werden Nutzungsmöglichkeiten, Reichweiten und auch Grenzen verdeutlicht, was zum kritischen Diskurs anregen soll.

Einsatz im Unterricht

Das Thema „Erneuerbare Energie“ ist überwiegend im Fach Physik angesiedelt. Hierbei können die Filme ab Klasse 8 zu folgenden Themen/Aspekten zum Einsatz kommen:

Energie Beschreibung physikalischer Vorgänge durch Energie, Verständnis von Energieversorgungssystemen, Unterscheidung endlicher und unbegrenzter Energieträger

Energieversorgungssysteme Erkennen der Notwendigkeit und Herausforderungen einer nachhaltigen Energieversorgung, Beschreibung der verschiedenen Möglichkeiten der Nutzbarmachung von Energie, Möglichkeiten der Energieversorgung hinsichtlich ökologischer und wirtschaftlicher Kriterien vergleichen und bewerten

Es bietet sich an, alle vier Filme aus der Sendereihe nacheinander einzusetzen, wobei es keiner festgelegten Reihenfolge bedarf. Im Folgenden finden sich zu jedem einzelnen Film speziell konzipiertes Material sowie vor- und nachbereitende und zusammenfassende Arbeitsblätter. Die einzelnen Filme sind in Sequenzen unterteilt (siehe Timecodes), weshalb es sich anbietet, die Schüler*innen selbstständig mit Tablets, Laptop oder Computer arbeiten zu lassen.

Unterrichtsverlauf
Zur besseren Übersicht folgt nun ein möglicher Ablauf zum Einsatz der Unterrichtsmaterialien, welcher Aufschluss über Inhalt, Umfang und erworbene Kompetenzen gibt.

Vorbereitende Stunde: Erneuerbare Energien
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg: Erneuerbare EnergienLehrkraft schreibt den Begriff „Energiewende“ an die Tafel. Schüler*innen äußern sich dazu.Plenum
ErarbeitungKlasse bearbeitet das Arbeitsblatt in Einzel- oder Partnerarbeit.Einzel- oder PartnerarbeitArbeitsblatt Einstieg
Internet
SicherungGemeinsame Besprechung des Arbeitsblattes.Plenum
Stilisierte gelbe Sonne mit Sonnenstrahlen. (Foto: SWR)
SWR
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Sonnenenergie
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
EinstiegVorwissen sammeln mit Arbeitsblatt 1, Nr. 1
Lösungen abgleichen und ergänzen
EinzelarbeitArbeitsblatt 1, Nr. 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Die Sonne – eine EnergiequelleFilm (Timecode: 00:00–02:13)
Wissen sichern mit Arbeitsblatt 1, Nr. 2
Lösung vergleichen
EinzelarbeitArbeitsblatt 1, Nr. 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Wärme aus SonnenstrahlenFilm (drei Sequenzen/Timecode: 02:14–05:05)
● Schüler*innen bearbeiten in der Gruppe nacheinander rotierend die 3 Abschnitte im AB 2 mit jeweiligem Timecode
● Gruppe vergleicht Lösungen untereinander
Gruppenarbeit (Dreiergruppe)Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 3: Elektrische Energie durch Solarzellen und aus Solarthermie- und SolarrinnenkraftwerkenFilm (zwei Sequenzen/Timecode: 05:05–14:56)
Vierergruppe unterteilt sich in zwei Partnerarbeitsgruppen -> eine Partnerarbeitsgruppe bearbeitet Arbeitsblatt 3.1+3.2, die andere Arbeitsblatt 4.1+4.2
Gruppenarbeit (Vierergruppe), PartnerarbeitArbeitsblatt 3.1+3.2
Arbeitsblatt 4.1+4.2
Sicherung● Innerhalb der Gruppe werden die Ergebnisse präsentiert und gemeinsam abgeglichen
● Im Plenum werden offene Fragen/ Unklarheiten geklärt
● Klasse erstellt gemeinsam ein Cluster zum Thema Sonnenenergie
Gruppenarbeit Plenum

Kompetenzen:
► Wissen über Wirkung der Sonne auf ausgewählte Oberflächen
► Funktionsweise von Solarzellen und Wirkungsgrad
► Unterschied Solarthermie-Kraftwerk und Solarrinnenkraftwerk
► Vorteile von Solarzellen und Solarthermie-/Solarrinnenkraftwerk

Zeichnung eines Wassertropfens (links) und einem Windrad (rechts) (Foto: SWR)
SWR
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Windenergie und Wasserkraft
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg: Wind- und Wasserkraftwerke und die Energiewende● Bild einer Windkraftanlage und eines Wasserkraftwerks (TC 01:05 und 03:11)
● Vorwissen im Plenum sammeln
● Schüler*innen bearbeiten in Partnerarbeit Arbeitsblatt 1 (1. Antwort)
Plenum

Partnerarbeit
Arbeitsblatt 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Windkraftanlagen – Funktionsweise● Film (Timecode: 00:00–02:38)
● Alle bearbeiten Arbeitsblatt 2
● Besprechung im Plenum
Einzelarbeit

Plenum
Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Wasserkraftwerke – Funktionsweise● Film (Timecode: 02:38–05:56)
● Alle bearbeiten Arbeitsblatt 2
● Besprechung im Plenum
Einzelarbeit

Plenum
Arbeitsblatt 3
Erarbeitung 3: Wasserkraftwerke – Vor- und Nachteile● Im Plenum wird Arbeitsblatt 4, Nr. 1 gelöst
● Lehrkraft zeigt Bild einer Überschwemmung, Klasse stimmt sich auf Thema „Schattenseiten von Wasserkraftwerken“ ein.
● Schüler*innen bearbeiten Arbeitsblatt 4, Nr. 2 und 3
PartnerarbeitArbeitsblatt 4
Sicherung● Schüler*innen gehen zurück zu Arbeitsblatt 1 und beantworten die Fragen erneut (2. Antwort)
● Sie besprechen im Plenum, inwiefern sich ihre Antwort geändert hat.
PlenumArbeitsblatt 1

Kompetenzen:
► Funktionsweise von Windkraftwerken
► Funktionsweise Wasserkraftwerk (verschiedene Typen)
► Funktion der Kombination regenerativer Energien
► Kritische Auseinandersetzung mit den Schattenseiten von Wasserkraftwerken
► Überarbeitung des eigenen Wissens durch neue Informationen

Ein stilisiertes Blatt in einem grünen Kreis. (Foto: SWR)
SWR
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Energie aus Biomasse
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
EinstiegBildimpuls oder Zitat -> Vorwissen der Klasse sammelnPlenumEinstieg: Materialblatt 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Pflanzen zur Energiegewinnung und Biogasanlagen● Film gemeinsam anschauen; Schüler*innen bearbeiten alle Arbeitsblatt 1 zum Film
● Gemeinsame Besprechung von Arbeitsblatt 1

● Zur Vertiefung im Unterricht oder als Hausaufgabe wird Arbeitsblatt 2 zum Film bearbeitet
Plenum oder Einzelarbeit

Plenum


Einzel- oder Partnerarbeit
Arbeitsblatt 1





Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Energie aus Biomasse – Vor- und NachteileAlle bearbeiten das Arbeitsblatt 3, tauschen sich danach mit ihren jeweiligen Partner*innen aus und ergänzen ihr ArbeitsblattPartnerarbeitArbeitsblatt 3
Erarbeitung 3 und Sicherung 3● Stellungnahme zu einer Aussage oder zu einem Foto
● Vortrag der Stellungnahme
Einzel- oder Gruppenarbeit PlenumArbeitsblatt 4

Kompetenzen:
► Funktionsweise und Nutzen einer Biogasanlage erklären
► Energiegewinnung aus Reststoffen beschreiben
► Kohlenstoffkreislauf beschreiben
► Vor- und Nachteile der Biomasse als erneuerbare Energiequelle nennen
► Kritische Auseinandersetzung mit dem Thema

Stilisierter Energiespeicher neben einer Stromtrasse. (Foto: SWR)
SWR
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Energiespeicher und Stromnetze
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg● Vorwissen sammeln mit Arbeitsblatt 1
● Lösungen vergleichen und ergänzen
Partnerarbeit PlenumArbeitsblatt 1: Einstieg Internet
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Klimawandel, Energiegewinnung und Energiewende● Alle erhalten Arbeitsblatt 2 zum Film und lesen sich die Aufgaben durch.
● Film anschauen (Timecode: 0:00 - 06:10) und Arbeitsblatt 2 bearbeiten
● Lösungsvergleich
PlenumArbeitsblatt 2 zum Film
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Energiespeicherverfahren● Gruppenpuzzle zum Thema „Energiespeicher“ -> Einteilung der Stammgruppen (Fünfergruppen) + Zuteilung der Energiespeicher-Experten (1-5)
● Film anschauen (Timecode 06:10–15:04)
● Austausch und Lösungsvergleich innerhalb der Expertengruppen
● Vorstellung der einzelnen Energiespeicher innerhalb der Stammgruppe
Gruppenarbeit






Plenum Gruppenarbeit
Arbeitsblatt 3a/b: Gruppenpuzzle
Erarbeitung 3 und Sicherung 3: Energiespeicher und Stromnetze● Schüler*innen bearbeiten das Arbeitsblatt
● Austausch im Plenum
Einzelarbeit PlenumArbeitsblatt 4: Transfer

Kompetenzen:
► Wissen über die Folgen des Klimawandels
► Derzeitige Energiegewinnung in Deutschland am Beispiel der Stadt Karlsruhe beschreiben
► Funktionsweise verschiedener Energiespeicher erklären
► Vor- und Nachteile verschiedener Energiespeicher nennen
► Zukünftige Energiegewinnung in Deutschland beschreiben
► Kritische Auseinandersetzung mit dem Thema

Nachbereitende Stunde
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg„Eine Versorgung mit 100 Prozent erneuerbaren Energien ist möglich, bezahlbar und notwendig, weil sie im Überfluss vorhanden ist.“ (Wolf von Fabeck)
Die Schüler*innen äußern sich zu dem Zitat.
Plenum
Erarbeitung: Fossile Brennstoffe vs. Erneuerbare EnergienSchüler*innen bearbeiten das ArbeitsblattEinzel- oder PartnerarbeitArbeitsblatt Abschluss
SicherungPlenumsdiskussion „Sind erneuerbare Energieträger wirklich besser als fossile und atomare Energieträger?“Plenum

Alle Themen zum Schwerpunkt total phänomenal · Energie

Energie aus Biomasse

Pflanzen, Gülle oder Biomüll lassen sich zur Gewinnung von Wärme, elektrischer Energie oder Kraftstoff nutzen. Zwar entsteht auch bei der Verbrennung nachwachsender Rohstoffe CO2, doch nur so viel, wie beim Wachsen durch Photosynthese in den Pflanzen gebunden wurde. Solange dieser Kreislauf innerhalb kurzer Zeit abläuft, ist die CO2 -Bilanz – anders als bei fossilen Energieträgern – neutral. So können in Biogasanlagen oder Biomasse(heiz)kraftwerken „grüner“ Strom und Wärme produziert werden; wie, das zeigt die Sendung.

Total phänomenal SWR Fernsehen

Energiespeicher und Stromnetze

Was muss geschehen, wenn es mit der Energiewende ernst werden soll? Windkraft- und Solaranlagen produzieren zwar immer mehr elektrische Energie, doch sind sie von Wetter und Tageszeit abhängig und stehen nicht immer da, wo der Strom benötigt wird. So müssen zusätzliche Stromtrassen gebaut werden, um Energie über lange Strecken zu transportieren. Und es braucht Energiespeicher, damit einmal erzeugte Energie nicht verloren geht. Neben Pumpspeicherkraftwerken stellt der Film auch aktuelle Systeme wie Batteriespeicher oder Power-to-Heat-Anlagen vor.

Total phänomenal SWR Fernsehen

Sonnenenergie

Unser Bedarf an Wärme und Strom ließe sich weitgehend durch die Energie der Sonne decken. Die Sendung zeigt, wie Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung funktionieren und wie Solarzellen Licht in elektrische Energie umwandeln. Das Potenzial der Sonne zur Stromerzeugung ist riesig, besonders in den sonnenreichen Regionen der Erde. Dort könnte in großen Solarthermie-Kraftwerken so viel elektrische Energie produziert werden, dass damit auch sonnenärmere Gegenden versorgt werden könnten, wenn es genügend Netze und Speicher gäbe.

Total phänomenal SWR Fernsehen

Windenergie und Wasserkraft

Alle reden von der Energiewende. Aber kann unser Strombedarf durch erneuerbare Energien gedeckt werden?
Mit Windkraft wird in Deutschland weit mehr Strom erzeugt als mit Wasserkraft, mit der allerdings Energie auch gespeichert werden kann. Der Film erklärt, wie Windkraftanlagen, Laufwasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke funktionieren. Er weist darauf hin, welche Rolle der Klimawandel für Wind- und Wasserkraft spielt, und dass manche Großprojekte zur Energieerzeugung einschneidende Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft haben.

Total phänomenal SWR Fernsehen

Energie aus der Erde

Im Innern der Erde kocht und brodelt es. Dort schlummert ein gewaltiges Energiepotenzial, das es anzuzapfen gilt: Erdwärme. In Zeiten steigender Strom- und Heizungskosten sind Alternativen zu Öl und Kohle gefragt. Außerdem müssen wir dringend den CO2-Ausstoß senken. Erdwärme ist eine saubere Sache, die nicht nur für Geothermie-Kraftwerke, sondern auch für den Häuslebauer interessant ist. Island hat ideale Bedingungen für die Energiegewinnung aus Erdwärme, aber auch in Deutschland gibt es gute Möglichkeiten. Der Boom hat gerade erst begonnen.

total phänomenal SWR Fernsehen

Kernkraft (Fassung 2016)

Die Atomkatastrophe von Fukushima hat die Welt erschüttert. Spätestens seitdem ist klar: Prinzipiell kann so ein Unfall in jedem Reaktor überall auf der Welt geschehen. Deutschland hat deswegen den Ausstieg aus der Atomenergie beschlossen. In vielen anderen Ländern aber spielen Kernkraftwerke immer noch eine wichtige Rolle für die Energieversorgung.
Die Sendung erläutert die Mechanismen der Kernspaltung und die Funktionsweise eines Druckwasserreaktors. Sie erklärt, wie es zur Katastrophe von Fukushima kommen konnte und was dabei in den Unglücksreaktoren vor sich ging. Die Erkenntnisse aus den Vorgängen in Japan haben große Auswirkungen auf die Sicherheitstechnologie neuer Kernreaktoren, wie ein Beispiel aus Finnland zeigt.
Der atomare Rückbau stellt für Deutschland eine große Herausforderung dar. Am Beispiel des stillgelegten Kernkraftwerks Greifswald wird deutlich, wie schwierig und aufwendig der atomare Rückbau ist.
Ein Problem bleibt für alle Kernkraftwerke bestehen, ob stillgelegt oder noch in Betrieb: die Entsorgung der abgebrannten Uran-Brennelemente. Das Problem der atomaren Endlagerung ist noch immer ungelöst.

total phänomenal SWR Fernsehen

Multitalent Erdöl

Erdöl ist etwas ganz Besonderes – mit dem schwarzen Gold läuft alles wie geschmiert: Autos, Flugzeuge, Maschinen und Heizungen. Und viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs werden ebenfalls aus dem Rohstoff gewonnen. Doch die Vorräte werden langsam knapp, das Erdöl deshalb immer teurer. Das spüren die Verbraucher nicht nur an der Tankstelle. Und für die Ölkonzerne rechnen sich immer neue Wege, um mit High-Tech-Geräten die letzten Reserven anzuzapfen.
„total phänomenal“ zeigt, wie sich der begehrte Rohstoff vor 150 Millionen Jahren gebildet hat, wie man ihn fördern kann und wie man daraus die Stoffe gewinnt, die uns das Leben so angenehm machen.

total phänomenal SWR Fernsehen

Bio gibt Gas – Bioenergie (Fassung 2005)

Oft denkt man bei Bioenergie nur an die Nutzung von Faulgasen aus Schweinezuchtbetrieben oder Kläranlagen. In den 1980er Jahren wurde die Energiegewinnung aus Biomasse als Alternative für Aussteiger belächelt. Längst jedoch haben auch große Autokonzerne ihre Forschungsaktivitäten in diese Richtung gelenkt. Nicht aus Fäkalien, sondern schlicht aus Pflanzen soll zukünftig handelsüblicher Treibstoff hergestellt werden. Der Hauptvorteil: Bei der Verbrennung entstehendes CO2 wird in den neu wachsenden Pflanzen wieder verwertet. Dadurch wird das klimaschädigende Kohlendioxid in einem ständigen Kreislauf gehalten.
Welche Formen der Bioenergie gibt es, und welchen Beitrag werden sie in der Zukunft leisten können? „total phänomenal“ begibt sich auf Spurensuche.

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Strom aus Strömung (Fassung 2005)

Wasser- und Windkraft haben nach wie vor Zukunft. Ihr Anteil wird noch zunehmen, denn der Bedarf an emissionsfreier Energie wächst.

total phänomenal SWR Fernsehen

Wellen, die wärmen (Fassung 2005)

Die Sonne schickt nicht nur ihr Licht zur Erde, sondern auch Wärmestrahlen. Diese sind grundlegend für das Leben auf der Erde, und sie werden von Tieren und Menschen auf raffinierte Weise eingefangen und genutzt. So schafft es zum Beispiel der Pinguin, nicht einmal bei Temperaturen von minus 50 Grad zu frieren. Und selbst in unseren Breiten wandeln immer mehr Sonnenkollektoren die Energie der Sonne in warmes Wasser um; in Spanien gewinnen Forscher aus der begehrten Sonnenwärme sogar direkt Strom. Der Beitrag macht auch klar, dass es ohne den natürlichen Treibhauseffekt kein Leben auf der Erde gäbe und zeigt, wie der wirtschaftende Mensch seinem Heimatplaneten über die Maßen einheizt.

total phänomenal SWR Fernsehen

The Versatility of Crude Oil

Erdöl ist ein ganz besonderer Saft und „in aller Munde“, wenn mal wieder der Benzinpreis steigt. Autos, Flugzeuge, Maschinen, Heizungen, Industrie – mit dem schwarzen Gold läuft alles wie geschmiert. Doch die Vorräte werden langsam knapp, da müssen sich die Ölkonzerne schon einiges einfallen lassen, um mit High-Tech-Gerät die letzten Reserven anzuzapfen.
Die Welt hängt am Öl und „total phänomenal“ zeigt, wie sich der begehrte Rohstoff vor 150 Millionen Jahren gebildet hat, wie man an ihn herankommt und wie man aus dem schmierigen Saft die Stoffe gewinnt, die uns das Leben so angenehm machen.

Totally Phenomenal SWR Fernsehen

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Autor/in
Daniela Bach
Lucia Hefti