Biomasse, Sonnenenergie, Windkraft und Wasserkraft sind die Themen der Zukunft. Grund genug, sie bereits heute auf spielerische Weise in den Unterricht einzubinden. Dieser Beitrag gibt spannende Unterrichtsideen in Form von Stationen und Experimenten.
Ein Beitrag von Colin Peperkorn, Antonia Herweg, Prof. Dr. Claas Wegner
Energie hatte schon immer eine wesentliche Bedeutung für den Menschen, und die Entwicklung der Energienutzung begann bereits mit der Entdeckung des Feuers. Vor knapp 5.000 Jahren wurden erstmals Wasser- und Windenergie in Mühlen genutzt. Es folgte die Nutzung fossiler Energieträger. Doch der Bedarf an Energie steigt bis heute stetig weiter. Nicht zuletzt, weil seit 1950 ganze 98 Prozent der mechanischen Arbeit in Industrie und Wirtschaft maschinell und damit unter Einsatz von Energie verrichtet werden.
Warum brauchen wir regenerative Energie?
Die aktuelle Energiegewinnung der Menschheit basiert hauptsächlich auf Kohle-, Gas-, Heiz- und Atomkraftwerken. Zahlreiche Argumente sprechen jedoch gegen die Nutzung fossiler Energieträger, etwa:
- Endlichkeit der Stoffe
- Zunahme der Weltbevölkerung
- stetige Steigerung des Energiebedarfs
- Klimaschutz
Auch die Kernenergie bietet keine zukunftsfähige Lösung, da sie aufgrund der Umweltschäden durch radioaktive Müllhalden, des austretenden Radon-Gases und der ungeklärten Endlagerung der Abfälle keine Alternative darstellt. Nach der Atomkatastrophe in Fukushima entschied der Deutsche Bundestag eine endgültige Schließung aller Atomkraftwerke in Deutschland bis zum Jahr 2022. Aus diesem Grund rücken vermehrt die regenerativen Energien in den Vordergrund.
Konkrete Ideen für den Unterricht
Doch wie kann die Energie, die bis dato durch Atomkraftwerke erzeugt wurde, nachhaltig und zukunftssicher erzeugt werden? Hier kommen die Stichworte Biomasse, Solarenergie, Windkraft und Wasserkraft ins Spiel. Die im Folgenden beschriebenen Stationen zusammen mit dem Lernspiel „Der Umwelt zuliebe – Wir bauen ein Eco-Resort“ (s. Download) sollen Kinder und Jugendliche für Umweltschutz und eine nachhaltige Lebensweise sensibilisieren. Im Folgenden werden zu den einzelnen regenerativen Energien beispielhaft Stationen und Experimente für die Erarbeitungsphasen des Lernspiels überblicksartig dargestellt. Natürlich können diese auch losgelöst vom begleitenden Lernspiel für den naturwissenschaftlichen Unterricht und die Umweltbildung von Schüler*innen genutzt werden.
Regenerative Energien wie Solarenergie rücken immer mehr in den Vordergrund © panya8510 – freepik
Station Biomasse: Wie wird Biogas hergestellt?
An dieser Station lernen die Schüler*innen anhand eines einfachen Experiments, wie Biogase entstehen und wie daraus Energie gewonnen werden kann. Genau wie in einer echten Biogasanlage werden hierbei organische Abfälle, die von bestimmten Organismen verzehrt werden, genutzt, um Gas zu erzeugen. Dafür bauen die Schüler*innen eigene kleine Kraftwerke, indem sie die Bioabfälle zusammen mit Zusätzen in leere Plastikflaschen füllen und diese mit Ballons luftdicht verschließen. So lässt sich die Gasbildung nach einigen Tagen anhand des Ballons beobachten, der sich langsam aufpustet.
Modell einer Biogasanlage © Peperkorn, Herweg, Wegner
Station Solarenergie: das Fotovoltaikmodell
Lehrbausatzes lassen sich verschiedene Solarmodelle nachbauen. Anschließend kann mit ihnen experimentiert werden. Im vorliegenden Experiment wird ein kleiner Ventilator als sinnbildlicher Energieverbraucher angeschlossen, um die Energieleistung des Modells zu verdeutlichen. Durch den Test der Anlage bei verschiedenen Lichtverhältnissen sollen die Vor- und Nachteile der Energienutzungsform erarbeitet werden.
Station Windkraft: Wie kann Windkraft als Energie nutzbar gemacht werden?
Hier sollen die Schüler*innen verschiedene Arten von Windkraftwerken anhand von kleinen Modellen nachbauen und so deren Funktionsweise nachvollziehen und beobachten können. Dabei werden verschiedenste Nutzungsarten des Winds, vom altbekannten Windrad bis hin zum Darrieus- und Savonius-Rotor, nachempfunden und nachgebaut.
Modell eines Savonius-Rotors © Peperkorn, Herweg, Wegner
Modell eines Gezeitenkraftwerks © Peperkorn, Herweg, Wegner
Station Wasserkraft: Wie funktioniert ein Gezeitenkraftwerk?
An dieser Station wird das sogenannte Gezeitenkraftwerk thematisiert, an dessen Beispiel die Schüler*innen die Wirkungsweise der Gezeiten der Weltmeere kennenlernen und erfahren, wie man diese zur Energiegewinnung nutzen kann. Dafür simulieren sie in einem Modell die Strömungen, die durch den Wechsel von Ebbe und Flut entstehen, und können nachvollziehen, wie ein Gezeitenkraftwerk die wirkenden Kräfte in nutzbare Energie umwandelt.
Fazit
Die vorgestellte Unterrichtsreihe bietet die Möglichkeit, Schüler*innen auf motivierende Weise an die Thematik der regenerativen Energien heranzuführen. Durch den forschend-entdeckenden Charakter der kleinen Experimente können die technischen Hintergründe anschaulich und nachhaltig vermittelt werden. Dabei ermöglicht der modulare Aufbau der Materialien eine individuelle und lerngruppenbezogene Umsetzung. Der Einsatz hat gezeigt, dass das begleitende Lernspiel zum einen das Interesse und die Motivation der Schüler*innen über mehrere Stunden hinweg aufrechterhält, zum anderen wird ein tieferes Bewusstsein für regenerative Energien geschaffen, da die Vor- und Nachteile gegenüber anderen Energiequellen abgewogen und eingeordnet werden.
