Unterrichtsverlauf und Materialien
Der Verlauf der Doppelstunde und die Anbindung des Themas an die Lehrpläne werden kurz skizziert. Hier finden Sie auch eine Übersicht der Materialien.
Einstieg in das Thema
Fast alle Schülerinnen und Schüler besitzen einen tragbaren Computer, ein Handy oder eine Digitalkamera. Mit der Meldung "Akku fast leer - bitte laden" sind sie daher vertraut. Das unerwünschte Phänomen wird als Einstieg in die Thematik genutzt: "Damit diese ärgerliche Meldung bald seltener wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher intensiv an der Entwicklung von Brennstoffzellen." Der Unterrichtseinstieg schafft einen konkreten Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und sorgt so für (hoffentlich) großes Interesse. Er zeigt zudem, dass Forschung kein Selbstzweck ist, sondern auch einen konkreten Anwendungsbezug hat und das Leben der Menschen erleichtern kann.
Das Prinzip einer Brennstoffzelle
Selbsttätige Aneignung von Wissen
Im Rahmen der ersten Erarbeitungsphase steht die selbstständige Informationsaneignung im Mittelpunkt des Unterrichts. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei nicht nur Text- und Bildmaterialien auswerten und Inhalte zusammenfassen, sie müssen die erarbeiteten Ergebnisse auch auf ein komplexes grafisches Schema übertragen. Um die selbsttätige Aneignung von Wissen zu forcieren, erledigen die Lernenden die Aufgaben in Kleingruppen (drei bis vier Personen). In der Diskussion mit den anderen Teammitgliedern sollen dabei mögliche Unklarheiten und Verständnisschwierigkeiten besprochen und beseitigt werden.Materialien
- Arbeitsblatt 1
Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle – Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe eines Begleittexts das Schema einer Brennstoffzelle beschriften.
- Begleittext zu Arbeitsblatt 1
Saubere Energie? Wie funktioniert die Brennstoffzelle? Der schwierige Weg vom Prototyp zur Serie – Materialien für die Textarbeit
- Folie zum Arbeitsblatt
Die Ergebnisse können auf der Folie festgehalten und per Overheadprojektor im Kursraum projiziert werden.
Verbesserung von Brennstoffstellen
Blick hinter die "Kulissen" der Forschung
Da die Möglichkeiten des unmittelbaren Lernens beim Thema Brennstoffzellen eingeschränkt sind, sollen die Schülerinnen und Schüler im zweiten Teil der Unterrichtseinheit zumindest anhand eines Arbeitsblatts einen Blick in die spannende Welt der Brennstoffzellenforschung werfen. Anhand des Themas "Neue Membranen für bessere Brennstoffzellen" lernen sie, wie die noch vorhandenen Mängel der Brennstoffzellen beseitigt werden könnten, um zu einem besseren Produkt zu gelangen. Sie werden aber auch dafür sensibilisiert, dass noch viel Grundlagenforschung zu leisten ist, bis Brennstoffzellen zu einer wirklichen technischen Lösung im Alltag werden können.Materialien
- Arbeitsblatt 2
Arbeitsaufträge und Texte zu den Themen „Auf dem Weg zur Traummembran“ und „Neue Protonen-Transporter“
Anbindung an die Lehrpläne
Die Lehrpläne der Bundesländer für das Fach Chemie bieten vielfältige Anknüpfungspunkte für den Einsatz der Materialien in der Sekundarstufe II. Hier einige Beispiele:
- Bedeutung der Chemie für die Gesellschaft und für die Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen (Nordrhein-Westfalen)
- Von der Wasserelektrolyse über die Knallgasreaktion zur Brennstoffzelle (Nordrhein-Westfalen)
- Entwicklung der Fähigkeit, am gesellschaftlichen Diskurs über Naturwissenschaft und Technik teilzunehmen (Sachsen)
- Redoxreaktionen und deren Bedeutung für die Herstellung ortsunabhängiger Spannungsquellen (Bayern)
Fächerübergreifender Unterricht
Unter dem Leitgedanken "Erneuerbare Energien - Klimaretter oder teure Prestigeobjekte?" könnte ein fächerübergreifendes Unterrichtskonzept stehen, zu dem die hier vorgestellte Brennstoffzelleneinheit gut passen würde:
Chemie
Grundlegende Aspekte zu Brennstoffzellen und anderen erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Biokraftstoffe oder Biomasse, werden vorgestellt.Physik
Hier steht neben Solarenergie und Strom aus Wasserkraft oder Windkraftanlagen vor allem die Kernfusion im Focus: Grundlagen und Schwierigkeiten der Umsetzung werden thematisiert.Biologie
Hier werden ökologische Probleme untersucht, die sich aus der Nutzung erneuerbarer Energien ergeben, zum Beispiel die Auswirkungen von Windanlagen auf den Vogelzug oder die Folgen von Staudämmen für Flussökosysteme.Geographie, Wirtschaft
Im Erdkundeunterricht nimmt das Thema Klima einen breiten Raum ein: anthropogene Ursachen für den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung werden diskutiert. Auch die Abhängigkeit der Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen sollte thematisiert werden.
Politik
Die Lernenden beschäftigen sich mit dem Streit um die Ökosteuer und den Problemen bei der Durchsetzung einer nationalen oder weltweiten Energiewende. Auch das Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutschland und die Möglichkeiten und Grenzen internationaler Abkommen zum Schutz der Atmosphäre werden beleuchtet.
Weitere Materialien und Informationen zur Unterrichtseinheit
- Brennstoffzellen - "Saubere" Energie für Auto, Handy und Co?
Hier finden Sie einen ausführlichen didaktisch-methodischen Kommentar, alle Arbeitsmaterialien sowie einen detaillierten Vorschlag für den Unterrichtsverlauf.
- MAX-Heft „Reaktion ohne Knalleffekt“
Das MAX-Heft informiert allgemein verständlich über den Stand der Forschung zum Thema Brennstoffzellen und die zu bewältigenden technischen Herausforderungen.
Weiterlesen
- GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema
Die hier zusammengestellten Artikel (PDF-Download) bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen.
- Links zum Thema
Hintergrundinformationen zu Geschichte, Bau und Funktion von Brennstoffzellen. Im Internet finden Sie auch Animationen und Themenheft zu der Technologie.
