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Kühe und Treibhausgase

Foto:Im Magen von Wiederkäuern, z. B. Kühen, entsteht Methan. Kühe und andere Weidetiere, wie Schafe, produzieren in ihren Mägen (Pansen) Methan. Gelangt das Gas in die Atmosphäre, wird es zum schädlichen Treibhausgas. Der tägliche Methangasausstoß einer Milchkuh beträgt ca. 230 Liter. Daraus wird ersichtlich, dass die Massentierhaltung zum Treibhauseffekt beiträgt. Seit einigen Jahren suchen Wissenschaftler nach einer Möglichkeit, den Methangasausstoß bei Rindern zu reduzieren. Erste Erfolge erzielte man, indem man dem Futter der Rinder bestimmte Substanzen (z. B. Oregano oder Knoblauch) in Form von Pillen beigeben hat.

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Abfälle und Emissionen beim Betrieb von Kraftwerken

Tabelle:Abfälle und Emissionen beim Betrieb von Kraftwerken nach Energieträgern aufgeschlüsselt.Die Tabelle gilt nur für die Kraftwerksanlagen selbst. Davorliegende Prozesse müssen extra betrachtet werden. Aufgeführt werden die prinzipiell möglichen Belastungen, unabhängig davon, wie weit sie durch technische Gegenmaßnahmen kompensiert werden. Die Punkte kennzeichnen die Belastung. Die Anzahl der Punkte bringt den Grad der Belastung im Vergleich der Energieträger untereinander zum Ausdruck, so dass sich innerhalb einer Zeile die Priorisierung der Energieträger nach Belastung ablesen lässt. Punkte in Klammern deuten auf Unterschiede für stark unterschiedliche Anlagen hin. Nicht alle Emissionen sind gleich Abfall. Bei der Entschwefelung entsteht Gips als Handelsware. Auch Asche und Schlacke können weitergenutzt werden.Hinweise und Ideen:Detailinformationen zum Thema findet man in der Sachinformation “Abfälle und Emissionen”, die u. a. technische Gegenmaßnahmen zur Kompensation von möglichen Belastungen aufzeigt.


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Kohlendioxidemissionen von Kraftwerken

Diagramm:Kohlendioxidemissionen für verschiedene Kraftwerkstypen im Vergleich.Das Diagramm zeigt, welche Menge Kohlendioxid (CO2, Angaben in Kilogramm) bei der “Gewinnung” von einer Kilowattstunde Energie aus verschiedenen Arten von Energieträgern anfällt. Zusätzlich sind die Kohlendioxidmengen, die bei der Brennstoffversorgung und bei Bau der Kraftwerke freigesetzt werden, angegeben. Aus der Gruppe der fossilen Energieträger hat Erdgas einen relativ niedrigen Kohlendioxidausstoß und ist damit neben den regenerativen Energien und der Kernkraft eine gute Alternative zur Kohlendioxidreduktion. Erdgas kann besonders effizient in GuD-Kraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Hinweise und Ideen:Wichtig ist die Erkenntnis, dass auch regenerative Stromerzeugung Kohlendioxidemissionen impliziert (durch den Bau).


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Trassenbreite und Magnetfelder bei Hochspannungsleitungen

Grafik:Die notwendige Trassenbreite verschiedener Leitungstechniken für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) sowie die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit von der Entfernung zur Leitung werden gezeigt.Zerstörung der Landschaft und Gesundheitsgefährdung sind die Hauptargumente gegen den Bau neuer Stromleitungen. Die in Deutschland geplanten großen Nord-Süd-HGÜ-Leitungen werden z. T. als Erdkabel verlegt. Eine optimale Lösung, was Platzbedarf, Landschaftsbild sowie die Belastung durch elektromagnetische Felder betrifft. Allerdings sind die Kosten für Erdkabel 3mal bis 10mal höher als für Freileitungen.


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Dish-Stirling-Anlage

Foto:Ein sog. Euro-Dish-Stirling-Kraftwerk in Südfrankreich. Es hat bei 17 m Durchmesser eine Leistung von 50 kW.Kleinere Solarkraftwerke besitzen einen runden Hohlspiegel (“dish” = Teller), in dessen Brennpunkt sich der Arbeitszylinder eines Stirlingmotors befindet. Auf die Welle eines Stirlingmotors ist direkt der Generator aufgesetzt. (Alternative: Verwendet man einen Permanentmagneten als Kolben, kann die Stromerzeugung als Lineargenerator direkt in den Stirlingmotor integriert werden). Dish-Sterling-Kraftwerke werden z. B. in sonnenreichen Gegenden ohne Stromnetz zum teilweisen Ersatz von Dieselgeneratoren eingesetzt. Bei entsprechend großen Batteriespeichern kann auf Dieselgeneratoren verzichtet werden.Quelle des Fotos: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=362869


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Wellenkraftwerk

Grafik, beschriftet:Schnitt durch ein Wellenkraftwerk mit Wells-Turbine.In einem Wellenkraftwerk wird die kinetische Energie der Meereswellen in elektrische Energie umgewandelt. Das Wellenkraftwerk z. B. arbeitet nach dem Prinzip einer oszillierenden Wassersäule: Ein trichterförmiges Dach deckt die Wasseroberfläche ab. Darin steigen die Wellen auf und ab, wobei die eingeschlossene Luft komprimiert und dekomprimiert wird. Die in dem Druckunterschied gespeicherte Energie wird über eine sog. Wells-Turbine und einen Generator in Strom umgewandelt. Das Besondere an der Wells-Turbine ist, dass - wenn sie einmal in Bewegung ist - sie die Drehrichtung beibehält, egal aus welcher Richtung sie durchströmt wird. Ein Wellenkraftwerk in Schottland versorgt bereits 50 Haushalte mit elektrischer Energie. Experten schätzen das nutzbare Energiepotenzial der Wellenkraft auf ein Terawatt - das entspricht etwa der Leistung von rund 1.400 konventionellen Kraftwerksblöcken. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist allerdings relativ schlecht, es wurden daher seit 2011 weltweit kaum weitere Wellenkraftwerke dieser Art gebaut. Hinweise und Ideen:Worin unterscheidet sich ein Wellenkraftwerk von einem konventionellen Wasserkraftwerk? Wie unterscheiden sich die verwendeten Turbinen in Aufbau und Funktion? Wie kommt es physikalisch zustande, dass sich die Wells-Turbine immer in dieselbe Richtung dreht? Wo auf der Welt gibt es optimale Bedingungen für Wellenkraftwerke? Wie funktioniert der modernste Typ von Meereskraftwerken nach dem “Seaflow” Prinzip?


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Energieträger regenerativ

Übersichtsgrafik: Abbildung der regenerativen Energieträger Sonne, Wind, Wasser, Erdwärme und Biomasse mit je einer exemplarischen Kraftwerkslösung.Regenerative Energien sind nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich, da sie sich sozusagen von selbst erneuern. Sie stellen aufgrund ihrer deutlich geringeren Werte bei der Kohlendioxidemission eine Alternative zu fossilen Energieträgern dar. Jeder regenerative Energieträger wird mit einer spezifischen Nutzung in Kraftwerken kombiniert dargestellt: Energieträger Sonne und Solarthermieanlage, Energieträger Wind und Windrad, Energieträger Wasser und Flusskraftwerk, Energieträger Erdwärme und Geothermiekraftwerk, Energieträger Biomasse und Biomassekraftwerk.Hinweise und Ideen:Die Schülerinnen und Schüler erhalten mit dem Schaubild einen Überblick über regenerative Energieträger. Gleichzeitig wird eine Verbindung zu den Energieumwandlungstechnologien hergestellt. Das Schaubild kann als Einstieg in das Thema regenerative Energien und gleichzeitig als Ausgangspunkt für eine Auseinandersetzung mit Energiequellen, Energieumwandlern sowie Umwelt und Ökologie dienen. Ausführliche Informationen findet man im Leitfaden “Regenerative Energien”.


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Energiesparen (Mindmap)

Mindmap:Es werden die unterschiedlichen Facetten des Themas Energiesparen visualisiert. Ausgehend von der Frage warum Energiesparen notwendig ist, wird den Fragen nachgegangen, wo, wie und an welchen Stellen Energie gespart werden kann.Hinweise und Ideen:Die Mindmap eignet sich als Einstieg in das Thema. Einzelne Punkte können als Referatsthemen vergeben werden, beispielsweise “Was tut der Staat, um Energie zu sparen bzw. das Energiesparen voranzutreiben?”


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Wofür verbraucht der Privathaushalt Energie?

%iagramm:Prozentualer Energieverbrauch deutscher und britischer Privathaushalte nach verschiedenen Anwendungsbereichen.Die Balken zeigen, welcher Anteil am Energieverbrauch in privaten Haushalten für Raumwärme, Warmwasser, Kochen sowie Beleuchtung und Elektrogeräte verwendet wird. Beispielhaft werden die Daten für Deutschland und Großbritannien aus dem Jahr 2012 miteinander verglichen. Zusätzlich ist der gesamte Energieverbrauch aller Haushalte in Deutschland und Großbritannien für das Jahr 2013 angegeben. Zusätzlich wird noch der Gesamtenergieverbrauch aller afrikanischen Länder südlich der Sahara angegeben.Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wird ein Großteil der Energie im Haushalt für Heizen/Warmwasser verwendet. Aber auch beim Betrieb von Kühlschränken wird viel Energie verbraucht. Durch sparsamen Umgang und bewusstes Handeln könnte ein Teil dieser Energie eingespart werden.Hinweise und Ideen:Betrachtet man den Energieverbrauch der einzelnen Bereiche in der Gesamtheit, so wird ersichtlich, dass die Heizenergie mit über 60 % in beiden Ländern den größten Anteil hat. Daraus lässt sich ableiten, dass gerade beim Heizen ein enormes Energiesparpotenzial besteht. Wie kann das umgesetzt werden? Einige Beispiele sind: • der Bau energiesparender Gebäude durch Beachtung von Tageslichteinfluss und ausreichender Dämmung• der Kauf von energieeffizienten Haushaltsgeräten mit Energielabel A, A+ und A++.Im Vergleich zu den beiden europäischen Staaten ist der Energieverbrauch in Afrika gering. Dies liegt u. a. daran, dass in vielen Gebieten nur wenige Menschen überhaupt Zugang zur Energieversorgung haben.Hinweise und Ideen:Welche Energiesparmaßnahmen können die Schüler selbst ergreifen? Konkrete Energiespartipps findet man auch im Medium “Wie kann man im Haushalt Energie sparen?”%


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Biomasse Brennholz

Foto: Geschichtete HolzscheiteBiomasse, vor allem Holz, ist eine der ältesten vom Menschen genutzten Energiequellen. Die Energie “gewinnt” man daraus durch Verbrennung.


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