Abfälle und Emissionen bei der Energieumwandlung

Tabelle:Abflle und Emissionen beim Betrieb von Kraftwerken nach Energietrgern aufgeschlsselt.Die Tabelle gilt nur fr die Kraftwerksanlagen selbst. Davorliegende Prozesse mssen extra betrachtet werden. Aufgefhrt werden die prinzipiell mglichen Belastungen, unabhngig davon, wie weit sie durch technische Gegenmanahmen kompensiert werden. Die Punkte kennzeichnen die Belastung. Die Anzahl der Punkte bringt den Grad der Belastung im Vergleich der Energietrger untereinander zum Ausdruck, so dass sich innerhalb einer Zeile die Priorisierung der Energietrger nach Belastung ablesen lsst. Punkte in Klammern deuten auf Unterschiede fr stark unterschiedliche Anlagen hin. Nicht alle Emissionen sind gleich Abfall. Bei der Entschwefelung entsteht Gips als Handelsware. Auch Asche und Schlacke knnen weitergenutzt werden.Hinweise und Ideen:Detailinformationen zum Thema findet man in der Sachinformation Abflle und Emissionen, die u.a. technische Gegenmanahmen zur Kompensation von mglichen Belastungen aufzeigt.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

bersichtsgrafik: Abbildung der regenerativen Energietrger Sonne, Wind, Wasser, Erdwrme und Biomasse mit je einer exemplarischen Kraftwerkslsung.Regenerative Energien sind nach menschlichen Mastben unerschpflich, da sie sich sozusagen von selbst erneuern. Sie stellen aufgrund ihrer deutlich geringeren Werte bei der Kohlendioxidemission eine Alternative zu fossilen Energietrgern dar. Jeder regenerative Energietrger wird mit einer spezifischen Nutzung in Kraftwerken kombiniert dargestellt: Energietrger Sonne und Solarthermieanlage, Energietrger Wind und Windrad, Energietrger Wasser und Flusskraftwerk, Energietrger Erdwrme und Geothermiekraftwerk, Energietrger Biomasse und Biomassekraftwerk.Hinweise und Ideen:Die Schlerinnen und Schler erhalten mit dem Schaubild einen berblick ber regenerative Energietrger. Gleichzeitig wird eine Verbindung zu den Energieumwandlungstechnologien hergestellt. Das Schaubild kann als Einstieg in das Thema regenerative Energien und gleichzeitig als Ausgangspunkt fr eine Auseinandersetzung mit Energiequellen, Energieumwandlern sowie Umwelt und kologie dienen. Ausfhrliche Informationen findet man im Leitfaden Regenerative Energien.Fcher: Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: By Z22 - Own work\\, CC BY-SA 3.0\\, (Parabolrinnen-Solarkollektor\\; Lizenz: CC BY-SA 3.0)\\, ESA./NASA/SOHO (Sonne\\; Lizenz: CC0)Lizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Diagramm:Kohlendioxidemissionen fr 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 Energietrgern anfllt. Zustzlich sind die Kohlendioxidmengen, die bei der Brennstoffversorgung und beim Bau der Kraftwerke freigesetzt werden, angegeben. Aus der Gruppe der fossilen Energietrger hat Erdgas einen relativ niedrigen Kohlendioxidaussto 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).Fcher: ChemieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Ohne natrlichen Treibhauseffekt gbe es kein Leben auf der Erde. Aber durch die vom Menschen produzierten Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan wird dieser in schdlicher Weise verstrkt.Die Schlerinnen und Schler sollen erkennen, dass das uns bekannte Leben auf der Erde ohne Treibhauseffekt nicht mglich wre. Dazu werden drei Szenarien dargestellt: die Erde ohne Treibhauseffekt, natrlicher Treibhauseffekt und anthropogen verstrkter Treibhauseffekt. Es wird gezeigt, wie sich das vllige Fehlen eines Treibhauseffekts auf die Erde auswirken wrde, wie der natrliche Treibhauseffekt funktioniert und wodurch es einen zustzlichen, unerwnschten anthropogen verstrkten Treibhauseffekt gibt. Im Falle des anthropogen verstrkten Treibhauseffekts zeigt eine Animation, wodurch der Anstieg der Treibhausgase zustande kommt und wie sich das durch eine verstrkte Gegenstrahlung auf die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberflche auswirkt. Zu den einzelnen Treibhausgasen knnen interaktiv Informationen ber den Wellenlngenbereich, in dem die Wrmestrahlung zur Erde zurckgestreut wird, abgerufen werden.Hinweise und Ideen:Fr die direkte Reflexion der einfallenden Strahlung wurde mit und ohne Atmosphre eine Albedo (Rckstrahlungsvermgen diffus reflektierender Oberflchen wie Eis und Schnee) von ca. 0,30 angenommen, da die Erde kein idealer schwarzer Strahler ist.Der anthropogen verstrkte Treibhauseffekt und Vernderungen der Sonnenaktivitt sind die Hauptursachen fr Klimavernderungen! Wissenschaftliche bereinstimmung besteht darin, dass beide Effekte das Erdklima beeinflussen. Noch nicht endgltig geklrt ist, welchen prozentualen Anteil beide Effekte auf eine Vernderung des Erdklimas haben. Aus Sicht des Fachunterrichts steckt komplexe Physik in diesem Thema. Als schwierig erweist sich vor allem das Thema Strahlungsgleichgewicht: Warum wird es auf der Erde warm, obwohl nahezu 100% der Energie wieder abgestrahlt werden?Fcher: Biologie, Chemie, Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Arbeitsblatt, interaktiv:Die verschiedenen Energietrger sind den Vor- und Nachteilen, die bei ihrer Nutzung auftreten, zuzuordnen.Die verschiedenen Energietrger werden als Symbole vorgegeben und mssen mit Drag & Drop den auf sie zutreffenden Vor- und Nachteilen zugeordnet werden. Hinweise und Ideen:Ein Ausdruck des vollstndig ausgefllten Arbeitsblatts kann als berblicksinformation an die Schlerinnen und Schler verteilt werden.Fcher: Chemie, Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:Fast alle Energieumwandlungsprozesse sind mit unerwnschten Emissionen und Abfllen verbunden. Hier wird erklrt, was man unter Abfllen und Emissionen versteht, welche es gibt und welche Probleme sie bereiten.Definitionen der Begriffe Abfall, Emission und Schadstoffe werden gegeben und die wichtigsten Vertreter der jeweiligen Gruppe kurz vorgestellt. Ihr Zustandekommen wird erklrt und mgliche Auswirkungen auf die Umwelt angesprochen.Hinweise und Ideen:Finde heraus, ob Abflle und Emissionen bei allen Formen der Energiegewinnung gleichermaen problematisch sind. Warum ist gerade die Kohlendioxidemission ein groes Problem? Warum ist die Problematik nicht nur ein nationales Thema?Fcher: Biologie, ChemieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Linkliste:Viele interessante Links zum Thema Umwelt und kologie.Hinweise und Ideen:Als Quelle fr die Internetrecherche fr die Lehrkraft und die Schlerinnen und Schler gleichermaen geeignet.Fcher: Biologie, Wirtschaftskunde, Chemie, Englisch, Ethik, Physik, Geografie, Geschichte, Informationstechnische BildungBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2018 (CC BY-SA 4.0 international)

Experimentieranleitung:Der Versuch zeigt, wie viel Kohlendioxid der Mensch mit jedem Atemzug produziert.Atem oder Raumluft werden durch eine Calciumhydroxidlsung geblasen, zum Nachweis des darin enthaltenen Kohlendioxids.Hinweise und Ideen: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der zugehrigen Handreichung Treibhausgas Kohlendioxid aus Verbrennungsprozessen (Lehrerinfo), die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist, sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien und besprechen Sie diese mit den Schlerinnen und Schlern. Je nach Ausrstung und Zeitkontingent lsst sich der Versuch als qualitatives Freihandexperiment oder voll quantitativ im Chemiefachraum durchfhren. Die Antworten auf die in der Experimentieranleitung enthaltenen Fragen zu den physikalisch-chemischen Hintergrnden findet man im gleichnamigen Lsungsblatt auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Fcher: ChemieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Didaktisch-methodische Hinweise fr die Lehrkraft zu den Experimenten der gleichnamigen Experimentieranleitung.Diese Handreichung liefert alle Informationen, die die Lehrkraft zur Vorbereitung und Durchfhrung der Experimente bentigt. Es werden alle Materialien aufgelistet. Zustzlich gibt es Tipps zur Durchfhrung und Sicherheitshinweise.Hinweise und Ideen: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien.Fcher: ChemieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt: Zum gleichnamigen ArbeitsblattHinweise und Ideen:Nhere Informationen finden Sie in der zugehrigen Experimentieranleitung Treibhausgas Kohlendioxid aus Verbrennungsprozessen, die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Das Lsungsblatt enthlt z. T. sehr kurze, oft nur stichwortartige Antworten. Je nach Lernziel mssen sie noch durch zustzliche Erarbeitung aus Lehrbchern und ggf. Recherchen im Internet ergnzt und vertieft werden!Fcher: ChemieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:Die von der Erde abgestrahlte Wrme gelangt nicht ungehindert in den Weltraum, sondern wird z.T. in der Erdatmosphre absorbiert und reflektiert. Ohne diesen Effekt wrde auf unserer Erde permanent Eiszeit herrschen.Diese Sachinformation rumt mit dem Vorurteil auf, dass der Treibhauseffekt etwas grundstzlich Negatives ist. Denn ohne den natrlichen Treibhauseffekt wre Leben auf der Erde gar nicht erst mglich. Die derzeit fortschreitende Erderwrmung resultiert allerdings aus einem anthropogen verstrkten Treibhauseffekt. Die Unterschiede werden erklrt. Zudem werden die zugrunde liegenden physikalischen Sachverhalte vorgestellt, z.B. das Strahlungsgleichgewicht und die Strahlungsabsorption an Moleklen.Hinweise und Ideen:Man kann die Schlerinnen und Schler nach Mglichkeiten suchen lassen, die zu einer kurz-, mittel- oder langfristigen Reduzierung des anthropogen verstrkten Treibhauseffekts fhren knnten. Dabei knnten politische, wirtschaftliche und persnliche Aspekte separat diskutiert werden.Fcher: Biologie, Chemie, Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Abb.1: NASA Goddard Institute for Space Studies\\, Lizenz: CC 0\\; Abb. 2: By Global_Carbon_Emission_by_Type_to_Y2004.png: Mak Thorpederivative work: Autopilot (talk) - and Global_Carbon_Emission_by_Type_to_Y2004.pngOriginal Data citation: Marland\\, G.\\, T.A. Boden\\, and R. J. Andres. 2007. Global\\, Regional\\, and National CO2 Emissions. In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center\\, Oak Ridge National Laboratory\\, United States Department of Energy\\, Oak Ridge\\, Tenn.\\, U.S.A..\\, CC BY-SA 3.0\\, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10868614\\; Abb. 3: By Leland McInnes at the English language Wikipedia\\, CC BY-SA 3.0\\; Abb. 4: CC BY-SA 3.0\\, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=138193Lizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul: Gezeigt werden die Zielvorgaben des Kyoto-Protokolls und die Entwicklung der Treibhausgasemission in den dreizehn Lndern der Welt sowie die weltweiten Hauptverursacher, die CO2-Emissionen pro Kopf wichtiger Lnder weltweit und die Entwicklung der deutschen Treibhausgasemissionen.Im Kyoto-Protokoll wurden von den Staaten der Vereinten Nationen 1997 Zielwerte fr Treibhausgas-Emissionen beschlossen. In weiteren Klimakonferenzen, 2012 Paris und 2020 Doha, wurden weitere Beschlsse zur Reduktion der Emissionen gefasst. Obwohl das Ziel, den globalen Temperaturanstieg bis 2100 auf 1,5 C gegenber vorindustriellem Niveau zu begrenzen, grtenteils unbestritten ist, gestaltet sich die Umsetzung der Reduktionsziele nach wie vor schwierig. Das Infomodul zeigt, dass sich im Vergleich von 1990 bis 2019 weltweit eine Besserung eingestellt hat. Im Vergleich der weltweiten Hauptverursacher steht China absolut an der Spitze. Pro Kopf der Bevlkerung liegt China jedoch auf gleichem Niveau wie die EU und nur halb so hoch wie die USA. In Deutschland sind CO2-Emissionen in den letzten Jahren rcklufig.Hinweise und Ideen:Bei allen angegebenen Werten ist auch zu bercksichtigen, dass die Emission von CO2 aus Waldrodung und Treibhausgasen, wie Methan aus Viehhaltung und Reisanbau, sowie Distickstoffoxid aus Dngung und Glle hier nicht enthalten sind. Diese tragen aber auch zur Klimaerwrmung bei.Fcher: Wirtschaftskunde, Ethik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)