Bildung für nachhaltige Entwicklung: Bezahlbare und saubere Energie
Energie ist eines der zentralen Grundelemente der modernen Gesellschaft und bildet die Grundlage für Bereiche wie Mobilität,
Kommunikation, Industrie und den privaten Alltag. In der Vergangenheit wurde Energie vor allem aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas sowie aus Atomenergie gewonnen. Diese Formen der Energieerzeugung haben zwar wirtschaftliches Wachstum ermöglicht, sind jedoch mit erheblichen Problemen verbunden, darunter Umweltverschmutzung, Treibhausgasemissionen, endliche Ressourcen sowie Risiken für Mensch und Natur. Vor diesem Hintergrund formulierten die Vereinten Nationen im Rahmen der Nachhaltigen Entwicklungsziele das Ziel 7: „Bezahlbare und saubere Energie“. Dieses Ziel verfolgt das Anliegen, eine nachhaltige und umweltverträgliche Energieversorgung für alle zu fördern. Erneuerbare Energien wie Solar-, Wind- und Wasserkraft bieten hierfür große Chancen, bringen jedoch ebenfalls Herausforderungen mit sich. Dieser Lernplan zielt darauf ab, die Vor- und Nachteile fossiler und erneuerbarer Energiegewinnung gegenüberzustellen. Die Schülerinnen und Schüler sollen ökologische, ökonomische und gesellschaftliche Aspekte analysieren und auf dieser Grundlage eine begründete Bewertung der unterschiedlichen Energieformen vornehmen.
Die Bedeutung der Fossilen-Energie in der Vergangenheit
Kohlekraft
Kohle war in Deutschland über viele Jahrhunderte hinweg einer der bedeutendsten Energieträger. Bereits seit dem Mittelalter wurde Kohle genutzt, um Wärme und damit Energie zu gewinnen. Besonders während der Industrialisierung und der Blütezeit der Stahlindustrie spielte sie eine entscheidende Rolle für das wirtschaftliche Wachstum Deutschlands, da sie als zentrale Energiequelle für Produktion, Verkehr und Haushalte diente. Auch nach dem Zweiten Weltkrieg blieb Kohle der wichtigste Energielieferant des Landes und bildete die Grundlage für den Wiederaufbau und die wirtschaftliche Stabilisierung.
Dies war unter anderem darauf zurückzuführen, dass Deutschland über große Vorkommen an Braun- und Steinkohle verfügt. Obwohl ab den 1950er-Jahren zunehmend andere Energieträger wie Erdgas zur Energiegewinnung genutzt wurden, behielt Kohle zunächst weiterhin eine zentrale Bedeutung im deutschen Energiemix. Mit der Zeit sank jedoch die Nachfrage nach deutscher Kohle, da alternative Energieträger wie Gas und später auch die Atomkraft kostengünstiger Energie liefern konnten.
Um den Kohleabbau und die damit verbundenen Arbeitsplätze dennoch zu erhalten, wurde die deutsche Kohleindustrie über viele Jahre staatlich subventioniert, also finanziell unterstützt. Diese Förderung lief erst im Jahr 2018 aus und markierte damit das Ende des subventionierten Steinkohlebergbaus in Deutschland.
Atomkraft:
In den 1960er-Jahren verbreiteten sich weltweit immer mehr Atomkraftwerke zur Energiegewinnung. Zunächst galt die Atomkraft als sichere, saubere und nahezu unerschöpfliche Energiequelle, insbesondere da sie im Vergleich zu fossilen Energieträgern deutlich weniger CO₂ ausstößt. Mit der Zeit wurde jedoch deutlich, dass die Nutzung der Atomenergie mit erheblichen Risiken verbunden ist. Vor allem die Entsorgung des bei der Energieproduktion entstehenden radioaktiven Mülls stellte und stellt bis heute ein großes Problem
dar. Zudem entstehen bei der Nutzung von Atomkraft radioaktive Strahlungen, die für Mensch und Umwelt gefährlich sind. Reaktorunfälle wie 1986 in Tschernobyl und 2011 in Fukushima haben gezeigt, welche schweren Folgen Atomkraft haben kann: Viele Menschen wurden verstrahlt, große Gebiete wurden langfristig unbewohnbar. Auch im normalen Betrieb von Atomkraftwerken bestehen gesundheitliche Risiken, etwa ein erhöhtes Krebsrisiko für Menschen, die in der Nähe solcher Anlagen leben. Zusätzlich gibt es bis heute kein sicheres Endlager für den radioaktiven Müll. Aus diesen Gründen haben sich viele Länder, darunter auch Deutschland, für den Ausstieg aus der Atomenergie entschieden. Dennoch wird bis heute diskutiert, ob die Risiken der Atomenergie und die ungelöste Entsorgung des radioaktiven Mülls in Kauf genommen werden sollten, da Atomkraftwerke nur sehr geringe CO₂-Emissionen verursachen und somit zum Klimaschutz beitragen können. Zudem liefern sie unabhängig von Wetterbedingungen kontinuierlich Strom und gelten bei modernem technischen Standard als vergleichsweise zuverlässig.
VR Einsatz : Fukushima ?
Erneuerbare Energie
Photovoltaik – Strom aus Sonnenlicht
Photovoltaik oder Solarenergie bezeichnet die Gewinnung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Dies Geschieht entweder in großen Anlagen auf freien Flächen oder auch an Privathäusern. Das Herzstück einer Photovoltaik Anlage ist die Solarzelle. Sie besteht aus dem Halbleiter Silizium.
Photovoltaik (PV) bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Dabei setzen Solarzellen, meist aus mono- oder polykristallinem Silizium, Elektronen in Bewegung, wodurch Gleichstrom erzeugt wird. Ein Wechselrichter wandelt diesen Strom in den für Haushalte und Betriebe üblichen Wechselstrom um. Solarmodule gelten als robust, wartungsarm und besonders geeignet für eine dezentrale Stromversorgung, etwa in ländlichen Regionen. Dabei gibt es Phtotovoltaik Anlagen groß fläche aber auch private auf Privathäausern. Gewonnen ...
Photovoltaik (PV) ist eine der Schlüsseltechnologien der modernen Energiewende. Sie ermöglicht es, Sonnenlicht ohne Umwege und ohne bewegliche Teile direkt in elektrischen Strom umzuwandeln.
Hier ist ein kompakter Überblick über die Funktionsweise, die Komponenten und die Bedeutung dieser Technologie.
1. Das Grundprinzip: Der photoelektrische Effekt
Das Herzstück jeder Photovoltaikanlage ist die Solarzelle. Sie besteht meist aus dem Halbleitermaterial Silizium. Wenn Licht (Photonen) auf die Zelle trifft, werden Elektronen aus ihren Bindungen gelöst.
Durch eine gezielte Verunreinigung des Siliziums (Dotierung) entsteht im Inneren der Zelle ein elektrisches Feld. Dieses Feld zwingt die freigesetzten Elektronen in eine bestimmte Richtung zu fließen – es entsteht Gleichstrom.
Die Energie eines Photons lässt sich physikalisch beschreiben durch:
Dabei ist $h$ das Plancksche Wirkungsquantum und $\nu$ die Frequenz des Lichts. Nur wenn diese Energie hoch genug ist, kann ein Elektron im Halbleiter die Bandlücke überwinden.
2. Aufbau eines PV-Systems
Eine einzelne Solarzelle liefert nur wenig Spannung. Um nutzbare Mengen Strom zu erzeugen, werden mehrere Komponenten kombiniert:
Solarmodule: Viele Solarzellen werden zu einem Modul verschaltet und durch Glas und Rahmen vor Umwelteinflüssen geschützt.
Wechselrichter: Dies ist das "Gehirn" der Anlage. Da unsere Haushaltsgeräte Wechselstrom (AC) benötigen, die Module aber Gleichstrom (DC) liefern, wandelt der Wechselrichter den Strom um.
Montagesystem: Hält die Module auf dem Dach oder einer Freifläche im optimalen Winkel zur Sonne.
Stromspeicher (optional): Batterien ermöglichen es, den tagsüber erzeugten Strom auch nachts zu nutzen.
3. Vor- und Nachteile auf einen Blick