8.6: Wie hoch ist die Energieeffizienz der verschiedenen Verkehrsmittel?

1 8.1: Beeinflusst der Personen- und Güterverkehr die Ökosysteme? 2 8.2: Die zunehmende Ausdehnung der Städte 3 8.3: Versickerung von Regenwasser 4 8.4: Mit welchen Energiequellen werden die verschiedenen Verkehrsmittel betrieben? 5 8.5: Trägt der Personen- und Güterverkehr zum Klimawandel bei? 6 8.6: Wie hoch ist die Energieeffizienz der verschiedenen Verkehrsmittel?

Autoren:
Publikation:	5.3.2015
Lernstufe:	3
Übersicht:	Die Schüler üben die Umrechnung von Energieeinheiten. Anschließend berechnen sie den Energieverbrauch verschiedener Verkehrsmittel für den Transport von 300 Menschen über eine Entfernung von 10 Kilometer.
Angestrebte Kenntnisse:	Die Verkehrsmittel haben nicht alle den gleichen energetischen Wirkungsgrad. Auf gleicher Strecke und bei gleicher Last unterscheiden sie sich im Energieverbrauch. Mit dem gleichen Energieaufwand und der gleichen Last können unterschiedlich lange Strecken bewältigt werden. Im Allgemeinen sind öffentliche Verkehrsmittel, zumindest was den Energieverbrauch angeht, effizienter als Autos.
Wortschatz:	Energieeinheiten, Energieumwandlung, Energieverbrauch, Wirkungsgrad, Effizienz
Dauer:	1 Stunde
Material:	ein Taschenrechner das Arbeitsblatt 29: "Energieverbrauch verschiedener Verkehrsmittel"
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Vorbemerkung

Diese Unterrichtsstunde kann in den Mathematikunterricht integriert werden. Es werden Proportionalität und Dreisatz sowie die Umrechnung von Einheiten geübt.

Ein Problem lösen (in Zweiergruppen)

Die Lehrerin verteilt das Arbeitsblatt 29 (Energieverbrauch verschiedener Verkehrsmittel) und erklärt das Ziel der Übung: Die Schüler sollen den Energieverbrauch von Bus, Auto, Straßenbahn und Fahrrad vergleichen.

Nachdem sich die Lehrerin vergewissert hat, dass die Schüler die Tabelle im Arbeitsblatt in allen Einzelheiten verstanden haben, fragt sie, warum man die einzelnen Fahrzeuge nicht einfach aufgrund der Daten in der ersten Zeile miteinander vergleichen könne. Die Schüler stellen fest, dass das nicht möglich ist, weil der Energieverbrauch in verschiedenen Maßeinheiten angegeben ist (Liter Benzin oder Diesel pro 100 km; kWh/km; kcal/km). Zunächst müssen also alle Energieangaben in die gleiche Maßeinheit umgerechnet werden. Erst dann lässt sich der Energieverbrauch für den Transport von 300 Personen über eine Strecke von einem Kilometer – mit Bussen, Autos, Straßenbahnen und Fahrrädern – vergleichen.

Abb. 1: Vergleich des Energieverbrauchs von Bus und Auto [1]

Anmerkung: Oft sind die Umrechnungsübungen für die Schüler nicht einfach. Daher sollte man für ein Verkehrsmittel (zum Beispiel für das Fahrrad oder den Bus) die Rechnung gemeinsam durchführen. Erst wenn sichergestellt ist, dass diese Rechenübung gut verstanden wurde, können die Schüler in Zweiergruppen allein weitermachen.

Gemeinsame Erörterung

Die Schüler kommen zu folgenden Ergebnissen.

	Gelenk-Bus	Auto		Straßenbahn	Fahrrad
Energieverbrauch	55 Liter Diesel pro 100 km	8 Liter Benzin pro 100 km		5 kWh pro km	20 kcal pro km
Energieverbrauch (in kWh)	297 kWh pro 100 km	28 kWh pro 100 km		5 kWh pro km	0,023 kWh pro km
Energieverbrauch pro Kilometer (in kWh)	3,0	0,28		5,0	0,023
Anzahl der transportierten Personen	100	1	5	180	1
Anzahl der benötigten Fahrzeuge, um 300 Personen zu transportieren	3	300	60	1,7	300
Energieverbrauch, um 300 Personen über 1 km zu transportieren (in kWh)	9,0	84	16,8	8,5	6,9

Tab. 1: Spezifischer Kraftstoffverbrauch für verschiedene Verkehrsmittel

Wissenschaftliche Anmerkungen

Für die Tabelle wurden folgende Quellen verwendet

Auto, Bus, Straßenbahn: Daten- und Rechenmodell: Energieverbrauch und Schadstoffemissionen des motorisierten Verkehrs in Deutschland, Umweltbundesamt: Kraftstoffe und Motor-Talk
Fahrrad: Zeitschrift "Brigitte" – Kalorienverbrauch berechnen

Für die Umrechnungsfaktoren "Liter Benzin in Kilowattstunde (kWh)" und Liter Diesel in kWh" wurde der Wirkungsgrad von Motoren berücksichtigt. Der Wirkungsgrad liegt für Ottomotoren (Benzin) bei 35 bis 40% und für Dieselmotoren bei etwa 50%. Daraus und aus dem Brennwert von Benzin (9 kWh) und Diesel (10,7 kWh) folgt für die Umrechnungsfaktoren:

1 Liter Benzin entspricht 3,5 kWh
1 Liter Diesel entspricht 5,4 kWh

Kilokalorien (kcal) kann man direkt in Kilowattstunden (kWh) umrechnen:

1 kWh entspricht 860 kcal

Über den energetische Wirkungsgrad oder die Effizienz der verschiedenen Verkehrsmittel lässt sich diskutieren (unter strenger Berücksichtigung der jeweils transportierten Personenzahl). Allerdings ist der Vorzug "aktiver" Fortbewegungsweisen nicht nur die Energieeffizienz, man hat auch keine Parkplatzsorgen, es gibt keine unvorhersehbaren (staubedingten) Verzögerungen, durch die körperliche Aktivität tut man etwas für seine Gesundheit, und man tut etwas für die Umwelt (das Fahrradfahren hat den niedrigsten CO₂-Fußabdruck).

Pädagogische Anmerkung

Warum wird für den Vergleich des Energieverbrauchs eine Strecke von nur einem Kilometer genommen? Dass man für so eine kurze Strecke das Fahrrad benutzen oder zu Fuß gehen sollte, ist eigentlich klar. Diese Strecke wird hier nur deshalb genommen, um die (eh schon zahlreichen) Umrechnungen zu begrenzen. Man kann natürlich auch alle Angaben auf 10 km beziehen (indem man sie mit 10 multipliziert). Das wäre realistischer im Hinblick auf den täglichen innerstädtischen Verkehr.

Zusammenfassung

Die Klasse formuliert gemeinsam eine Schlussfolgerung.

Beispiel: Nicht alle Verkehrsmittel haben die gleiche energetische Effizienz. "Sanfte" Verkehrsmittel (Fahrrad) verbrauchen sehr wenig Energie und eignen sich für kurze Strecken. Öffentliche Verkehrsmittel sind effizienter als das Auto.

Fußnote

1: Abb. 1: 6. Klasse von Sophie Gouet (Paris)

Letzte Aktualisierung: 19.9.2024