3.6: Energie aus dem Meer
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| Publikation: | 20.6.2017 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Die Schüler bauen eine Turbine. Sie recherchieren, welche erneuerbaren Energien man dem Ozean entnehmen kann. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | Turbine, Generator, Gezeitenkraftwerk, Meeresströmungskraftwerk |
| Dauer: | 1,5 bis 2 Stunden |
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Für die Klasse:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Ausgangsfrage
Anknüpfend an die vorherige Unterrichtsstunde machen sich die Schüler darüber Gedanken, welche Alternativen es zum Erdöl als Energiequelle gibt. Kann vielleicht sogar der Ozean andere, weniger umweltschädliche Energieformen liefern?
Einige Schüler wissen vielleicht, dass es Wasserkraftwerke gibt, und dass man aus der Bewegung des Wassers Energie gewinnen kann. Allerdings verbinden sie das im Allgemeinen mit Stauseen und Flüssen, und nicht mit dem Meer. Vielleicht kommen sie darauf, dass sich auch im Ozean das Wasser bewegt: durch die Gezeiten, in den Strömungen, in den Wellen. Alle diese Bewegungen können zur Energiegewinnung genutzt werden.
Wissenschaftliche Anmerkung
Es gibt noch weitere Möglichkeiten, dem Ozean Energie zu entziehen, zum Beispiel durch den unterschiedlichen Salzgehalt (etwa zwischen Meerwasser und Süßwasser) oder der unterschiedlichen Temperatur verschiedener Wasserschichten im Ozean.
Die Lehrerin bittet die Schüler nun, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der man die Energie von strömendem Wasser nutzen kann, um ein kleines Massestück anzuheben.
Eine Turbine bauen – Gruppenarbeit
Die Schüler sollen einen Weg finden, wie die Bewegung des Wassers genutzt werden kann, um das Massestück anzuheben. Jede Gruppe zeichnet ihre Vorrichtung auf ein Plakat – zunächst ohne irgendwelches Material in die Hand genommen zu haben. Wenn das zu schwierig ist, zeigt die Lehrerin den Schülern, welches Material zur Verfügung steht.
Die Lehrerin sammelt die Plakate ein. Diese werden nun gemeinsam besprochen. Das Ziel ist herauszufinden, welche Vorrichtung(en) wahrscheinlich funktionieren werden (und warum) und welche wahrscheinlich nicht funktionieren werden (und warum nicht). Es läuft darauf hinaus, dass irgendeine Art von Turbine gebaut wird.
Experiment
Nachdem alle Entwürfe und mögliche Verbesserungen besprochen wurden, holen sich die Gruppen das benötigte Material und bauen ihre Turbine.
Abb. 1: Selbstgebaute Turbinen. Unten: Wenn sich die Turbine dreht, wickelt sich die Schnur auf und das Massestück wird angehoben [1].
Sicherheitsanmerkung
Bei der einen oder anderen Vorrichtung kann es sinnvoll sein, eine Klebepistole zu verwenden, damit auch alle Einzelteile fest miteinander verbunden sind. Die Schüler sollten allerdings nur unter Aufsicht der Lehrerin mit der Klebepistole arbeiten, da man sich dabei leicht verbrennen kann.
Gemeinsame Erörterung
Jede Gruppe führt ihre Turbine vor. Die Klasse diskutiert darüber, wie gut sie funktioniert: Dreht sich die Turbine einwandfrei? Wird das Massestück angehoben?
Einige Beispiele für häufig auftretende Schwierigkeiten:
- Die Turbine hat nicht genügend Schaufeln (Rotorblätter). Beispiel: Es gibt nur zwei Schaufeln, die einander gegenüberliegen. Man braucht mindestens drei Schaufeln, damit sich die Turbine kontinuierlich dreht.
- Die Schaufeln sind nicht richtig ausgerichtet und bieten dem Wasserstrahl nur eine kleine Oberfläche.
- Es gibt keine Drehachse oder die Drehachse kann sich nicht drehen (entweder weil Kleber das Drehen verhindert, oder weil die Achse mit der Turbine fest verbunden ist).
- Die Drehachse befindet sich nicht in der richtigen Ebene.
Experiment (optional)
Falls die Lehrerin die Möglichkeit hat, an einen kleinen Generator, eine LED und zwei Kabel zu kommen, kann sie den Schülern zeigen, wie man mit der sich drehenden Turbine elektrische Energie (Strom) erzeugen kann.
Das Experiment wird gemeinsam durchgeführt: Die Rotationsachse des Generators ist mit der Rotationsachse der Turbine verbunden (als Verbindungsstück kann man z. B. einen Korken nehmen). Wenn der Wasserstrahl zu schwach ist, um die Turbine zum Drehen zu bringen, kann man sie "per Hand" drehen, um zu demonstrieren, dass diese Versuchsanordnung funktioniert.
Meeresströmungen sind natürlich viel stärker als ein Wasserstrahl aus dem Wasserhahn. Die Schüler werden bei der folgenden Literaturrecherche sehen, dass diese Methode der Erzeugung von elektrischer Energie (mit Turbine und Generator) auch im großen Maßstab umgesetzt wird.
Abb. 2: Mit einer Turbine kann man elektrische Energie erzeugen.
Literaturrecherche
Die Lehrerin gibt jedem Schüler ein Exemplar des Arbeitsblattes 39 (Der Ozean als Energiequelle). Nachdem sich die Schüler die Texte durchgelesen haben, diskutieren sie über die Energiequellen, die im und über dem Ozean gewonnen werden können.
In Laufe der Diskussion kann die Lehrerin auf die Unterrichtsstunde 3.3 (Den Ozean beobachten) verweisen, in der es um die Satellitenbeobachtung des Ozeans ging. Per Satellit kann man zum Beispiel die Windstärke, die Richtung und Stärke von Strömungen sowie Wellenhöhen bestimmen. Diese Informationen helfen bei der Entscheidung, wo man am besten Windräder oder Wasserturbinen installiert.
Zusammenfassung
Dem Ozean kann auf vielfache Weise erneuerbare Energie entnommen werden: Die Energie aus der Bewegung von Wasser aus Gezeiten, Strömungen oder Wellen kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Auch die Windenergie – der Wind bläst auf dem Meer stärker als an der Küste – lässt sich in elektrische Energie umwandeln.
Mögliche Erweiterung
Der Ozean ist ein wichtiger Rohstofflieferant: Außer Energie und Nahrung kann man ihm u. a. auch Metalle, Sand, Kies, Salz sowie Inhaltsstoffe für Kosmetik und Medikamente entnehmen.
Die Lehrerin kann die Schüler zum Beispiel recherchieren lassen, wie man aus Meerwasser Salz gewinnt. Einfache Experimente zeigen, dass man das Meerwasser verdunsten lassen muss, um an das Salz zu kommen – Filtrieren funktioniert nicht. Die Schüler können in diesem Zusammenhang zum Beispiel Informationen zu Meerwassersalinen (Salzgärten) zusammentragen.
Fußnote
1: Abb. 1: 5. Klassen von Anne-Marie Lebrun (Bourg La Reine) und Kevin Faix (Le Kremlin-Bicêtre)
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
