Erneuerbare und fossile Energiequellen
Erneuerbare und fossile Energiequellen
Erneuerbare und fossile Energiequellen
Einleitung
Wir brauchen Energie für Licht, Wärme, Verkehr und Geräte. Eine Energiequelle liefert Energie, die wir nutzen können.
Erneuerbare Energiequellen erneuern sich in kurzer Zeit. Dazu gehören Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Geothermie.
Fossile Energiequellen sind Kohle, Erdöl und Erdgas. Ihre Vorräte sind begrenzt. Sie entstanden über Millionen Jahre.
Lernziele
- Energiequellen unterscheiden: Du kannst erneuerbare und fossile Energiequellen ordnen.
- Energieumwandlungen erklären: Du kannst einfache Umwandlungsketten bilden.
- Stromerzeugung beschreiben: Du kennst die Aufgabe eines Generators.
- Folgen beurteilen: Du kannst Vor- und Nachteile vergleichen.
Erneuerbare Energiequellen
Sonnenenergie
Eine Solarzelle wandelt Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie um. Viele Solarzellen bilden ein Solarmodul.
Energieumwandlung: Strahlungsenergie → elektrische Energie
Windenergie
Der Wind dreht die Rotorblätter einer Windkraftanlage. Ein Generator erzeugt daraus elektrischen Strom.
Energieumwandlung: Bewegungsenergie des Windes → Bewegungsenergie des Rotors → elektrische Energie
Wasserkraft
Fließendes oder fallendes Wasser treibt eine Turbine an. Die Turbine bewegt einen Generator.
Energieumwandlung: Lageenergie und Bewegungsenergie des Wassers → elektrische Energie
Biomasse und Geothermie
Biomasse sind zum Beispiel Holz, Pflanzenreste oder Biogas. Sie ist nur nachhaltig, wenn nicht mehr verbraucht wird, als nachwächst.
Geothermie nutzt Wärme aus dem Inneren der Erde.
Fossile Energiequellen
Kohle, Erdöl und Erdgas enthalten chemische Energie. Bei ihrer Verbrennung entstehen Wärme und CO₂.
CO₂ verstärkt den Treibhauseffekt. Fossile Brennstoffe sind außerdem endlich.
Energieumwandlung im Kraftwerk
In einem Wärmekraftwerk wird ein Brennstoff verbrannt. Die Wärme erzeugt Dampf. Der Dampf dreht eine Turbine. Die Turbine treibt einen Generator an.
Umwandlungskette: chemische Energie → Wärmeenergie → Bewegungsenergie → elektrische Energie
Wirkungsgrad
Bei jeder Energieumwandlung wird nur ein Teil der Energie wie gewünscht genutzt. Ein anderer Teil gelangt meist als Wärme in die Umgebung.
Der Wirkungsgrad zeigt den nutzbaren Anteil:
Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \eta = \frac{E_\mathrm{nutz}}{E_\mathrm{zugeführt}}}
Ein Wirkungsgrad von 0,8 entspricht 80 Prozent.
Vergleich
| Energiequelle | Erneuerbar? | Vorteil | Herausforderung |
|---|---|---|---|
| Sonne | Ja | Beim Betrieb kein direktes CO₂ | Liefert nachts keinen Strom |
| Wind | Ja | Kein Brennstoff nötig | Wind ist nicht immer gleich stark |
| Wasser | Ja | Gut regelbar | Eingriff in Gewässer |
| Biomasse | Ja, bei nachhaltiger Nutzung | Energie ist speicherbar | Benötigt Fläche und Rohstoffe |
| Kohle | Nein | Gut lagerbar | Viel CO₂ bei der Verbrennung |
| Erdöl | Nein | Hohe Energiedichte | Endlich und klimaschädlich |
| Erdgas | Nein | Gut regelbar | CO₂ und mögliche Methanverluste |
Auch erneuerbare Anlagen brauchen Rohstoffe und Platz. Für eine sichere Versorgung helfen Energiespeicher, verschiedene Energiequellen und ein gutes Stromnetz.
Kernenergie ist weder eine fossile noch eine erneuerbare Energiequelle.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Energiequelle ist erneuerbar? (Wind) (!Kohle) (!Erdöl) (!Erdgas)
Welche drei Stoffe sind fossile Energieträger? (Kohle Erdöl und Erdgas) (!Sonne Wind und Wasser) (!Uran Wasser und Holz) (!Wasserstoff Sonne und Wind)
Was wandelt eine Solarzelle direkt um? (Strahlungsenergie in elektrische Energie) (!Wärmeenergie in Lageenergie) (!Elektrische Energie in chemische Energie) (!Bewegungsenergie in Schallenergie)
Welche Aufgabe hat ein Generator? (Er erzeugt elektrische Energie aus Bewegung) (!Er speichert Kohle) (!Er sammelt Sonnenlicht) (!Er erzeugt Erdöl)
Welche Energie bewegt zuerst die Rotorblätter eines Windrads? (Bewegungsenergie des Windes) (!Chemische Energie der Kohle) (!Kernenergie) (!Elektrische Energie aus einer Batterie)
Welches Gas entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in großer Menge? (Kohlenstoffdioxid) (!Sauerstoff) (!Helium) (!Neon)
Was beschreibt der Wirkungsgrad? (Den Anteil der nutzbaren Energie) (!Die Länge einer Stromleitung) (!Die Höhe eines Windrads) (!Die Masse eines Solarmoduls)
Warum sind fossile Energiequellen endlich? (Sie entstehen viel langsamer als wir sie verbrauchen) (!Sie werden jede Nacht neu gebildet) (!Sie bestehen nur aus Wasser) (!Sie verschwinden bei Wind)
Welche Anlage nutzt die Lageenergie von Wasser? (Wasserkraftwerk) (!Kohlekraftwerk) (!Ölraffinerie) (!Gasturbine ohne Generator)
Was kann Schwankungen von Wind- und Solarstrom ausgleichen? (Energiespeicher und ein verbundenes Stromnetz) (!Nur ein einzelnes Solarmodul) (!Eine Ölpumpe ohne Motor) (!Ein ausgeschalteter Generator)
Memory
| Sonnenstrahlung | Photovoltaik |
| Luftbewegung | Windkraftanlage |
| Fallendes Wasser | Wasserkraftwerk |
| Kohlenstoffdioxid | Treibhauseffekt |
| Drehbewegung | Generator |
| Nutzenergieanteil | Wirkungsgrad |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Kennzeichen |
|---|---|
| Sonnenenergie | Strahlung wird direkt in Strom umgewandelt |
| Windenergie | Bewegte Luft treibt Rotorblätter an |
| Wasserkraft | Fließendes Wasser bewegt eine Turbine |
| Kohleenergie | Ein fester fossiler Brennstoff wird verbrannt |
| Erdölenergie | Ein flüssiger fossiler Rohstoff liefert chemische Energie |
Kreuzworträtsel
| Photovoltaik | Welche Technik wandelt Sonnenlicht direkt in Strom um? |
| Generator | Welches Bauteil wandelt Bewegung in elektrische Energie um? |
| Kohle | Welcher feste fossile Brennstoff wird in Kraftwerken verbrannt? |
| Windkraft | Welche Energieform nutzt bewegte Luft? |
| Biomasse | Wie heißt Energie aus nachwachsenden organischen Stoffen? |
| Wirkungsgrad | Welche Größe beschreibt den nutzbaren Energieanteil? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Energiequellen im Alltag: Fotografiere oder zeichne vier Energiequellen in Deiner Umgebung und ordne sie ein.
- Energiekette: Zeichne die Energieumwandlung bei einem Windrad mit Pfeilen.
- Solarzelle: Erkläre in fünf einfachen Sätzen, wie aus Sonnenlicht Strom wird.
- Fossile Brennstoffe: Gestalte drei Symbolkarten für Kohle, Erdöl und Erdgas.
Standard
- Kraftwerksmodell: Baue ein einfaches Modell aus Papier, das Turbine und Generator zeigt.
- Energievergleich: Erstelle ein Plakat mit je zwei Vorteilen und Nachteilen von Windkraft und Kohlekraft.
- Wirkungsgrad: Berechne die Nutzenergie, wenn 1000 Joule zugeführt werden und der Wirkungsgrad 70 Prozent beträgt.
- Energieinterview: Befrage eine Person dazu, woher der Strom zu Hause kommt, und fasse die Antworten zusammen.
Schwer
- Versorgung einer Schule: Plane eine Mischung aus Solarenergie, Windenergie und Speicher für eine Schule.
- Standortanalyse: Prüfe einen möglichen Standort für ein Windrad und begründe Deine Entscheidung.
- Lebenszyklus: Vergleiche Herstellung, Betrieb und Entsorgung eines Solarmoduls mit einem Kohlekraftwerk.
- Erklärvideo: Produziere ein zweiminütiges Video über eine vollständige Energieumwandlungskette.
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Lernkontrolle
- Energieversorgung bei Flaute: Erkläre, wie eine Stadt auch an einem windstillen und bewölkten Tag sicher mit Strom versorgt werden kann.
- Kraftwerksvergleich: Vergleiche die Energieumwandlungen in einem Kohlekraftwerk und in einer Photovoltaikanlage.
- Wirkungsgrad beurteilen: Zwei Anlagen erhalten gleich viel Energie. Anlage A hat 80 Prozent, Anlage B 45 Prozent Wirkungsgrad. Erkläre die Folgen.
- Energieentscheidung: Wähle für eine Berghütte zwei geeignete Energiequellen und begründe Deine Wahl.
- Klimawirkung: Erkläre den Zusammenhang zwischen fossiler Verbrennung, CO₂ und Erderwärmung.
- Zielkonflikt: Beurteile die Aussage: Erneuerbare Energie ist immer ohne Folgen für Natur und Umwelt.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du:
- Begriffsverständnis: erneuerbare und fossile Energiequellen sicher unterscheiden.
- Energieumwandlung: mindestens drei Umwandlungsketten richtig darstellen.
- Generator: die Aufgabe von Turbine und Generator erklären.
- Wirkungsgrad: einfache Aufgaben mit Prozentwerten lösen.
- Bewertung: Vor- und Nachteile verschiedener Energiequellen begründet abwägen.
- Transfer: eine passende Energieversorgung für eine neue Situation planen.
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