Abstract

Die wichtigsten erneuerbaren Energien sind Solar- und Windenergie. Sie stehen dauerhaft und unbegrenzt zur Verfügung. Allerdings unterliegen sie tageszeit- und wetterbedingten Schwankungen. Photovoltaikanlagen laufen nur während 15 bis 25 % ihrer Betriebszeit unter Volllast, bei Windkraftanlagen sind es immerhin 25 bis 45 %. Dunkelzeiten und Windflauten müssen daher durch eine anderweitige, steuerbare Energieversorgung ausgeglichen werden.

Hier kann die Power-to-Gas-Technologie (PtG) einen wertvollen Beitrag leisten. Überschüssiger Strom aus Photovoltaik oder Windkraft wird genutzt, um Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Wasserstoff ist die Schlüsselsubstanz dieser Technologie. Das Gas lässt sich physikalisch oder chemisch speichern und im Bedarfsfall wieder zur Energiegewinnung nutzen. Als chemische Wasserstoffspeicher dienen Methanol, Dimethylether, Ammoniak oder flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC).

In den Experimenten des Workshops wird die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse untersucht. Auch die Gewinnung auf biotechnologischem Weg wird gezeigt. Der chemischen Speicherung durch den organischen Wasserstoffträger Dibenzyltoluol widmet sich ein weiterer Versuch. Abgerundet wird die Reihe der Wasserstoffexperimente durch die Verstromung dieses wichtigen Energieträgers in einer PEM-Brennstoffzelle sowie durch spezifische Nachweise für dieses Gas.

Neben der Power-to-Gas-Technologie sind auch Batterien in der Lage, überschüssigen Strom zu speichern und bei Bedarf wieder bereitzustellen. Stellvertretend für diese Batteriespeicher wird ein Lithium-Ionen-Akku in einer für das Schullabor optimierten Variante untersucht.

Die Experimente greifen zentrale Fragen einer klimaneutralen Energieversorgung auf. Alle Versuche sind Bestandteil des EAM-Schülerlabors Chemie, das aus dem Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ (EAM) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg hervorgegangen ist. Neben aktuellen Forschungsfragen erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie wichtig die Grundlagen aus dem Chemieunterricht sind und wie sie in der aktuellen Forschung Anwendung finden.

Im Rahmen des Workshops lernen die Teilnehmenden die ausgewählten Versuche kennen und führen diese selbst durch. Darüber hinaus erhalten sie die Versuchsanleitungen und Ideen für die Umsetzung im eigenen Unterricht.