Bioenergie - Thermodynamische Aspekte

	Der sorglose und verschwenderische Umgang mit fossilen Brennstoffen führte in den vergangenen zwei Jahrhunderten zu einer Verknappung der Ressourcen. Diese Problematik lenkt den Blick besonders auf alternative Treibstoffe und Heizmaterialien. Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe, wie Stroh oder Mais, steht dabei im Fokus (FCI, 2012). Aus ihnen können Biokraftstoffe gewonnen werden. Man unterscheidet dabei zwischen Biokraftstoffen der ersten und der zweiten Generation. Biokraftstoffe der ersten Generation werden aus zucker- oder stärkehaltigen Pflanzen hergestellt, die der zweiten Generation werden hingegen aus Cellulose gewonnen.
Das Schülerpraktikum mit dem Thema „Bioenergie nachwachsender Rohstoffe - Alternative Brennstoffe aus dem Alltag“ orientiert sich dabei am gymnasialen Oberstufenunterricht des Saarlandes und wird in den Lehrplan der Chemie (Thema „Energie chemischer Reaktionen“) eingebunden.
	Mit Hilfe eines Verbrennungskalorimeters ist es den Schüler/Innen möglich, Brennwerte von verschiedenen Brennstoffen zu bestimmen. Damit den Schülern/Innen Forschendes Lernen ermöglicht wird, sind die Aufgabenstellungen sowohl unterrichtsbezogen als auch ergebnisoffen formuliert. Das modifizierte Kalorimeter liefert sehr genaue Ergebnisse. Somit ist es auch möglich Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu zeigen. Hierfür könnten sich die Verbrennungsenthalpie in Abhängigkeit von den CH₂ homologer Alkohole oder der Vergleich von Holz, Braun und Steinkohle eignen.
Das hier erarbeitete Bildungsangebot bietet jungen Menschen die Gelegenheit, in einem ganzheitlichen Konzept eine Mentalität im Sinne der Nachhaltigkeit und Begeisterung für die Thermodynamik zu entwickeln.	Verbrennungsenthalpien von 1-Ethanol bis 1-Oktanol

Benötigtes Vorwissen

Die Schülerinnen und Schüler

...definieren chemische Energie, Wärme, und Arbeit
...definieren offene, geschlossene und isolierte Systeme
...formulieren den Energieerhaltungssatz
...formulieren den ersten Hauptsatz der Thermodynamik
...definieren den Begriff Enthalpie
...nennen eine Methode zum Messen von Brennwerten
...beschreiben den Aufbau eines Kalorimeters

Außerdem sollten die Schülerinnen und Schüler Grundkenntnisse in folgenden Gebieten besitzen:

...Hebelgesetze (Physik: Klassenstufe 8)
...Energiewandler und Energienutzung (Physik: Klassenstufe 9)
...Energieformen bei chemischen Reaktionen (Chemie: Klassenstufe 11)

Die Versuche

	Inhalte des Experiments	Schwierigkeit	Dauer in Minuten
Brennwertbestimmung von flüssigen Brennstoffen	Kalorimetrische Messung zur Bestimmung der Verbrennungsenthalpie (am Beispiel von Ethanol, Propanol und Butanol)		je 25 Min.
Brennwertbestimmung von festen Brennstoffen	Kalorimetrische Messung zur Bestimmung der Verbrennungsenthalpie (am Beispiel von Holz)		20 Min.
Brennwertbestimmung von Lebensmitteln	Kalorimetrische Messung zur Bestimmung der Verbrennungsenthalpie (am Beispiel von Kartoffeln und Schokolade)		je 25 Min.

Downloads:

Huwer, J. & Hempelmann, R. (2016). Bioenerige - thermodynamische Aspekte . Saarbrücken.

Huwer, J., Seibert, J., & Hempelmann, R. (2016). Bioenerige - thermodynamische Aspekte mithilfe digitaler Werkzeuge untersuchen. Saarbrücken.