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Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträgern

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Die Autor*innen
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Jochen Kalt
Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträgern
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse

Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträgern Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträgern kannst du es wiederholen und üben.
  • Unterscheide zwischen erneuerbarer und fossiler Energie.

    Tipps

    Atomkraft wird aus Uran gewonnen, einem radioaktiven Erz aus der Erde.

    Bei der Photovoltaik wird aus Solarenergie Strom produziert.

    Lösung

    Manche Formen der Energiegewinnung sind schadstofffrei und unerschöpflich, manche nicht.

    Erneuerbare Energien wie Windkraft, Solarenergien und Gezeitenkraft können unerschöpflich produziert werden.

    Energie aus Öl, Atomkraft oder Kohle verbraucht sich auf Dauer.

  • Ordne die Energieumwandlung im Gezeitenkraftwerk richtig an.

    Tipps

    Bei Energieumwandlungen entsteht meist Wärme als Nebenprodukt.

    Lösung

    In einem Gezeitenkraftwerk wird Energie mehrmals umgewandelt.

    Zuerst trifft das Wasser in Form von kinetischer Energie auf den Rotor. Dieser Rotor wandelt die kinetische Energie ebenfalls in kinetische bzw. mechanische Energie um. Dabei entsteht Wärme.

    In einem Generator wird diese mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Auch dabei entsteht Wärme.

  • Beschreibe die Funktion der Geothermie.

    Tipps

    Die meisten Kohle- und Atomkraftwerke etc. nutzen heißes Wasser, um etwas an zu treiben.

    Lösung

    In der Erde steckt jede Menge Energie in Form von Wärme, aber wie kommt man da ran und wie kann man aus Wärme Strom gewinnen?

    Nahe von Vulkanen ist die Erde sehr heiß. Diese Hitze kann man nutzen, um Wasser verdampfen zu lassen, sofern es nicht bereits verdampft unter der Erde vorhanden ist. Damit wird dann ein Generator angetrieben.

    An vielen Orten reicht die Energie aber lediglich zum Heizen. In einer Tiefe von 1 km hat die Erde eine Temperatur von 35-40°C. Leitet man Wasser hindurch, so kann man damit bereits heizen.

  • Erkläre die Photovoltaik und Solarthermie.

    Tipps

    Beachte bei dem Wort „Leitungsband" das Wort „Leitung".

    Flüssigkeit muss erhitzt werden, um einen Generator anzutreiben.

    Bei dem Wort „Thermie" geht es um Wärme.

    Lösung

    Solarzellen sind momentan sehr beliebt. Sie bestehen aus Halbleitern, in denen die Sonnenstrahlung die im Atom gebundenen Elektronen ins Leitungsband heben.

    Leider haben Solarzellen nur einen Wirkungsgrad von $20\%-30\%$. Ihre graue Energie, also die Energie, die zur Herstellung benötigt wird, ist ebenfalls recht groß, da Elemente wie Silizium aufwendig verarbeitet werden.

    Solarthermieanlagen sind bisher recht unbekannt, aber sehr leistungsfähig.

    Mithilfe von Spiegeln wird das Sonnenlicht auf ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohr gebündelt. Dort dehnt sich diese Flüssigkeit aus und kann einen Generator betreiben.

    Für sie braucht man zwar sehr viel Sonne, aber ihre Produktion ist extrem leicht und umweltfreundlich.

  • Nenne Eigenschaften erneuerbarer Energien.

    Tipps

    Atomkraft wird aus dem Element Uran erzeugt.

    Lösung

    Was unterscheidet erneuerbar von nicht erneuerbar? Und wie kommt man an erneuerbare Energien heran?

    Nicht erneuerbare Energieträger, also fossile Energieträger bzw. Brennstoffe, sind begrenzt in der Erde enthalten. Sie entstanden über tausende von Jahren. Deshalb wird es für viele tausend Jahre keine fossilen Brennstoffe geben, wenn wir sie erst einmal verbraucht haben.

    Erneuerbare Energien dagegen sind unendlich auf der Erde verfügbar.

    Neben Windkraft und Solarenergie kann man mit der Geothermie die Erdwärme nahe von Vulkanen nutzen, um Wasser verdampfen zu lassen und damit einen Generator zu betreiben, der Strom erzeugt.

    Gezeitenkraftwerke dagegen arbeiten ähnlich wie Windräder, nur eben unter Wasser. Sie nutzen Ebbe und Flut bzw. die daraus entstehenden Strömungen, um Strom zu erzeugen.

    Die Atomkraft ist allerdings kein erneuerbarer Energieträger, denn dafür wird Uran verwendet. Das ist ein radioaktives Gestein, also nur begrenzt auf der Erde vorhanden. Zudem produzieren Atomkraftwerke zwar kein $CO_2$, aber hinterlassen dafür Atommüll, welcher bei schlechter Lagerung sehr gefährlich sein kann.

  • Berechne wie viel $\text{m}^2$ an Solarzellen benötigt wird, um alle deutschen Atomkraftwerke zu ersetzen.

    Tipps

    Bringe zuerst die Sonnenleistung pro $m^2$ in die gleiche Einheit wie die des AKW.

    Ein Jahr hat 365 Tage.

    Lösung

    Es wäre natürlich umweltfreundlicher, alle deutschen Atomkraftwerke durch Solarzellen zu ersetzen. Aber wie viele Zellen bräuchte man dafür? Hier die Antwort:

    Energie der Sonne pro Jahr pro $\text{m}^2$ beträgt:

    $E_s=120~\textrm{W}(365\cdot24)~\textrm{h}= 1051200~\textrm{Wh}$.

    Bei einer Effizienz von $20%$ ist das eine Energie pro $m^2$ von

    $E_s=0,2\cdot 1051200~\textrm{Wh}=2,1\cdot 10^2 ~\textrm{kWh}$.

    Die elektrische Leistung der AKWs beträgt $97,120\cdot 10^9~\textrm{kWh}$.

    Wir rechnen:

    $\dfrac{97,120\cdot 10^9~\textrm{kWh}}{1,7\cdot 10^2 ~\dfrac{\textrm{kWh}}{\text{m}^2}}=4,6 \cdot 10^8~\textrm{m}^2$.

    Um alle Atomkraftwerke Deutschlands zu ersetzen, bräuchte man also etwa $4,6 \cdot 10^8~\textrm{m}^2=4,6 \cdot 10^2~\textrm{km}^2$ an Solarzellen. Das entspricht etwas mehr als der Fläche der Stadt Bremen oder genauer: der Stadt Zerbst in Sachsen-Anhalt.

    Du kannst dir sicher vorstellen, dass es schwer ist, einen Solarpark in der Größe einer Großstadt zu bauen.

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