Petra Wlotzka

Tankstellen im Weltall

Alternative Energien, Treibstoffgewinnung, Wasserstoff, Rohstoffgewinnung, Asteroidenbergbau
Rohstoffhaltige Asteroiden könnten sich schon bald mit Raumsonden ausbeuten lassen, Foto: NASA

Petra Wlotzka

Wasserstoff, ein wichtiger Treibstoff

In zahlreichen Diskussionen um eine nachhaltige und umweltfreundliche Energiewirtschaft werden in den letzten Jahren immer wieder die Vor- und Nachteile der Wasserstofftechnologie erörtert. Als Energieträger der Zukunft erhofft man sich von dem Gas neue Möglichkeiten für die Energiespeicherung und eine regenerative, nachhaltige Mobilität im Alltag.
In der Raumfahrtechnik dagegen wird Wasserstoff schon seit den 1960er-Jahren als Treibstoff genutzt. Die Tatsache, dass er elektrolytisch aus Wasser gewonnen werden kann, macht ihn auch weiterhin attraktiv. Den neusten Plänen verschiedener US-Firmen zufolge, möchte man die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser zur Treibstoffgewinnung bei einer zukünftig vielleicht möglichen Rohstoffgewinnung auf Asteroiden (Abb.1 ) nutzen [1, 2].
Asteroiden sind sehr unterschiedlich zusammengesetzt und bestehen je nach Typ aus Kohlenstoff, Silikaten und Metallen (z.B. Eisen-Nickel-Legierungen). Bei vielen Asteroiden wurde auch Wasser in Form von Eis oder Kristallwasser nachgewiesen [3]. Dieses Wasser, so hofft man, ließe sich auf den Asteroiden gewinnen und mithilfe von Solarenergie elektrolytisch in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegen. Tankstellen im Weltraum könnten dann Raumschiffe direkt vor Ort mit Sauerstoff und Wasserstoff betanken [4].
Auch wenn sich die Pläne der modernen „Goldgräber noch sehr nach Science Fiction anhören, bieten sie einen hochinteressanten Anlass, sich im Unterricht mit der Verwendung von Wasserstoff als Treibstoff und seiner Gewinnung aus Wasser zu beschäftigen. Neben der Erarbeitung von Kennzeichen chemischer Reaktionen einschließlich energetischer Aspekte ist der Kontext besonders dazu geeignet, die Umkehrbarkeit von chemischen Reaktionen und den Unterschied zwischen Elementen und Verbindungen zu thematisieren. Der Umgang mit diesem Fachwissen gehört zu den Kompetenzen, die sich in vielen Bundesländern in den Kernlehrplänen Chemie SI wiederfinden. In diesem Sinne wurde das im Folgenden vorgestellte Unterrichtsvorhaben als Beispieleinheit für ein schulinternes Chemie-Curriculum in NRW entwickelt [5, 6]. Voraussetzungen für die Durchführung sind, dass die Schüler Verbrennungsreaktionen als Beispiele für chemische Reaktionen kennen, einfache Reaktionsschemata aufstellen, Kennzeichen chemischer Reaktionen aufzählen und ggf. Nachweisreaktionen für Gase kennen und durchführen können.
Die Unterrichtseinheit
In der Begegnungsphase werden die Schüler anhand eines Ausschnittes aus einem Artikel zur Rohstoffgewinnung auf Asteroiden in das Thema eingeführt (vgl. Tab.1 ). Der Ausschnitt muss so gewählt werden, dass der Fokus auf der Treibstoffgewinnung vor Ort liegt (Material1 ). Nach der Klärung möglicher Verständnisprobleme äußern die Schüler in einem Brainstorming ihre Meinung zu dem Vorhaben. In dieser offenen Gesprächsrunde wird der Schwerpunkt der Unterrichtseinheit „Tankstellen im All herausgearbeitet und festgelegt. In der anschließenden Neugier- und Planungsphase sammeln die Schüler Fragen) zur Thematik (z.B. mit der Placemate-Methode), die aus chemischer Sicht interessant sind und mithilfe chemischer Fachkenntnisse beantwortet werden können. In der Praxis zeigte sich, dass in dieser Phase insbesondere die folgenden Fragen geäußert werden:
  • Wie funktioniert ein Raketen-antrieb?
  • Wie lässt sich aus Wasser Wasserstoff und Sauerstoff gewinnen?
  • Ist die Herstellung von Wasserstoff gefährlich?
  • Gibt es überhaupt Wasser auf Asteroiden?
  • Wie teuer ist es, Raketen auf Asteroiden zu schicken? Lohnt sich das?
  • Welche technischen Probleme müssen gelöst werden?
Die Erarbeitungsphase beginnt mit Klärung der Funktion eines Raketenantriebs (Material2 ). Die Schüler bearbeiten in Einzel- oder Partnerarbeit die entsprechenden Arbeitsaufträge. Zur Überprüfung der Vermutungen (Material2, Arbeitsauftrag 3) können unterschiedliche Lehrerexperimente durchgeführt werden. Im einfachsten Fall wird...
Unterricht Chemie
Sie sind bereits Abonnent?

Mein Konto

Weiterlesen im Heft

Ausgabe kaufen

Unterricht Chemie abonnieren und digital lesen!
  • Exklusiver Online-Zugriff auf Ihre digitalen Ausgaben
  • Print-Ausgabe der abonnierten Zeitschrift bequem nach Hause
  • Zusatzvorteile für Abonnenten im Online-Shop genießen

Zeitschrift abonnieren

Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 157 / 2017

Reaktionen mit Gasen

Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 8-9