Rund um den Wasserstoff

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise einer Brennstoffzelle kennen, wobei auf die verschiedenen Herstellungsverfahren des Wasserstoffs in Bezug auf die Nachhaltigkeit eingegangen wird. Außerdem wird Wasserstoff hinsichtlich einer möglichen zukünftigen Antriebstechnologie beleuchtet.

Unterrichtseinheit
  • Chemie / Natur & Umwelt / Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II
  • 4-6 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt, Ablaufplan
  • 3 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit kann in den Rahmenlehrplan der Sekundarstufe II eingeordnet werden. Thematisch orientiert sie sich dabei an den aktuell auch politisch stark diskutierten Themen der Nachhaltigkeit und der Sicherung der Energieversorgung. Im Detail wird hier auf elektrochemische Prozesse im Alltag und Energiewandlungssysteme eingegangen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Funktionsweise der Wasserstoffbrennstoffzelle für Personenkraftwagen gelegt. Die schon lange bekannte Elektrolyse von Wasser, als ein zukünftig wichtiges Herstellungsverfahren des Wasserstoffs, wird in diesem Zusammenhang ebenfalls betrachtet.

Die Aspekte der Nachhaltigkeit werden in weiterführenden Aufgabenstellungen diskutiert. Hierbei lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Herstellungsverfahren in Hinblick auf die Umweltverträglichkeit zu bewerten. In einigen Aufgabenstellungen wird dabei die eigene Recherchefähigkeit entwickelt und verbessert.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Energieträger der Zukunft

Vor allem hinsichtlich des stetig steigenden Bedarfs an Energie und der Aktualität in der Gesellschaft gewinnt Wasserstoff als möglicher Energieträger der Zukunft an Relevanz. Die fossilen Brennstoffe stehen zunehmend in der Kritik, weswegen eine frühzeitige Sensibilisierung der Schülerinnen und Schüler für dieses Thema wichtig ist. Hinsichtlich der Dringlichkeit der Energiewende und dem damit verbundenen Vorsatz der deutschen Bundesregierung, die Kohlenstoffdioxidemissionen zu reduzieren, sollte diese Thematik ebenfalls in den Schulunterricht eingebunden werden.

Curriculum und Vorwissen

Die Unterrichtseinheit ist ideal für den Chemieunterricht der Sekundarstufe II geeignet. Sie kann für den Kontext "Energie und chemische Reaktionen" genutzt werden und bezieht sich dabei vor allem auf die Rahmenlehrpläne der Länder Berlin, Brandenburg und Nordrhein-Westfalen. Die Einheit kann aber ebenso fächerübergreifend als Exkurs im Fach Physik eingesetzt werden.

Für die Bearbeitung der Aufgaben sollte ein gewisses chemisches Grundlagen-Wissen, wie beispielsweise das Aufstellen von Reaktionsgleichungen sowie eine grundlegende textsortenspezifische Lesekompetenz von Fachtexten, vorhanden sein. Weiterhin sind keine Vorkenntnisse notwendig, da die Arbeitsblätter relevante Informationen zur Bearbeitung der Aufgaben liefern.

Unterrichtsablauf und Lehrinhalte

In der ersten Doppelstunde wird zunächst in das Thema Wasserstoff eingeleitet, wobei in erster Linie auf die Darstellung im Labor sowie die Herstellung durch Elektrolyse von Wasser eingegangen wird. Wahlweise kann hier auch der Hofmannsche Zersetzungsapparat besprochen werden. Im weiteren Verlauf werden verschiedene großtechnische Herstellungsmethoden in Hinblick auf den Umwelteinfluss besprochen. Insbesondere sollte dabei die kritische Betrachtung der Nutzung von Energie behandelt werden.

Im Anschluss erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler allgemeine Informationen über die Wasserstoff-Brennstoffzelle in Still- oder Paararbeit. An dieser Stelle kann die Funktionsweise anhand eines veranschaulichenden Videos thematisiert werden.

Schüleraktivierung und Binnendifferenzierung

Die Unterrichtseinheit bietet ausreichend Möglichkeiten, darbietenden Unterricht und aktive Mitgestaltung durch Schülerinnen und Schüler zu variieren. Sie ist realitätsnah gestaltet und bietet außerdem höchste Aktualität.

Mögliche Differenzierung: Mit den Arbeitsaufträgen kann flexibel umgegangen werden. Es besteht die Möglichkeit, aus verschiedenen Schwierigkeitsstufen zu wählen und einzelne Aufgaben herauszunehmen oder als Hausaufgabe zu vergeben. Die Bewertungsaufgabe (Arbeitsblatt 2, Aufgabe 5) kann als Grundlage für eine methodische Diskussion herangezogen werden. Weiterführend zu dieser Unterrichtseinheit können Lithium-Ionen-Batterien als Pendant zur Brennstoffzelle oder weitere Energiespeicherformen thematisiert und ergänzt werden.

Unterrichtsmaterial "Rund um den Wasserstoff" zum Download

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • beschreiben die Vorgänge bei der Wasserelektrolyse.
  • lernen die komplexe Funktionsweise einer Brennstoffzelle kennen.
  • bewerten die Relevanz der angewandten Chemie hinsichtlich der Energieversorgung.
  • können Phänomene der Stoff- und Energieumwandlung bei chemischen Reaktionen erklären.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler stärken ihre Fähigkeit, den Computer für die Recherche zu nutzen.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können kritisch hinterfragen.
  • können in einer Diskussion das Für und Wider betrachten.
  • können ihr Wissen auf fächerübergreifende Problemstellungen anwenden.

Portalanbieter

Kooperationspartner

Anbieter der Unterrichtseinheit

Auszeichnungen

Autorin

Portrait von Maike Schnucklake
Maike Schnucklake

Maike Schnucklake ist promovierte Chemikerin und hat an der Freien Universität Berlin studiert.