Workshops zum Unterrichtsfach Chemie

Etliche grüne Technologien, die für die Energiewende absolut unabdingbar sind, wie Windkraftanlagen und magnetische Kühlung, basieren auf kritischen Metallen. Ihr Einsatz wirft einen Schatten auf das Label GRÜN. Bieten chemisch-technische Innovationen GRÜNERE Alternativen? Der Workshop erschließt diese Herausforderung am Beispiel der faszinierenden Chemie der Seltenerdelemente (SEE) und zwar…

1. historisch: Am Storytelling zu Carl Auer von Welsbach und seinen Entdeckungen, die zur Optimierung von Feuerzeugen und Straßenbeleuchtungen führten, wird gezeigt, welche Rolle die SEE im Alltag von Menschen spiel(t)en.
2. experimentell: Wir werden Hands-on-Versuche mit Zündsteinen (Auermetall) und zum Glühstrumpf (Auerlicht) ausprobieren und uns anhand eines Modellschulversuchs dem innovativen Recycling von SEE aus Leuchtstofflampen widmen.
3. nachhaltig (BNE): Es wird geklärt, warum die SEE als (umwelt)kritisch eingestuft werden. Ein Perspektivwechsel vom Problem zum Lösungsansatz bringt chemisch-technische Innovationen ins Spiel: Recycling, Substitution, Materialoptimierungen; dem Element Eisen kommt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu.
4. medial: Tipps zu Augmented- und Virtual-Reality-Lernumgebungen, zur Umsetzung der Methode Stoffgeschichten im Chemieunterricht sowie zu interessanten Büchern und Videos runden den Workshop ab.

Klimawandel, Rohstoffknappheit und Gewässerverschmutzung sind zentrale globale Herausforderungen, denen wir uns im Zuge einer nachhaltigen Entwicklung stellen müssen. Hierbei handelt sich um komplexe Systeme, für deren Verständnis eine ganzheitliche Betrachtung notwendig ist. Im Rahmen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung stellt sich nun die Frage, wie diese Komplexität verschiedener Systeme für Schülerinnen und Schüler zugänglich gemacht werden kann?

Im Workshop werden wir diese Frage mithilfe von Systems Thinking beantworten und beziehen uns auf das neue Kerncurriculum Chemie (Q4.2 Nachhaltige Chemie und Energieumwandlung in der Technik). Auf diese Weise können Schülerinnen und Schüler befähigt werden, Nachhaltigkeit aus naturwissenschaftlicher Perspektive zu entdecken und zu bewerten. 

Wir werden zwei Perspektiven einnehmen: Zum einen wird Systems Thinking theoretisch aufbereitet; ein Input beleuchtet Grundlagen der Systemtheorie und den Umgang mit komplexen Systemen. Zum anderen wird Systems Thinking praktisch als Methodenwerkzeug – Systems-Oriented Concept Map Extensions (SOCME) nach Mahaffy und Matlin – angewendet. Es werden Handlungsanweisungen aufgezeigt, wie SOCME als Visualisierung erstellt und angewendet werden können. 

Hierfür beleuchten wir folgende Aspekte: Vorrausetzungen für die Erstellung eines SOCME, Scaffolding und Kompetenzerwerb durch Anwendung. Der Workshop wird Sie dabei unterstützen, die Visualisierungen selbst zu erstellen, in Ihren Unterricht zu integrieren und Schülerinnen und Schüler bei der Erstellung eben dieser anzuleiten.

Spannend ist es, sich genau mit diesem Spannungsfeld im Fach Chemie auseinander zu setzen und ins Gespräch zu kommen. 

Wie ist es möglich, Lernende zu einer eigenen fundierten Positionierung im Sinne von BNE zu bewegen? Welche Themen und Methoden eignen sich überhaupt? Und warum? Dieser Frage werden wir auf der Basis Ihrer Erfahrungen in diesem Workshop nachgehen.

In diesem Workshop wird die Bedeutung von Nachhaltigkeit am Beispiel von Smartphones im Chemieunterricht thematisiert. Der Fokus soll dabei auf den chemischen Elementen liegen, die bei der Produktion von Smartphones verwendet werden, dabei soll u.a. ein Augenmerk auf deren Gewinnung gelegt werden.

Es werden Unterrichtsmaterialien für unterschiedliche Jahrgangsstufen in Form von Mitmachstationen vorgestellt, mit denen es möglich ist nachhaltigere Produktions- und Konsumpraktiken zu vermitteln. 

Bitte ein mobiles Endgerät mitbringen.

Um die Energiewende voranzutreiben, werden massenhaft Metalle und Mineralien benötigt, von denen jedoch die meisten in Europa entweder nicht vorkommen oder nicht abgebaut werden. Die EU ist somit in hohem Maße importabhängig – teils von unsicheren Erzeugerländern. Aus Sorge um ein erhöhtes Risiko von Versorgungsunterbrechungen, gewinnt das Konzept der kritischen Rohstoffe an Aufmerksamkeit. 

Anhand der Rolle kritischer Rohstoffe bei der Energiewende kann Nachhaltigkeit im naturwissenschaftlichen Unterricht in den Fokus gerückt werden. Im Workshop folgen wir diesem Ansatz und beschäftigen uns mit dem Thema anhand der Brennstoffzellentechnologie. 

Am Beispiel des Platins analysieren wir die Funktionsweise von Brennstoffzellen. Daran klären wir das Konzept der Rohstoffkritikalität und reflektieren nachhaltige Lösungsansätze, wie die Substitution von Platin durch eisenbasierte Katalysatoren. 

Die praxisnahe Umsetzung erfolgt schrittweise anhand der Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA): Dispersion des Katalysatormaterials zu einer Tinte, Auftragung der Tinte mit einer Air-Brush-Pistole und Heißverpressung der MEA. Zum Abschluss des Workshops werden diese MEA in einem Modellexperiment in Brennstoffzellen-Kits eingebaut und getestet.

Eine Redox-Flow-Batterie ist eine Art von Batterie, die Energie durch elektrochemische Reaktionen speichert und wieder abgeben kann. Eigentlich ist sie somit ein Akku. Sie besteht aus Tanks, die mit Elektrolytlösungen gefüllt sind. Während des Lade- und Entladevorgangs verändert sich lediglich die Zusammensetzung des Elektrolytes.

Redox-Flow-Batterien haben den Vorteil, dass sie eine skalierbare und flexible Energiequelle darstellen, da die Kapazität durch die Größe der Tanks angepasst werden kann. Sie werden oft in der Energiespeicherung von erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Wind-kraftanlagen eingesetzt, um die Schwankungen in der Energieerzeugung auszugleichen.

Redox-Flow-Batterien sind eine vielversprechende Technologie für die Zukunft der Energiespeicherung, da sie effizient, langlebig und umweltfreundlich sind.

Und warum sollten wir im Unterricht uns damit beschäftigen?

Redox-Flow-Batterien sind ein wichtiger Unterrichtsgegenstand im Chemieunterricht aus mehreren Gründen:

1. Elektrochemische Reaktionen: Redox-Flow-Batterien basieren auf elektrochemischen Reaktionen, bei denen Elektronen zwischen den Elektrolyten ausgetauscht werden. Dies ermöglicht es den Schülern, die Grundlagen der Redoxreaktionen und Elektrochemie zu verstehen.
2. Energiespeicherung: Durch die Untersuchung von Redox-Flow-Batterien lernen die Schüler, wie Energie in chemischen Bindungen gespeichert und bei Bedarf freigesetzt werden kann. Dies ist ein wichtiger Aspekt der Energieumwandlung und -speicherung.
3. Nachhaltige Energietechnologien: Da Redox-Flow-Batterien häufig in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen eingesetzt werden, können die Schüler verstehen, wie diese Technologien dazu beitragen können, den Übergang zu einer nachhaltigeren Energieversorgung zu unterstützen.
4. Anwendungen in der Praxis: Die Schüler können auch die praktischen Anwendungen von Redox-Flow-Batterien kennenlernen, z. B. in der Energiespeicherung für Einzelhaushalte. Dies zeigt ihnen, wie chemische Prinzipien in realen Technologien angewendet werden.

Insgesamt bieten Redox-Flow-Batterien eine faszinierende Möglichkeit, die Schüler für chemische Prozesse, Energieumwandlung und nachhaltige Technologien zu begeistern und ihr Verständnis für diese wichtigen Konzepte zu vertiefen. Tauchen Sie in die Welt unserer Schülerinnen und Schüler ein und bauen Sie eine kleine Redox-Flow-Batterie nach. Stellen Sie sich der Herausforderung der konkreten Umsetzung von der theoretischen Überlegung bis zur praktischen Ausführung. Werden Sie es schaffen, einen Ventilator mit der Redox-Reaktion zum Drehen zu bringen? 

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer sollten nach Möglichkeit ihr Dienstgerät, Schutzbrille und Kittel mitbringen. 

Die Behandlung des Themas Wasserstoff ist bundesweit in den Sekundarstufen I und II in allen Lehrplänen des Fachs Chemie obligatorisch. In der Gesellschaft und Politik wird Wasserstoff als „grüner Energieträger“ der Zukunft betrachtet, mit dem sich etwa die Stahlproduktion und Mobilität nachhaltiger gestalten lassen. 

Um unsere Schülerinnen und Schüler an solchen Diskursen teilhaben zu lassen, ist es notwendig, neben der reinen Wissensvermittlung über Wasserstoff BNE-förderliche Lernsettings im Unterricht zu gestalten. Im Workshop werden ausgehend von der Vorstellung BNE-förderlicher Lernsettings gemeinsam mit den Teilnehmerinnen und Teilnehmer für das Thema „grüner Wasserstoff“ Lernsettings skizziert und miteinander kritisch diskutiert.