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  • General

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  • Voraussetzungen und Kompetenzen

    • Voraussetzungen
      • Grundlagen zum pV-Zustandsdiagramm idealer Gase (ideales Gasgesetz)
      • Isothermen eines idealen Gases
      • Grundlagen der Chemie, Satz von Avogadro, Molvolumen eines Gases
      • Umrechnung von Einheiten wie Mol, Volumen, Druck, Temperatur
      • Mathematische Methoden der Differentialrechnung, Ableitungen und die Berechnung bestimmter charakteristischer Werte eines Funktionsverlaufs, speziell der Wendepunkt und Sattelpunkt
      • Gebrochen-rationale Funktionen
    • Prozessbezogene Kompetenzen
      Mit dieser Lernsituation werden die folgenden prozessbezogenen Kompetenzen entwickelt:
      weniger
      mehr
      K1 Mathematisch argumentieren
      K2 Probleme mathematisch lösen
      K3 Mathematisch modellieren
      K4 Mathematische Darstellungen verwenden
      K5 Mit symbolischen, formalen und technischen Elementen der Mathematik umgehen
      K6 Kommunizieren

  • Handlungssituation

    • Arbeitsauftrag

      Unsere Atmosphäre enthält die so genannten Treibhausgase, die den Erdball wie ein Schutzschild umgeben und verhindern, dass die von der Erde kommende Wärme ins All entweicht. Treibhausgase wie z.B. CO2 absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebe­nen Infrarotstrahlung, die sonst in das Weltall entweichen würde. Kurzwelligere Strahlung, also der größte Teil der Sonnenstrahlung, kann die Gase passieren. Ohne Treibhausgase wäre es auf der Erde bitterkalt.

      CO2_Klimawandel

      Unser Problem heute ist, dass die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre – vor allem die des Kohlendioxids (CO2) – durch Industrie, Haushalte und Verkehr zu stark ansteigt und sich unsere Atmosphäre unnatürlich stark aufheizt. Von der überwiegenden Mehrheit der Wissenschaftler wird die Meinung vertreten, dass eine vom Menschen verur­sachte Zunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre zur globalen Erwärmung führt.

      Einen wesentlichen Beitrag zur Erwärmung leistet dasjenige CO2, dass durch die Verbren­nung der fossilen Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle freigesetzt wird. Die Verbren­nung von Biogas setzt nur CO2-Mengen frei, die vorher natürlich in Pflanzen gebunden waren. Dieses CO2 wird daher als klimaneutral gewertet.

      Rund ein Drittel der Emissionen der Industrie sind auf Produktionsprozesse zurückzufüh­ren, die beispielsweise bei der Eisen- und Stahlherstellung, der Kalk- und Zementherstel­lung oder in der Grundstoffchemie entstehen. Gerade diese nicht oder nur zu sehr hohen Kosten vermeidbaren Prozessemissionen sind eine große Herausforderung auf dem Weg zu einer klimaneutralen Industrie.

      Die Abscheidung von CO2 und dessen anschließende Nutzung (engl. Carbon Capture and Utilization, CCU) bzw. dessen sichere und dauerhafte Speicherung in tiefliegenden geolo­gischen Gesteinsschichten (engl. Carbon Capture and Storage, CCS) stellen Optionen dar, mit Hilfe derer der Ausstoß von schwer vermeidbaren Prozessemissionen der Indus­trie zukünftig reduziert werden kann.

      Die Abscheidung von CO2 ist der erste Schritt einer späteren Nutzung oder dauerhaften Speicherung in tiefliegenden geologischen Gesteinsschichten. Die Abscheidung von CO2 bietet sich vor allem an großen, stationären Punktquellen der Industrie an. In den letzten Jahren hat die Entwicklung verschiedener Abscheidetechnologien große Fortschrit­te hin­sichtlich Abscheideeffizienz, Marktreife und Kosten gemacht.

      Der Transport großer Mengen CO2 zum Standort der Nutzung oder zum Zweck der dauer­haften Speicherung könnte über Pipelines erfolgen. Im marinen Umfeld ist auch ein Schiffstransport, bspw. zu einem im tiefen Untergrund unterhalb der Nordsee liegenden Speicher, denkbar. Auch die Binnenschifffahrt bietet Transportpotentiale, bei kleineren, de­zentralen CO2-Quellen wäre ggf. auch ein Straßen- und/oder Schienentransport möglich. Unabhängig vom gewählten System muss das CO2 durch Verdichtung und/oder Kühlung vor dem Transport stark komprimiert werden.

      Um diese komplexe Thematik inhaltlich zu verdeutlichen, erhalten Sie den Auftrag

      • die aktuelle Klimasituation, bezogen auf die CO2-Emmisionen, in Plakaten und darzustellen. 

      Zu Transportzwecken bietet sich zentral die Verflüssigung von CO2 an. Der Technikvorstand ihrer Firma bittet Sie 

      • diesen Prozess mit Hilfe der Van-der-Waals-Zustandsgleichung zu berechnen und grafisch darzustellen.

  • Material

    Hier finden Sie Materialien zur Bearbeitung der Lernsituation.

  • Hilfestellungen

    Hier finden Sie Hilfestellungen, die bei der Bearbeitung der Lernsituation hilfreich sein können.
    • Checkliste zur Bearbeitung der Aufgabe
      Sie finden hier eine Checkliste für die Einzelschritte mit zusätzlichen Tipps. Nur nutzen, wenn Sie nicht weiterwissen!

  • Vertiefungen

    • Vertiefungsaufgaben

      1. Ermitteln Sie Ihren CO2-Ausstoß mit unserem Klimarechner und erhalten Sie Tipps, wie Sie den CO2-Fußabdruck reduzieren können.

      Quelle, Stand 02.2022: https://www.wwf.de/themen-projekte/klima-energie/wwf-klimarechner

  • Kompetenzcheck