Dieser Live-Webcast richtet sich an Lehrerinnen und Lehrer der Sekundarstufe I.

Lassen Sie sich inspirieren: Im Theorieteil unseres Live-Webcasts erhalten Sie Einblicke in die Themen Sicherheitstechnik, Sensorik und Aktorik. Im Nachgang können Sie die genannten Themen mit unseren Unterrichtsmaterialien vertiefen.

Experimentieren Sie selbst: Im Praxisteil werden Sie den Bausatz „Lichtautomatik” entdecken und mit diesem experimentieren. Hier können Sie den Themen Elektrotechnik oder Elektronik auf den Grund gehen und sich im Nachgang mit speicherprogrammierbaren Schaltungen beschäftigen.

Unser Referent wird interaktiv für Fragen und Antworten zur Verfügung stehen.

Wann:

22.03.2023*
(Anmeldeschluss: 08.03.2023)
Zur Anmeldung


23.03.2023*
(Anmeldeschluss: 08.03.2023)
Zur Anmeldung

* o.g. Termine sind Alternativtermine und keine Terminserie

Uhrzeit: 14:00 –16:00 Uhr

Online: Live-Webcast

Zum Genius Fortbildungsangebot gelangen Sie hier.

Seit über 60 Jahren werden sogenannte Crashtest-Dummy-Puppen eingesetzt, um Verkehrsunfälle nachzustellen. Ein Dummy ist eine Kunststoffpuppe und so groß wie ein normaler Mensch. Sie wird für Crashtests in Autos eingesetzt, damit man sehen kann, wie unterschiedliche Unfallsituationen für den Menschen ausgehen können. Die Auswirkungen werden genau unter die Lupe genommen, um die Sicherheitsvorkehrungen in Fahrzeugen anzupassen. Das klingt doch nach einer sicheren Nummer, oder? Es gibt jedoch einen Haken an der Sache… Warum dies schwere Folgen haben kann, findest du in diesem Artikel heraus!

Der Dummy – ein echter Mann

Für Crashtests wird eine bestimmte Art von Dummy-Puppe eingesetzt. Du fragst dich welche? Es handelt sich dabei um eine Puppe, die den durchschnittlichen Mann darstellt. Das bedeutet: Sie ist 1,75 Meter groß, wiegt 78 Kilogramm und hat den Körperbau eines Mannes. Dein Vater oder Onkel ist vielleicht kleiner/größer oder schwerer/leichter als diese Angaben, aber genau deshalb verwendet man in Studien einen Durchschnitt. Denn so lässt sich am ehesten die Allgemeinheit widerspiegeln. Anhand dieser männlichen Maße werden bei der Entwicklung von Autos der Sitz, der Sicherheitsgurt und der Airbag im Fahrzeug angeordnet. Du ahnst nun vielleicht schon, was das Problem hierbei ist. Genau: Was ist eigentlich mit weiblichen Personen? Zum einen sind Unternehmen nur dazu verpflichtet, die Tests mit Dummy-Puppen mit männlicher Statur zu machen. Zum anderen ist die Herstellung der Kunststoffpuppen eine sehr teure Angelegenheit.

Crashtests machen Fahrzeuge sicherer. Foto: Adobe Stock // blueringmedia

Knifflige Unterschiede mit großer Bedeutung

Dass die Sicherheit von Fahrzeugen an menschenähnlichen Puppen getestet wird, ist super, gar keine Frage. Um nun das Fahren auch für Frauen sicherer zu machen, ist es doch sinnvoll, einen kleineren und leichteren Dummy zu verwenden, oder? Ganz so einfach ist es jedoch nicht! Es stimmt zwar: Frauen sind, bis auf einige Ausnahmen, kleiner und leichter als Männer. Es kommt aber noch mehr hinzu. Durch die kleinere Körpergröße sitzen sie häufig höher und auch näher am Lenkrad.

Außerdem ist der Körperschwerpunkt der beiden Geschlechter verschieden: Während er bei Männern im Bereich der Schultern liegt, befindet er sich bei den Frauen im unteren Rücken. Im Körperbau gibt es zahlreiche Unterschiede zwischen den Geschlechtern. So haben weibliche Personen schmalere Schultern, einen größeren Rumpf und ein breiteres Becken im Gegensatz zu männlichen Personen. Zusätzlich haben sie biologisch bedingt einen größeren Anteil an Körperfett und weniger Muskulatur. Bei Verkehrsunfällen spielen diese Faktoren eine wichtige Rolle. Du siehst also, bei der Entwicklung weiblicher Crashtest-Dummy-Puppen und beim Nachstellen von Unfällen muss sehr vieles beachtet werden. Das gilt natürlich auch für Dummies in Kindergröße.

Unterschiedliche Crash-Dummies für mehr Sicherheit. Foto: Adobe Stock // 3drenderings

Wenn die Vollbremsung zu spät ist

Nehmen wir nun einmal an, der schlimmste Fall tritt ein und es kracht auf der Straße. Dann hängen die körperlichen Schäden also stark davon ab, welchem biologischen Geschlecht man angehört. Wie du dir nun vielleicht denken kannst, kommen Frauen dabei leider schlechter davon als Männer. Da beispielsweise die Kopfpolster nicht auf die Größe von Frauen ausgelegt sind, erleiden sie bis zu dreimal häufiger ein Schleudertrauma. Kleinere Halswirbel und der schmalere Nacken sorgen außerdem dafür, dass eine ruckartige Kopfbewegung bei einem Unfall für Frauen oft noch schlimmer ist. Zusammengefasst bedeutet das: Durch die körperlichen Unterschiede haben Frauen ein höheres Verletzungs- und auch Sterberisiko bei Autounfällen. Das Problem ist also klar, jetzt braucht es hierfür noch eine Lösung. 

Mit Eva Richtung Fortschritt

Es gibt einen Lichtblick: Der erste weibliche Crashtest-Dummy heißt Eva! Erfunden wurde sie von der Ingenieurin und Forscherin Astrid Linder, die sie bei der Veranstaltung TEDxKTHWomen in Stockholm im Dezember 2018 vorgestellt hat. Eva ist 1,62 Meter groß und wiegt 62 Kilogramm. Der Unterschied zwischen Eva und den bisher für Frauen verwendeten Test-Modellen ist, dass Eva tatsächlich das durchschnittliche Gewicht und die durchschnittliche Größe einer Frau repräsentiert. Das ist aber noch nicht alles! Evas Brust, ihr Becken und ihre Hüfte sind dem des weiblichen Körperbaus nachempfunden.

Dementsprechend ist der Körperschwerpunkt auch dort, wo er bei einer echten Frau ist. Mit einer solchen “echten” weiblichen Dummy-Puppe kann also dafür gesorgt werden, dass Sicherheitsvorkehrungen in Autos zukünftig besser für Frauen angepasst sind. Durch die hohen finanziellen Kosten der Herstellung von Dummy-Puppen wurden mit Eva bislang nur Heckaufprallunfälle mit geringer Schwere getestet. Aber auch diese Tests sind bereits von großer Bedeutung! Ein kleiner Schritt ist also bereits getan. Um Gleichberechtigung bei Crashtests zu erlangen, müssen in Zukunft aber noch viel mehr Evas zum Einsatz kommen. Dazu müssen vor allem Regelungen angepasst werden, damit Tests mit weiblichen Dummies verpflichtend sind. Übrigens: Wie genau ein Crashtest funktioniert und welche unterschiedlichen Arten es neben den genannten Heckcrashs gibt, kannst du in unserem passenden Blogartikel nachlesen!

Das ist Eva – der erste weibliche Crashtest-Dummy. Foto: Phillip Sorri/VTI

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / 3D motion

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema “Fahrzeugsicherheit”

 

 

Sabine Kohleisen, Personalvorständin und Arbeitsdirektorin der Mercedes-Benz Group AG, erklärte den ca. 150 Studierenden aus 6 Schulklassen der unterschiedlichen Stuttgarter Schulen wie Autos und Menschen schon heute miteinander kommunizieren und wie sich das in Zukunft noch weiterentwickeln wird. Mit tobendem Applaus wurde Sabine Kohleisen von ihren Studierenden begrüßt. Die Kinder konnten es gar nicht erwarten, in der Vorlesung etwas über die elektrische und digitale Zukunft von Autos zu lernen.

Die Kinderstudierenden hatten sichtlich Spaß bei Ihrer ersten Uni-Vorlesung
Experiment lebender Elektromagnet. Foto: Ilja Mess Fotografie

Und sie wurden nicht enttäuscht: Sabine Kohleisen hatte viele interessante Informationen zur Mobilität der Zukunft dabei: Von der Sprachsteuerung in Autos, über die Schwarmintelligenz bis hin zum automatisierten Fahren. Ergänzt wurde die Theorie von einem spannenden Experiment: Im Publikum konnten die Kinder mit grünen und roten Pluspol- und Minuspol-Karten als riesiger lebender Elektromagnet das Modell eines Elektromotors antreiben.

Sabine Kohleisen beantwortete verständnisvoll die regen Fragen der Kinder
Viele Fragen während der Vorlesung. Foto: Ilja Mess Fotografie

Sabine Kohleisen erklärte, dass sich Technologien in einer rasanten Geschwindigkeit verändern und es die Schülerinnen und Schüler von heute seien, die die Welt von morgen gestalten: Lebenslanges Lernen sei daher noch nie so wichtig gewesen wie heute. Deshalb sei auch im Unternehmen das lebenslange Lernen eines ihrer Herzensthemen.

Das Highlight des Tages, dem die Klassen schon entgegengefiebert hatten, war das Wettrennen der selbst gebauten Raketenautos in der Genius Rennröhre, die sie zuvor im Klassenverband selbst gebastelt hatten. Eine Person pro Klasse durfte mit ihrem Auto gegen die Autos der anderen Klassen antreten. Dabei wurde es im Hörsaal kurzzeitig sehr laut, als die Schülerinnen und Schüler motiviert und mit viel Applaus ihre Klassenkameradinnen und Klassenkameraden anfeuerten.

Die Rennröhre und die selbstgebastelten Raketenautos standen beim Wettrennen im Fokus
Wettrennen der Raketenautos durch die Rennröhre. Foto: Ilja Mess Fotografie

Viele Fragen und eine rege aktive Beteiligung während der Vorlesung zeigten, dass bei den Schülerinnen und Schülern, aber auch bei den Lehrkräften und Betreuenden, die Neugierde und Begeisterung für Naturwissenschaften und Technik geweckt wurde. Nach Ende der Kinderuni-Vorlesung besuchten alle Klassen gemeinsam mit ihren Lehrkräften das Mercedes-Benz Museum und begaben sich mit Arbeitsheften auf eine spannende Entdeckungstour durch die Ausstellung.

Personalvorständin Sabine Kohleisen fand Gefallen an Ihrer neuen Aufgabe als Dozentin
Sabine Kohleisen bei der Genius Kinderuni im Mercedes-Benz Museum. Foto: Ilja Mess Fotografie

Genius ist die MINT Initiative von Mercedes-Benz und möchte bei Schülerinnen und Schülern die Begeisterung für Naturwissenschaft, Technik und Digitalisierung wecken. Lehrkräfte aller Schularten erhalten durch Genius Unterrichtsmaterialien und Fortbildungen einen Zugang zu aktuellen praxisnahem Technikwissen. Die Genius Kinderuni findet einmal jährlich statt. Die Teilnehmenden erleben einen interessanten und interaktiven Vortrag zu einem spannenden MINT Thema. Eingeladen werden Schulklassen aus dem Großraum Stuttgart.

Beitragsfoto: Ilja Mess Fotografie

Unsere Städte werden intelligenter. Das liegt daran, dass neue Technologien entstehen, die ziemlich viel drauf haben. Aber was bedeutet intelligente Technik eigentlich? Es bedeutet, dass technische Geräte so programmiert werden, dass sie mitdenken – fast wie ein Mensch. Vielleicht hast du schon mal vom Internet der Dinge gehört oder unseren Blogbeitrag dazu gelesen. Das Internet der Dinge verbindet die reale mit der digitalen Welt – also der Technik. Intelligente Technik vernetzt Geräte miteinander und lässt sie untereinander kommunizieren. Die intelligenten Geräte können perfekt auf ihre Umwelt reagieren und sind uns eine große Hilfe.

Lichter, die mitdenken

Eine Technologie, an der fleißig geforscht und weiterentwickelt wird, sind intelligente Straßenlampen. Die Lampen sind so klug, dass sie nur dann angehen, wenn du daran vorbei läufst, mit dem Fahrrad darunter entlang fährst oder deine Eltern mit dem Auto daran vorbeifahren. Das ist doch irgendwie magisch, oder? Sie reagieren also auf Bewegung. Aber wie können die Lampen wissen, dass gerade jemand vorbeikommt? Vielleicht erinnerst du dich an unseren Beitrag zum autonomen Fahren – denn genau wie beim Auto kommen auch bei den Straßenlampen Sensoren zum Einsatz. Diese Sensoren funktionieren für die Technik wie die Sinne für den Menschen. Sie helfen dabei, die Umgebung genau wahrzunehmen. Mithilfe von Sensoren nehmen die Lampen also Bewegungen um sie herum wahr und passen ihre Helligkeit entsprechend an. Und wenn sich niemand in der Nähe befindet, leuchten sie nur schwach. Der Einsatz von intelligenten Lampen ist wichtig, denn wenn wir unsere Straßen hell beleuchtet lassen, obwohl niemand draußen ist, verursacht das unnötige Kosten.

Straßenlaternen leuchten dort, wo wir sie brauchen. Foto: Freepik

Vorteile für Mensch und Tier

Bestimmt sagen deine Eltern auch manchmal, dass du nicht vergessen solltest, das Licht aus zu machen, wenn du einen Raum verlässt. Strom ist nämlich teuer. Das versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit diesen neuen Technologien zu ändern. Die Straßenlampen werden mit sogenannten Leuchtdioden, oder kurz LED´s, ausgestattet. Das sind winzig kleine Lämpchen, die sich leicht mit digitaler Technik verbinden lassen und länger funktionieren als normale Lampen. Wenn eine Lampe nämlich so intelligent ist und sich selbst ausschaltet, wenn sie nicht benötigt wird, dann spart das Geld.

Aber noch wichtiger als die Kosten ist deine Sicherheit. Viele Menschen trauen sich nicht, alleine nach draußen zu gehen, wenn es etwas dunkler ist. Vielleicht geht es dir genau so? Doch keine Sorge: Die intelligenten Straßenlampen sollen Plätze wie zum Beispiel Parks zu bestimmten Uhrzeiten stärker beleuchten. So brauchst du abends auch zukünftig keine Angst zu haben. 

Aber nicht nur für die Menschen, sondern auch für die Umwelt bringt die intelligente Straßenbeleuchtung Vorteile mit sich. Dauerhafte Beleuchtung bei Nacht lässt Zugvögel die Orientierung verlieren, nachtaktive Tiere wie Fledermäuse sind verwirrt und Insekten, die sich von hellem Licht angezogen fühlen, können an der heißen Lichtquelle verbrennen. Die Reduzierung dieser Lichtverschmutzung hilft also, Tiere zu schützen und dafür zu sorgen, dass weniger Insekten sterben. 

Die Lampe als Multitalent

Bis die intelligenten Straßenbeleuchtungen in jeder Stadt installiert werden, dauert es wohl noch eine Weile, aber es ist ein riesiger Schritt in der Wissenschaft. Einige deutsche Städte, zum Beispiel Brilon oder Göppingen, haben bereits Testprojekte mit intelligenten Straßenlaternen gestartet. Solche sogenannten Pilotprojekte sind wichtig, um die Auswirkungen neuer Technologien genau zu beobachten.

Neben ihrer Leuchtkraft hat die Straßenlaterne sogar noch mehr Talente auf Lager! So gibt es bereits smarte Straßenlampen, die als WLAN Hotspot genutzt werden, sodass man in ihrer Nähe ganz einfach im Internet surfen kann. Als Notrufsäule kann die Lampe sogar dabei helfen, Menschen zu retten. Außerdem bieten einige der Laternen die Möglichkeit, E-Autos an ihrem Mast zu laden. Super praktisch, oder?

Strom für Autos aus der Straßenlaterne. Foto: Adobe Stock // Stephen

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Petair

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Intelligente Technik“

 

Was hat denn der Luftwiderstand mit Pinguinen zu tun? Gute Frage! Es geht dabei nicht darum, der Luft möglichst viel Widerstand entgegenzusetzen, sondern genau um das Gegenteil: Die Luft strömen zu lassen. Die Luft soll an Autos vorbei gleiten, so wie Wasser an einem Pinguin. Um das zu messen, nutzt man den sogenannten cW-Wert, den Luftwiderstandsbeiwert.

Was genau ist der cW-Wert?

Der cW-Wert gibt an, wie gut die Luft bei der Fahrt am Auto vorbei strömt. Er sagt also etwas über die Aerodynamik des Autos aus. Automobilhersteller möchten erreichen, dass dieser Wert bei ihren Fahrzeugen möglichst klein ausfällt. Warum ist es wohl gut, wenn Autos immer windschnittiger werden? Die Vorteile machen sich sowohl im Geldbeutel als auch in der Umwelt bemerkbar. Denn wenn man beim Fahren weniger Widerstand ausgesetzt ist, braucht man weniger Kraftstoff. Dadurch spart man Geld und stößt weniger Schadstoffe aus. Aber aufgepasst: Ein niedriger cW-Wert bedeutet nicht gleich, dass ein Auto mit einem geringen Luftwiderstand über die Straße fährt!

Der Pinguin als aerodynamisches Vorbild. Foto: Adobe Stock / / AngelaStolle

Was wirklich zählt: Der Gesamt-Luftwiderstand

Es gibt noch einen Faktor, der mit einberechnet werden muss – die Stirnfläche des Autos. Du kannst sie dir so vorstellen: Wenn du dich mittig vor ein Auto stellst, ist alles, was du jetzt noch siehst, die Stirnfläche. Der Gesamt-Luftwiderstand ergibt sich aus einer Formel, in welcher der cW-Wert des Fahrzeugs mit der Stirnfläche zusammen gerechnet wird. Somit muss man bei SUVs, die den gleichen cW-Wert wie eine Limousine haben, ganz genau hinsehen! Außerdem bleibt der Luftwiderstandsbeiwert nicht immer gleich, sondern steigt bei höherer Geschwindigkeit an. Gemessen wird der cW-Wert in einem künstlichen Sturm im Windkanal. Was es damit auf sich hat, kannst du hier nachlesen. 

Dieser Bereich beschreibt die Stirnfläche eines Autos. Foto: Adobe Stock / / Comauthor

Pinguin gegen Auto – wer kann besser gleiten?

Pinguine sind Spitzenreiter darin, Wasser an sich vorbei gleiten zu lassen. Mit einem cW-Wert von 0,03 stellen sie alle anderen Lebewesen und Fahrzeuge in den Schatten. Automobilhersteller machen sich dieses Phänomen zunutze und versuchen ihren Autos eine Form zu geben, die Pinguinen ähnelt. Mit dem Elektroauto Vision EQXX wurde nun ein neuer Meilenstein erreicht:  Der cW-Wert dieses Modells beträgt gerade einmal 0,17! Immer noch mehr als bei einem Pinguin, aber für ein Auto ganz schön gering. Dieser niedrige Luftwiderstandsbeiwert sorgt dafür, dass die Batterie in einem Elektroauto noch besser ausgenutzt wird, da weniger Energie verloren geht.

Der cW-Wert des Vision EQXX beträgt 0,17.  Foto: Mercedes-Benz Group AG

Ob wir in unseren Autos wohl auch irgendwann so elegant über die Straße gleiten werden wie Pinguine durch das Wasser? Die Zeichen stehen gut! Zukünftig könnte so die Reichweite von Elektroautos erhöht werden, ohne dass dafür größere Batterien benötigt werden.

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Herraez

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zu den Themen „Aerodynamik” und „Bionik”:

In Untertürkheim haben Alex und ich das Labor erkundet, in dem Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Mercedes-Benz an der Entwicklung von Batteriezellen für Autos forschen. Ihr wollt nochmal nachschauen? Hier kommt ihr zu unserer letzten Reportage. Im Zelltechnikum gibt es aber noch so vieles mehr zu entdecken! Deswegen freuen wir uns riesig, als uns Martin Frey dazu einlädt, noch mehr über die Vorgänge im Zelltechnikum zu erfahren.

Gar keine Frage – natürlich haben wir Lust!

Erkundungstour mit Anja Paulus

Jetzt wird es spannend! In Bauabschnitt 3 übernehmen nämlich viele Maschinen die Aufgaben, die im Labor von Menschen durchgeführt werden. Ob das wohl funktioniert? Und was noch viel wichtiger ist, gibt es dort echte Roboter? Angekommen in Bauabschnitt 3 lernen wir Anja Paulus kennen, sie ist Zellbau-Expertin. Welche Aufgaben Anja in ihrem Job hat, erfahrt ihr im Video. Mit ihr dürfen wir uns alles ganz genau anschauen und fühlen uns dabei wie auf geheimer Mission.

Nichts geht ohne Schleim

In Bauabschnitt 3 des Zelltechnikums werden die gleichen Stationen durchlaufen wie im Labor. Das heißt, los geht’s mit dem Slurry! Beim Anrühren dürfen wir auch im Bauabschnitt 3 wieder fleißig mithelfen. Zuerst muss das Pulver für den Slurry abgewogen werden. Bei dem Mengenunterschied zum Labor staune ich nicht schlecht: statt mit Gramm arbeitet man hier in Kilogramm! Damit der Slurry angemischt wird, muss Alex noch das Rührwerk starten. Das macht er ganz einfach per Mausklick.

Im Reich der Roboter

Unser nächstes Ziel ist der Trockenraum. Dort müssen wir unsere Sicherheitsausrüstung aufstocken zu einem richtigen Schutz-Overall! Die Batterien mögen es nämlich, wenn es trocken ist. Feuchtigkeit kann die Leistung der Batterie stark beeinflussen. Für uns Menschen ist diese Trockenheit aber nicht zu unterschätzen, deswegen müssen wir uns gut schützen.

Im Trockenraum staunen wir nicht schlecht. Der Beschichter ist viel, viel größer als der im Labor. Warum das wohl so ist? Findet es heraus! Als nächstes geht es zum Kalandrieren. Was das bedeutet und was ein Kalander macht, erfahrt ihr im Video. So viel vorab: Das Gewicht der Walzen ist ganz schön verblüffend!

Die Stapel-Challenge: Wir gegen die Maschine

Auch das Stapeln der Zellen übernimmt ein Roboter: Separator, Anode, Separator, dann eine Kathode. Das klingt einfach, das können wir bestimmt schneller als der Roboter – oder? Die Herausforderung nehmen wir natürlich sofort an. Im Video seht ihr, wer den Stapel-Wettbewerb gewinnt!

Zu guter Letzt wird die Batteriezelle noch eingepoucht (also eingepackt), mit Elektrolyt befüllt und versiegelt – im Labor haben Martin und sein Team das alles eigenhändig gemacht. Nach dem Anladen ist die Zelle fertig für den Lichterketten-Test. Das Ergebnis zeigt: Alex und ich sind schon echte Batterie-Profis. Doch wie viele dieser Batteriezellen kommen denn jetzt eigentlich in ein einziges Auto?

Nach dem Besuch in Bauabschnitt 3 gibt es jetzt noch ein Rätsel für uns zu lösen: Wo werden aus den Batteriezellen die fertigen Batterien hergestellt? Für unseren nächsten Einsatz sind wir schon auf einer ganz heißen Spur!

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Alle Fotos: Mercedes-Benz Group AG

Das farb-, geschmack- und geruchlose Gas Wasserstoff ist der Hauptbestandteil von Wasser und aller in der Natur vorkommenden Materialien. Das bedeutet, dass wir auf das Gas fast unbegrenzten Zugriff haben. Von allen bekannten Materialien kann Wasserstoff außerdem am besten brennen. Aber wenn sich Wasserstoff so gut als Energieträger eignet, wieso greifen wir dann auf nicht nachwachsende Rohstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl zurück?

Im Jahr 1882 ging in London das erste Kohlekraftwerk der Welt in Betrieb, das elektrischen Strom für die öffentliche Nutzung erzeugte. Damals war das eine Neuheit. Heute ist der fossile Brennstoff Kohle der wichtigste Energieträger in Deutschland. Insgesamt machen fossile Brennstoffe über 50 % unseres gesamten Strombedarfs aus. Da fossile Rohstoffe aber bald aufgebraucht sein werden, werden erneuerbare Energien immer wichtiger!

Warum ist Wasserstoff so wichtig für die Zukunft?

1882 war an erneuerbare Energiequellen aus Wind, Wasser oder Sonne noch nicht zu denken. Nur einer wusste wohl schon damals, dass eine Zukunft ohne Kohle, Erdöl und Co. stattfinden kann: Jules Verne. Der französische Schriftsteller sprach Jahre vor der Eröffnung des ersten Kohlekraftwerks davon, dass „Wasser die Kohle der Zukunft“ sei. Für ihn war klar, dass Wasserstoff zukünftig die Energieversorgung der Erde sichern wird. Denn Wasserstoff ist flexibel einsetzbar und leicht zu transportieren. Zudem kann das Gas aus erneuerbaren Energien hergestellt werden, was gut für die Umwelt und unser Klima ist. Mehr Informationen zu alternativen Antrieben ohne schädliche CO₂-Emissionen findest du hier.

Das chemische Element Wasserstoff wird mit dem Formelzeichen H₂ abgekürzt. Foto: Adobe Stock / / Shawn Hempel

Wasserstoff kommt bisher vor allem beim Antrieb von Elektromotoren in Autos zum Einsatz. Das Allround-Talent kann aber noch in ganz anderen Bereichen verwendet werden und fossile Rohstoffe wie Kohle oder Erdgas ersetzen. So kann Wasserstoff zum Beheizen von Häusern und Unternehmen genutzt werden. Auch für die Chemie- und Stahlindustrie ist das Gas als Energieträger interessant. All das trägt dazu bei, dass Deutschlands Industrie klimaschonender produzieren könnte. Das hört sich toll an, aber ganz so leicht ist es nicht…

Grün, blau, grau, türkis – Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff

Wasserstoff kommt in der Natur zwar ganz oft vor, aber niemals alleine, sondern immer in Verbindung mit anderen organischen Stoffen: er ist beispielsweise in Wasser, Kohle, Erdöl oder Erdgas zu finden. Aus diesen Materialien muss das Gas herausgelöst werden. Die Methoden, mit denen das Gas gewonnen werden kann, sind unterschiedlich gut oder schlecht für die Umwelt. Denn manche davon treiben die Erderwärmung weiter voran. Warum das schlecht ist und was auch du tun kannst, erfährst du im Artikel zum ökologischen Fußabdruck. Daher unterscheidet die Wissenschaft Wasserstoff je nach Herstellungsart und dem Material, aus dem er herausgelöst wird durch die Farben grau, blau, pink, türkis und grün:

  • Grauer & blauer Wasserstoff: Wenn Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, spricht man von grauem oder blauem Wasserstoff. Dabei entsteht das Gas CO₂. Bei grauem Wasserstoff wird es in die Atmosphäre abgegeben, was schlecht für die Umwelt ist. Um blauen Wasserstoff handelt es sich, wenn das entstandene CO₂ im Erdboden gespeichert wird. Dieses Verfahren ist klimafreundlicher, aber sehr aufwendig.
  • Türkiser Wasserstoff: Für die Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Methan gespalten und das Gas freigesetzt. Dabei entsteht fester Kohlenstoff. Da aus Kohlenstoff kein CO₂ entweichen kann, ist dieser feste Stoff klimaverträglich. Türkiser Wasserstoff befindet sich noch in der Entwicklung.
  • Pinker Wasserstoff: Mit Hilfe der Elektrolyse (mehr dazu hier) kann Wasserstoff aus Wasser gelöst werden. Für diesen Vorgang wird Strom benötigt. Bei pinkem Wasserstoff stammt der Strom allerdings aus Kernenergie. Dabei entsteht radioaktiver Abfall, der nicht natürlich abgebaut werden kann und unsere Erde belastet.
  • Grüner Wasserstoff: Genauso wie pinker wird grüner Wasserstoff aus Wasser gewonnen. Hierbei kommt der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen. Damit ist diese Art von Wasserstoff besonders umweltfreundlich. 
Grüner Wasserstoff kann mit Hilfe erneuerbarer Energien aus Wasser gelöst und zum Antrieb von Motoren oder zum Heizen genutzt werden. Foto: Adobe Stock / / Bogdana

Ist grüner Wasserstoff wirklich grün?

Für die Wissenschaft ist klar: Grüner Wasserstoff ist die einzige wirklich umweltfreundliche Möglichkeit und legt daher ihren Fokus in der Forschung darauf. Klingt soweit alles gut! Nur gibt es da ein Problem: Für die Herstellung von grünem Wasserstoff braucht es sehr viel Energie, also elektrischen Strom. Dieser Strom wird bisher zu Großteilen aus klimaschädlichen Brennstoffen wie Kohle gewonnen, die beim Verbrennen CO₂ ausstoßen. Will grüner Wasserstoff wirklich grün sein, muss das in jedem Prozess seiner Herstellung der Fall sein. Die benötigte Menge an Strom ist bisher noch so groß, dass sie noch nicht aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann. Jetzt wird fleißig weiter daran geforscht, dass grüner Wasserstoff zukünftig wirklich komplett grün sein kann.

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Mediaparts

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Erneuerbare & zukünftige Energien”: 

Stell dir vor, mit der Luft, die du ausatmest, können Autos gebaut werden. Das glaubst du nicht? Das geht aber! Einem Unternehmen aus Nordamerika ist es gelungen, ein Fahrzeugteil aus Bestandteilen der Luft herzustellen. Natürlich ist das nicht ganz so einfach. Zuerst muss der Stoff, den du ausatmest, noch umgewandelt werden. Dieser Stoff heißt CO₂. Aber was ist das genau?

Kohlenstoffdioxid – mehr als nur ein Gas

CO₂ oder auch Kohlenstoffdioxid genannt, ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Dieser Stoff entsteht, wenn Menschen und Tiere ausatmen oder wenn fossile Brennstoffe wie Kohle verbrannt werden. CO₂, das von Lebewesen beim Atmen produziert wird, gehört übrigens zum natürlichen Kohlenstoffkreislauf.

Der natürliche Kohlenstoffkreislauf. Foto: SkepticalScience

Kohlenstoffdioxid kannst du dir als farbloses Gas vorstellen, das man nicht anzünden kann. CO₂ wird schon lange in der Industrie eingesetzt, zum Beispiel für die Herstellung des Arzneimittels Aspirin oder um Energie zu erzeugen. Durch neue Entwicklungen ist es jetzt sogar möglich, aus Kohlenstoffdioxid Kunststoff herzustellen. Und dieser Kunststoff kann dann für Bauteile verwendet werden. Verrückt, oder? 

Kunststoff aus CO₂ gewinnen – und gleichzeitig das Klima schützen

Für die Herstellung von Kunststoff wird meistens Erdöl verwendet. Denn Erdöl enthält Kohlenstoff und dieser ist notwendig, um Kunststoff zu produzieren. Erdöl wird allerdings irgendwann nicht mehr verfügbar sein. Das ist ein Problem, denn die Erde wird durch eine übermäßige Verwendung von solchen Ressourcen stark belastet. Deshalb suchen Forscherinnen und Forscher nach anderen Möglichkeiten, Kunststoff herzustellen. Eine davon ist CO₂. Wenn Kunststoff nur noch aus CO₂ statt aus fossilen Energien gewonnen wird, wäre übrigens ein weiteres Umweltproblem behoben. Durch die Industrialisierung und die Digitalisierung wird viel mehr CO₂ in die Atmosphäre geblasen als sie benötigt. Dadurch steigt die Temperatur auf der Erde immer weiter an. Das ist ein Problem, denn so gibt es immer größere Temperaturschwankungen und Umweltkatastrophen wie Hochwasser oder Dürre. Wenn nun das CO₂ verwendet wird, um Kunststoff herzustellen, wird es nicht in die Atmosphäre abgegeben und die Erde erwärmt sich nicht mehr so schnell .

Durch Treibhausgase wie CO₂ wird die Erderwärmung vorangetrieben. Foto: Adobe Stock / / VectorMine

Jetzt fragst du dich sicher, wie genau das klappen soll? Wie wir schon gelernt haben, ist Kohlenstoff ein wichtiger Bestandteil vieler Kunststoffe. Das Elementsymbol von Kohlenstoff ist C. Um den Kohlenstoff aus Kohlenstoffdioxid, also das C aus CO₂, zu lösen, wird ein sogenannter Electrolyzer – eine Art Katalysator – eingesetzt. Dieser kann chemische Stoffe umwandeln. Dieser Prozess heißt Elektrolyse.

Bisher war es nur möglich, aus CO₂ grünen Wasserstoff zu gewinnen und dadurch Strom zu erzeugen (linkes Bild). Kendra Kuhl, Nicholas Flanders und Etosha Cave des Startups Twelve haben jetzt ein Verfahren entwickelt, das aus CO₂ Kunststoff herstellt (rechtes Bild). Fotos: EnBW AG; Mercedes-Benz Group AG

Das erste Fahrzeugteil aus CO₂

Dem amerikanischen StartUp Twelve ist es nicht nur gelungen, aus CO₂ Kohlenstoff und damit Kunststoff herzustellen. Mit ihrer Erfindung – dem Electrolyzer – konnten sie zudem das weltweit erste Fahrzeugteil aus CO₂ entwickeln. Zusammen mit Mercedes-Benz produzierte Twelve die sogenannte C-Säulenverkleidung der B-Klasse des Automobilkonzerns. Was genau die C-Säule ist, kannst du in unserem Artikel “Lustige Wörter aus der Autowelt: Was machen Säulen in unseren Autos?” nachlesen.

 

 

Die C-Säulenverkleidung der B-Klasse von Mercedes-Benz ist das weltweit erste Fahrzeugteil aus Kohlenstoffdioxid.
Foto: Mercedes-Benz Group AG

Das Unternehmen aus Kalifornien will es nicht bei der C-Säule belassen. Bis zum Jahr 2030 will Twelve Millionen Autoteile aus CO₂ herstellen. Aber nicht nur das: Sie wollen mit ihrer Erfindung allgemein fossile Brennstoffe in Produkten reduzieren und aus Kohlenstoffdioxid Autoarmaturen, Laufschuhe oder Kerosin entwickeln. Der Plan ist, dadurch langfristig fast zehn Prozent des weltweiten CO₂-Ausstoßes zu verringern. Ein Auto ganz aus Luft zu bauen, ist also gar nicht so unrealistisch, wie es zunächst erscheint!

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / LoopAll

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Werkstoffe und Nachhaltigkeit”:

Ein Auto, das sich von selbst und ohne menschliche/n Fahrerin oder Fahrer bewegt – sowas hast du bestimmt schon mal im Fernsehen gesehen. Denn in Filmen gehört das autonome Fahren zur festen Vorstellung von der Zukunft. Das Wort „autonom“ ist griechisch und bedeutet so viel wie „selbstständig“. Das autonome Fahrzeug lenkt sich also selbstständig durch die Straßen, während du und deine Eltern gemütlich darin schlafen, lesen oder spielen könnt. Dieser Traum soll bald zur Realität werden. Daran arbeiten Wissenschaftler/innen und Automobilhersteller.

Die Technik macht’s möglich

Damit Autos ohne menschliche Hilfe fahren können, benötigen sie eine Menge Technik. Denn sie müssen in der Lage sein, blitzschnell auf Veränderungen im Verkehr zu reagieren. Deshalb sind Sensoren die Augen und Ohren des Fahrzeugs. Manche von ihnen arbeiten wie Kameras und sehen das, was eine Fahrerin oder ein Fahrer sehen würde: zum Beispiel, wie die Fahrbahn verläuft. Andere arbeiten mit Echo-Ortung. Sie senden Ultraschallwellen in die Umgebung – also Geräusche, die wir nicht hören können. Sobald eine Schallwelle an ein Objekt wie einen Baum oder ein anderes Auto stößt, wird sie reflektiert. Der Sensor fängt dieses Echo ein und kann so berechnen, wie weit das Objekt entfernt ist. 

Die Sensoren sind die Augen und Ohren des Fahrzeugs. Foto: Adobe Stock // elenabsl

Auch wenn autonome Fahrzeuge aktuell noch nicht für den Straßenverkehr bereit sind – die Sensor-Technologie ist es. Sie kommt bereits heute beim automatisierten Fahren zum Einsatz. Du fragst dich, wo der Unterschied zwischen autonom und automatisiert liegt? 

Was ist was: automatisiert oder autonom? 

Es ist schon lange ganz normal, dass ein Fahrzeug die Person am Steuer ein bisschen unterstützt. Dafür werden sogenannte Fahrerassistenzsysteme in Autos verbaut. Mehr zu diesem Thema Fahrerassistenzsysteme kannst du in unserem Artikel “Intelligent Drive” nachlesen. Sie sorgen für mehr Sicherheit im Straßenverkehr. So verhindert beispielsweise das Antiblockiersystem, dass die Räder bei einer starken Bremsung blockieren. Das ist wichtig, damit der Fahrer oder die Fahrerin die Kontrolle über das Lenkrad behält. Das Antiblockiersystem schaltet sich bei einer Vollbremsung automatisch ein. Diese Art der Unterstützung fällt unter die erste Stufe des automatisierten Fahrens – also des Fahrens, bei dem das Auto Prozesse ohne menschliche Hilfe ausführen kann. Insgesamt gibt es fünf Stufen des automatisierten Fahrens, aber erst bei der letzten handelt es sich wirklich um autonomes Fahren.

Stufe 1: Im Auto sind einzelne Assistenzsysteme verbaut, die sich in einer gefährlichen Situation selbstständig aktivieren.

Stufe 2: Das Fahrzeug verfügt über einen Modus, in dem es für kurze Zeit die Spur halten, bremsen und beschleunigen kann – ohne, dass der Mensch die Hände am Lenkrad oder einen Fuß am Gaspedal hat.

Stufe 3: Der Wagen kann bestimmte Strecken ganz ohne menschliche Hilfe zurücklegen. Währenddessen dürfen der Fahrer oder die Fahrerin ihre Aufmerksamkeit vom Verkehr abwenden: Zeitung lesen, Nachrichten ins Handy tippen oder online einkaufen sind erlaubt. Doch sobald das System ein Problem meldet, muss der Mensch sofort wieder ans Steuer. 

Stufe 4: Das Auto fährt von alleine. Es übernimmt alle Funktionen und gibt sie nur im Notfall wieder an die Person im Fahrzeug ab. So ein Notfall ist eine Situation, für die das System nicht programmiert wurde. Das Auto weiß also nicht, welche Reaktion ausgeführt werden soll. Für diesen Fall muss der Mensch grundsätzlich in der Lage sein, die Kontrolle zu übernehmen. 

Stufe 5: Beim autonomen Fahren gibt es keinen Fahrer und keine Fahrerin mehr. Der Mensch wird zum Passagier – so wie ein Fahrgast im Zug oder Bus. Das System im Wagen trifft eigenständige Entscheidungen und hat die volle Verantwortung. Der Fahrgast kann nicht eingreifen und muss deshalb zu keiner Zeit das Steuer übernehmen. 

Die Unterschiede zwischen den 5 Stufen siehst du in dieser Grafik noch einmal ganz deutlich:

Stufen des automatisierten Kfz-Verkehrs. Foto: VCÖ (www.vcoe.at)

Bestimmt ist dir der Unterschied zwischen automatisiertem und autonomem Fahren schon aufgefallen. Beim automatisierten Fahren kann das Auto nur die Prozesse ausführen, für die es programmiert wurde. Das Fahrzeug folgt festgelegten Regeln. Doch sobald eine Situation auftritt, für die es nicht programmiert wurde, muss der Mensch eingreifen. Autonom ist ein Wagen erst dann, wenn er ganz ohne menschliche Unterstützung auskommt und selbstständig Entscheidungen treffen kann. Um spontan handeln zu können, verfügt ein autonomes Fahrzeug über selbstlernende Technik. Wenn du wissen willst, wie genau das funktioniert, dann schau doch mal in unseren Beitrag über Algorithmen.

Ein großer Schritt

Fahren im hochautomatisierten Cockpit
Das System DRIVE PILOT macht automatisiertes Fahren der Stufe drei möglich. Foto: Mercedes-Benz Group AG

Seit diesem Jahr düst der erste automatisierte Wagen der Stufe drei über deutsche Straßen – es ist die neue Mercedes S-Klasse. Das System, das den Wagen automatisch fährt, heißt DRIVE PILOT. Es ermöglicht dem Fahrer oder der Fahrerin, bei viel Verkehr zu entspannen. Denn der Autopilot hält die Spur und den Abstand zu anderen Fahrzeugen. Das System darf im Stau auf der Autobahn eingeschaltet werden und maximal 60 Kilometer pro Stunde fahren. Damit erfüllt Mercedes-Benz als erster Automobilhersteller alle Anforderungen an Technik und Sicherheit eines hochautomatisierten Autos. Das ist ein großer Schritt in Richtung autonomes Fahren.

Beitragsfoto: Adobe Stock // metamorworks

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Heute sind Alex und ich im Mercedes-Benz Werk in Untertürkheim. Dort erkunden wir das Labor, in dem Batteriezellen erforscht werden. Dabei dürfen wir nicht nur zuschauen, sondern auch selbst mitmachen!

E-Autos und ihre Batterien – Christoph Starzynski erklärt

Eingeladen wurden wir von Christoph Starzynski ins Werk nach Untertürkheim. Bevor wir ihn für ein Interview besuchen, spielen wir draußen noch mit unserem Spielzeugauto – doch was ist das? Die Batterie ist leer, oh nein! Ob Christoph uns weiterhelfen kann?
Er ist Leiter des Bereichs Entwicklung Elektroantriebe bei Mercedes-Benz und kümmert sich gemeinsam mit seinem Team um alle elektrischen Antriebe, die Batterien und das Laden von Elektroautos. Er kennt sich also richtig gut mit Elektromotoren und Batterien aus.

Christoph erklärt uns vieles über den Aufbau einer Batterie und zeigt uns verschiedene Modelle. Pouch-, Hardcase- oder Rundzelle – alle diese Batteriezellen befinden sich in einem Elektroauto! Hättet ihr das gedacht?
Alex fragt, ob er mit einem Elektroauto wohl auch sein Handy aufladen kann. Christophs Antwort hat mich ganz schön überrascht!

Christoph Starzynski erklärt den Aufbau einer Batterie

Tipps vom Profi

Natürlich haben wir auch nach Tipps gefragt, falls wir nach der Schule etwas Ähnliches machen möchten wie Christoph. Sein größter Tipp ist: Das zu machen, was einem Spaß macht. Denn wenn es Spaß macht, dann ist man auch erfolgreich!
Klingt eigentlich ganz logisch, oder?

Ein Blick hinter die Kulissen

Die Batterien in einem Elektroauto sind ganz besonders, denn sie müssen viel aushalten – ob Hitze oder Kälte. Deshalb werden diese Batterien im Zelllabor in Untertürkheim entwickelt. Martin Frey, Teamleiter in der Entwicklung Zellkomponenten, nimmt uns mit in das Labor, damit wir mit eigenen Augen sehen können, was genau dort passiert. Im Labor fühlen wir uns wie echte Forscherinnen und Forscher! Doch ohne Schutzkleidung läuft hier nichts – im Video seht ihr, warum das so ist.

Martin Frey erklärt den Kinderreporten, was im Labor passiert

Kinderforscher Milena und Alex im Einsatz

Laborkittel, Schutzbrille, Sicherheitsschuhe: Wir sind bereit! Auf unserem Rundgang durch das Labor lernen wir die verschiedenen Stationen kennen, die eine Batteriezelle bei ihrer Entwicklung durchläuft. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sind sehr nett: Wir dürfen sogar unsere eigene Batteriezelle bauen. Was blauer, glibbriger Schleim wohl damit zu tun hat? Seht gleich selbst nach! Eins kann ich schon mal verraten: Lieber nicht anfassen!
Bei unserem Einsatz verwenden wir viele unterschiedliche Werkzeuge und Maschinen. Kolben, Speedmixer, Beschichter und Glovebox sind nur ein paar davon. Dass wir im Labor auch mit Bausteinen spielen werden, haben wir nicht erwartet. Wie kompliziert das sein kann, zeigen wir euch im Video.

Alex an der Beschichtungsmaschine

Nach dem aufregenden Ausflug nach Untertürkheim können wir uns viel besser vorstellen, wie eine Batterie eigentlich funktioniert. Aber wie viele braucht man davon für ein Auto? Viele kleine reichen dafür nicht: Für Elektroautos braucht man ganz große Batteriezellen. Auch an diesen Batteriezellen wird im Werk in Untertürkheim geforscht, aber in einem anderen Labor. Wir sind gespannt, ob wir bald auch einen Blick in dieses Labor werfen dürfen.

Ihr wollt wissen, ob Alex und ich es am Ende schaffen, unsere eigene Batterie zu bauen? Schaut es euch in unserem neuen Video an – Euch wird auf jeden Fall ein Licht aufgehen 😉

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Alle Fotos: Mercedes-Benz Group AG