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 Leben ohne Internet können wir uns gar nicht mehr vorstellen. Denn mittlerweile besitzen die allermeisten Menschen Laptops, Tablets und Smartphones. Damit können wir immer und überall online gehen. Wenn uns  eine Frage beschäftigt, googeln wir sie und sind danach meistens schlauer. Außerdem gibt es im Internet eine Menge Spiele, die Spaß machen. Sicherlich hast du dir auf einer langen Autofahrt mit deinen Eltern auch schon die Zeit mit Apps vertrieben. Wusstest du, dass App die Abkürzung für das englische Wort „application“ ist? Das bedeutet Anwendung oder Programm. Apps gibt es für alle möglichen Bereiche: zum Spielen, Lesen, Lernen, Chatten und mehr.

Schlau, schlauer, smart!

Auch deine Eltern nutzen Apps – aber wahrscheinlich andere als du. Denn mit bestimmten Anwendungen lässt sich die Technik im Haus kontrollieren: die Kaffeemaschine starten, Musik spielen oder die Heizung aufdrehen. Wenn sich besonders viele Haushaltsgeräte über das Smartphone oder Tablet steuern lassen, sprechen wir von einem „Smart Home“. Das klingt ganz ähnlich wie Smartphone. Kein Zufall, denn in beiden Begriffen steckt das Wort „Smart”, was soviel wie „intelligent“ bedeutet. Das Smartphone ist also das intelligente Telefon und das Smart Home das intelligente Zuhause. Doch was macht sie so schlau? Es ist das Internet der Dinge. 

IoT – Ei O Was?

Das Internet der Dinge heißt auf englisch „Internet of Things“ und wird deshalb mit „IoT” abgekürzt. Es bedeutet, dass Gegenstände über das Internet miteinander vernetzt sind. Kleine Sensoren oder Mikrochips sorgen dafür, dass Kühlschränke, Kaffeemaschinen und Co. ein Netzwerk bilden, indem sie Daten austauschen, diese auswerten und so „intelligent“ handeln können. Ein Beispiel: Sobald du dich auf den Weg nach Hause machst, wird ein Signal über dein Smartphone an dein Smart Home gesendet. Dieses sorgt dafür, dass die Heizung aufdreht, das Licht angeht und Musik abspielt, ohne, dass du einen Finger rührst. Das macht nicht nur dein Leben leichter, sondern schont auch die Umwelt. Du fragst dich, wie?

Bedienung eines Smart Homes über ein Tablet
In einem Smart Home sind Haushaltsgegenstände miteinander vernetzt. Foto: Adobe Stock // elenabsl

Nachhaltigkeit ist das A und O

Das Ziel des Internets der Dinge ist, die reale Welt mit der virtuellen Welt zu verbinden und sie so sicherer, einfacher und nachhaltiger zu machen. Nachhaltigkeit heißt, die Zukunft der Erde im Blick zu behalten und dafür zu sorgen, dass nicht alle Ressourcen in der heutigen Zeit verbraucht werden. Ressourcen kann man unter anderem schonen, indem man sparsam mit Energie umgeht. Doch insbesondere im Winter benötigen wir eine ganze Menge davon, um es drinnen gemütlich warm und hell zu haben. Hier sorgt ein Smart Home für nachhaltigen Verbrauch, indem Licht und Heizung abgeschalten werden, sobald die Menschen das Haus verlassen. Das spart Energie und Kosten. Weil die smarte IoT-Technologie so viele Vorteile bringt, wird es in Zukunft immer mehr Dinge geben, die mit dem Internet verbunden sind. Und das betrifft nicht nur unseren Alltag, sondern auch die Geschäftswelt. Noch mehr Informationen zum Thema Nachhaltigkeit erhaltet ihr in unserem Blog-Artikel „Was bedeutet eigentlich Nachhaltigkeit?“.

1,2,3 … Industrie 4.0 

Durch das Internet der Dinge lassen sich neben kleineren Haushaltsgegenständen auch große Industriemaschinen vernetzen. Mittlerweile kommunizieren immer mehr Roboter in Produktionshallen miteinander. Die Informationen und Befehle, die sie zum Ausführen ihrer Arbeit benötigen, erhalten sie nicht mehr von Menschen, sondern von anderen Maschinen. Bei dieser sogenannten Maschine-zu-Maschine-Kommunikation kommt es vor allem darauf an, dass die Informationen zu den verschiedenen Stufen der Produktion überall und ohne Verzögerung abrufbar sind. Diese smarte Produktion kann als vierte industrielle Revolution bezeichnet werden und ist unter dem Namen Industrie 4.0 bekannt. Mehr dazu erfährst du in unserer dreiteiligen Genius-Serie rund um die Industrie 4.0. 

Smart mit Sternchen: Factory 56

Ziel der Industrie 4.0 ist es, Menschen, Maschinen und Prozesse optimal zu vernetzen. Mercedes-Benz setzt bereits seit einiger Zeit auf die sogenannte Smart Factory, die intelligente Fabrik. Ein Beispiel dafür ist die Produktionshalle Factory 56: Hier werden neue Autos so modern produziert, dass es schon heute wie ein Blick in die Zukunft wirkt. Auf einer Größe von 30 Fußballfeldern werden sowohl Elektrofahrzeuge als auch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf derselben Produktionsstraße gebaut. Das funktioniert, indem jedes Teil wichtige Informationen bei sich trägt. Die Maschinen lesen diese Daten selbständig aus und wissen dadurch, was sie zur Herstellung beitragen müssen. Somit kann der Weg des Produktes durch die gesamte Fabrik automatisch gesteuert werden. Die Factory 56 hat unser Kinderreporter Alex sogar schon besichtigt und vor Ort für euch berichtet.

Blick in die Factory56
Hier werden Fahrzeuge smart gefertigt: die Produktionsstraße in der Factory 56. Foto: Mercedes-Benz Group AG

Das Internet der Dinge hat Produktionsabläufe bereits stark verändert, hält aber auch noch viele Möglichkeiten für die Zukunft bereit. Sowohl in der Geschäftswelt als auch in unserem Alltag werden immer mehr Gegenstände über die IoT-Technologie vernetzt. Erwarten uns also neben Smartphones, Smart Homes und Smart Factories bald ganze smarte Städte? Sicher ist, dass eine intelligente Infrastruktur viele Vorteile bietet: Sie entlastet den Mensch und schont die Umwelt.

 

Beitragsfoto: Adobe Stock // Stanisic Vladimir

Technisches rund um Batterien und Akkus

Wie sind Batterien aufgebaut?

Bestimmt hast du schon mal das Plus und das Minus gesehen, die an den Enden einer Batterie aufgedruckt sind. Das Plus steht für einen Pluspol und das Minus für einen Minuspol in der Batterie. Der Minuspol besteht aus reinem Metall und der Pluspol aus Metalloxid. Das ist Metall, welches mit Sauerstoff verbunden ist. Beide Pole bestehen aus Elektronen, also winzig kleinen elektronisch geladenen Teilchen. Zwischen den beiden Polen, in der Mitte der Batterie, befindet sich eine Säure, das Elektrolyt. Die beiden Pole sind außerdem durch einen Separator, ein stromundurchlässiges Material, getrennt. Das kann zum Beispiel Kunststoff sein. In der Batterie befinden sich also die beiden Pole, das Elektrolyt und der Separator.

Wie genau funktionieren Batterien?

Wenn eine Batterie genutzt wird, dann findet in ihr ein chemischer Prozess statt, die so genannte Elektrolyse. Hierbei geraten die Elektronen der Pole in Bewegung und fließen vom Plus- zum Minuspol. Eine Batterie wandelt also chemische in elektrische Energie um und produziert auf diese Art Strom. Wenn alle Elektronen vom Plus- zum Minuspol gewandert sind, dann ist die Batterie leer und kann nicht mehr verwendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Batterien und Akkus?

Den größten Unterschied zwischen Batterien und Akkus kennst du bestimmt: Akkus sind im Gegensatz zu Batterien aufladbar und wiederverwendbar. Ein Akku funktioniert fast genau gleich wie eine Batterie und ist sehr ähnlich aufgebaut. Beim Akku jedoch erzeugt das Aufladen eine Spannung, die einen erneuten Elektronenüberschuss am Pluspol anregt. So gibt es dann wieder neue Elektronen, die vom Plus- zum Minuspol wandern können

Was haben Autos mit Akkus und Batterien zu tun?

Plug-in-Hybride

Im letzten Beitrag haben wir ja ausführlich vorgestellt, was ein Plug-in-Hybrid ist. Zusammengefasst kann man sagen: Bei Plug-in-Hybriden handelt es sich um Autos, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen elektrischen Motor haben. Das Besondere an Plug-in-Hybriden ist, dass sie zusätzlich einen Akku besitzen, also mit Strom aufgeladen werden können. Das geht entweder an einer Ladesäule oder auch an einer geeigneten Steckdose zuhause.
Akkus und Batterien kommen also nicht nur in Laptops und Fernbedienungen vor, sondern auch zum Beispiel in Autos.

Mann betankt einen Mercedes-Benz-S-Klasse Plugin-Hybrid an einer Ladestation – Genius erklärt Fragen und Antworten rund um die Batterie
So sieht das aus, wenn man einen Plug-in-Hybrid an einer Ladesäule auflädt // Foto: Mercedes-Benz Group AG

Batterien und Akkus im Alltag

Meine Akkus gehen immer schnell kaputt – was kann ich dagegen tun?

Es gibt einige Tipps, die dafür sorgen, dass deine Akkus weniger schnell kaputtgehen. Zum Beispiel ist es empfehlenswert, den Akku deines Geräts immer zwischen 20-80 % zu halten, dein Gerät also weder komplett zu laden noch komplett zu entladen. Außerdem solltest du darauf achten, dein Gerät nach der Ladung auszustecken. Bleibt ein Gerät weiter an der Steckdose angesteckt, auch wenn es bereits voll geladen ist, kann das dem Akku schaden. Wenn du also zum Beispiel dein Handy gerne über Nacht laden lässt, solltest du dir lieber eine Alternative überlegen.

Mit den richtigen Tipps erfreut sich dein Akku einer langen Lebensdauer // Foto: Adobe Stock Jo Panuwat D

Wie entsorge ich Akkus und Batterien richtig?

Aber egal, wie gut du auf deine Akkus und Batterien auch Acht gibst, irgendwann kommt immer der Punkt, an dem sie kaputtgehen. Und was dann?
Auf keinen Fall darfst du deine defekten Akkus und Batterien im normalen Hausmüll entsorgen. Das ist in Deutschland verboten, weil die Chemikalien gefährlich sind.
Stattdessen kannst du Akkus oder Batterien oft bei Supermärkten oder anderen größeren Läden zurückgeben. Dort stehen im Kassenbereich so genannte Auffangboxen, in die du deine Akkus und Batterien werfen kannst. Dann werden sie fachgerecht entsorgt.
Achte außerdem darauf, defekte Akkus und Batterien möglichst nicht mit bloßen Händen anzufassen, falls giftige Chemikalien austreten.

Werden Batterien und Akkus recycelt?

Batterien und Akkus können tatsächlich recycelt werden! Das spart Produktionskosten und ist außerdem sehr umweltfreundlich. Aus defekten Batterien können nach ihrer Entsorgung wertvolle Elemente wie Blei, Kadmium oder Zink gewonnen werden.
Ältere und ausgemusterte Akkus, die noch funktionieren, aber weniger leistungsstark sind als neue Akkus, können sogar noch ein zweites Leben führen. Das ist das so genannte Second Life Konzept. Hierbei werden diese Akkus in stationären Anlagen gesammelt, wo sie dazu genutzt werden, elektrische Energie zu speichern.

Second Life: Batterien und Akkus können recycelt werden! // Foto: Adobe Stock Chepko Danil

Warum darf man normale Batterien nicht im Akkuladegerät laden?

Bei Batterien kann die chemische Reaktion nicht umkehrbar gemacht werden, die zur Elektrolyse und Entstehung von Strom führt. Bei Akkus hingegen wird diese Reaktion durch das Anlegen elektrischen Stroms, also das Einstecken in die Steckdose, umkehrbar gemacht und kann wiederholt werden. Das ist möglich, weil Akkus minimal andere Chemikalien beinhalten als Batterien. Versuchst du dennoch, Batterien aufzuladen, können diese kaputtgehen. Dann platzen sie auf und giftige Chemikalien treten aus.

Wo in unserem Alltag brauchen wir Akkus und Batterien?

Weißt du, wo überall Akkus und Batterien vorkommen? Nicht nur in deinem Handy oder deinem Laptop, sondern zum Beispiel auch in etlichen Küchengeräten, wie beispielsweise einem Handmixgerät. Andere Haushaltsgeräte wie Saugroboter funktionieren ebenfalls nur durch Akkus.
Doch nicht nur im Haushalt findest du Akkus und Batterien. Selbst riesige Maschinen wie Flugzeuge und Schiffe haben oftmals eingebaute Akkus, die dem Motor die nötige Startenergie liefern können.

Du siehst also, Akkus und Batterien sind ganz schön vielfältig!

Beitragsfoto: Adobe Stock // Kenishirotie

Damit hast du jetzt bestimmt nicht gerechnet: Das Wort „Nachhaltigkeit” stammt ursprünglich aus der Forstwirtschaft des 17. Jahrhunderts. Damals ging es um den Gedanken, dass nicht mehr Bäume gefällt werden sollten, als nachwachsen können. Wenn man alles auf einmal abholzt, gibt es gar keinen Wald mehr – wenn man jedoch immer nur eine bestimmte Menge der Bäume fällt, bleibt der Wald als solches erhalten. So haben auch folgende Generationen noch Holz für ihren Verbrauch zur Verfügung. 

Klingt einleuchtend, oder? Wenn man genauer darüber nachdenkt, trifft das nicht nur auf Holz zu, sondern auf andere Ressourcen genauso. Nachhaltigkeit bedeutet also im weitesten Sinne, die Zukunft der Erde im Blick zu haben und dafür zu sorgen, dass man nicht alle Ressourcen bereits in der Gegenwart aufbraucht.

Alltag & Co.: Nachhaltigkeit im Kleinen

Der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen kann gut auf weitere Bereiche des täglichen Lebens übertragen werden. Ein anderer Aspekt ist die Art, wie wir Menschen generell leben. Wie viel Müll hinterlassen wir? Werfen wir einen Gebrauchsgegenstand sofort weg und kaufen etwas Neues – oder verwenden wir ihn möglichst lange?

Auch in deinem persönlichen Alltag lohnt es sich, darüber nachzudenken, wie du nachhaltig leben kannst. Das betrifft nicht nur Gegenstände. Kein Wasser zu verschwenden, ist eine Art, in deinem Alltag auf Nachhaltigkeit zu achten – also zum Beispiel beim Zähneputzen das Wasser nicht die ganze Zeit laufen zu lassen, sondern erst dann aufzudrehen, wenn du es brauchst. Wenn du dein Taschengeld sofort ausgibst, nachdem du es bekommen hast, ist es weg. Wenn du etwas davon zur Seite legst, hast du auch im kommenden Monat noch etwas davon – du bist also nachhaltig mit deinem Taschengeld umgegangen.

Politik & Co.: Nachhaltigkeit im Großen

Wenn du selbst nachhaltig mit deinem Taschengeld umgehst oder deine Klamotten nicht bereits nach dem zweiten Tragen wegwirfst, ist das zwar nachhaltig, aber nur für dich im Privaten. Damit beim Verbrauch von Ressourcen wirklich Rücksicht auf nachfolgende Generationen genommen werden kann, müssen große Entscheidungen getroffen werden. 

So beratschlagen sich zum Beispiel Politikerinnen und Politiker aus der ganzen Welt regelmäßig darüber, wie man Nachhaltigkeit gestalten und zum Beispiel die Umwelt besser schützen kann. Es gibt gemeinnützige Organisationen, die in einem bestimmten Bereich für mehr Nachhaltigkeit arbeiten, zum Beispiel Landwirtschaft. Und auch große Firmen und Unternehmen achten darauf, wie sie Produktion nachhaltig umsetzen und ihrer Verantwortung für die Gesellschaft gerecht werden.

Hybrid, Brennstoffzelle und mehr: Nachhaltigkeit im Bereich Automobil

Eine dieser großen Firmen ist Mercedes-Benz, wozu Genius ja ebenfalls gehört. Auch beim Bau von Autos wird auf Nachhaltigkeit geachtet. So entwickelt Mercedes-Benz Lösungen für alternative Antriebe regelmäßig weiter – wie zum Beispiel Hybrid-Fahrzeuge oder Forschung an der Brennstoffzelle. Hierzu war Kinderreporterin Emma sogar schon von Ingenieurin Leoni Pretzel in die „Verfahrensentwicklung”  eingeladen worden. Dort hat ihr Leoni gezeigt, wie so eine Brennstoffzelle funktioniert und warum das für mehr Nachhaltigkeit sorgt.

Aber auch Themen wie Klimaschutz und Luftreinhaltung, wie unsere Städte lebenswert gestaltet werden können, sodass sich alle wohlfühlen, und wie der Verkehr noch sicherer werden kann, gehören für Mercedes-Benz dazu. Themen, von denen langfristig alle etwas haben, auch deine Familie und du.

Beitragsfoto: Mercedes-Benz Group AG

Nochmal für dich zur Erinnerung: Hybridmotoren besitzen sowohl einen elektrischen als auch einen benzinbetriebenen Motor. Das hat den Vorteil, dass der Benzinantrieb manchmal durch den elektrischen Antrieb ersetzt werden kann, was viel besser für die Umwelt ist. Dazu kann sich der Elektromotor im Auto während der Fahrt aufladen, indem er die Energie speichert, die beim Bremsen freigesetzt wird. Wie das genau funktioniert, haben wir dir ja schon in diesem Beitrag erklärt.

Fliegen mit weniger Schadstoffen

Wenn ein Flugzeug von einem Ort zum anderen fliegt, dann verbraucht es eine große Menge an Kohlenstoffdioxid, oder auch CO2 genannt. Damit die Natur beim Fliegen geschont werden kann, arbeiten aktuell viele Firmen daran, ein Passagierflugzeug mit Hybridantrieb zu bauen. Wenn alles nach Plan verläuft, könnten diese Modelle schon in wenigen Jahren in die Lüfte steigen.

 

So sieht eine Flugzeugturbine aus der Nähe aus — Foto: Adobe Stock // Federico Rostagno

Und so soll es funktionieren

Zunächst soll eine der Gasturbinen im Flugzeug, die normalerweise für den Antrieb sorgen, durch einen Elektromotor ersetzt werden. Die Energie, also der Strom für den Motor, wird während des Flugs in einer der anderen Gasturbinen erzeugt. Diese Turbine wird wiederum durch Kerosin, einen speziellen Flugzeugtreibstoff, angetrieben. Es wird also im Prinzip Kerosin eingesetzt, um die Energie für den Elektromotor zu erzeugen. Dieser ganze Vorgang verbraucht insgesamt weniger Treibstoff.

In der Luft wie im Wasser

Ein ähnliches Prinzip wie bei den Flugzeugen kommt auch in der Schifffahrt zum Einsatz, denn inzwischen gibt es einige Frachtschiffe, die neben dem gewöhnlichen Motor auch einen elektrischen besitzen. Auch hier wird durch den Einsatz von Treibstoff der Elektromotor aufgeladen, der dann anschließend zur Fortbewegung genutzt wird.

Auch auf den Ozeanen kommen Hybridmotoren zum Einsatz — Foto: Adobe Stock // Riza

Warum überhaupt auf Elektrik umschalten?

Auf hoher See oder im Hafen gibt es manchmal Situationen, in denen ein Schiff sehr genaue Manöver fahren muss. Ein Elektromotor hilft dabei, da er die Schiffsschrauben auch bei niedriger Leistung sehr zuverlässig im gleichen Tempo dreht. Bei einem Dieselmotor kann die Antriebskraft manchmal schwanken. Gerade wenn es um kleinere Bewegungen im Wasser geht, kann das viel Energie kosten.

Beitragsbild: Adobe Stock // mirkomedia

“Community-based Parking” – das bedeutet übersetzt so etwas wie “Gemeinschaftliches Parken”. Dabei geht es darum, dass das eigene Auto anderen Fahrenden mitteilen kann, wo sie parken können. Und auch andersherum funktioniert das: Andere Fahrzeuge sagen dem eigenen Auto, wo sich ein freier Stellplatz befindet.

Wie funktioniert Community-based Parking?

Stell dir vor, alle Autos, die durch die Stadt fahren, sind mit kleinen Kameras und Sensoren ausgestattet. Diese helfen dabei, freie Parkplätze im Vorbeifahren zu erkennen. Haben die Sensoren einen freien Stellplatz erkannt, wird er sofort digital gespeichert. Wenn jetzt ein anderer Autofahrender einen Parkplatz sucht, dann kann dieser über eine App auf diese Entdeckung zugreifen und weiß: “Ein Auto hat an dieser Stelle einen freien Parkplatz gesehen!”

Je mehr, desto besser

Jetzt ist es natürlich nicht so, dass nur ein Fahrzeug freie Parkplätze findet und einspeichert. Im Gegenteil: Das Ziel ist es, dass so viele Autos wie möglich dafür eingerichtet sind, freien Parkraum zu finden und an diejenigen zu vermitteln, die einen Stellplatz suchen. Wenn viele Autofahrende mit den nötigen Sensoren und Kameras ausgestattet sind, lässt sich außerdem erkennen, wenn ein Parkplatz wieder belegt ist – das kann dann auch an die anderen gesendet werden. Je mehr Fahrzeuge dieses System nutzen, desto zuverlässiger wird es.

Autos können auch miteinander kommunizieren — Foto: Adobe Stock // folienfeuer

Entspannter und schneller

“Community based Parking” hilft also, dass Autofahrende nicht mehr so lange nach einem freien Parkplatz suchen müssen – und ist ein schönes Beispiel dafür, wie Autos ihre “Sinne” einsetzen. Das war ja auch das Thema von Ola Källenius’ letztem Vortrag an der Kinderuni in Karlsruhe. Aktuell befindet sich das System noch in der Testphase, damit es bald ganz vielen Leuten die Suche nach einem Parkplatz erleichtert. Das spart Zeit und Kraftstoff – und sorgt dafür, dass man sich nicht aufregen muss. Denn keinen Parkplatz zu finden, kann ganz schön nervig sein.

Beitragsfoto: Mercedes-Benz Group AG

Die Menschen bevorzugen Autos mit Verbrennungsmotor

Über 90 Prozent der Autokäufer/innen entscheiden sich bisher noch für ein Auto mit Verbrennungsmotor – also mit Abstand die meisten. Die Zahl der zugelassen Autos mit Elektromotor, oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb, steigt zwar an, dennoch gibt es momentan viele Punkte, die aus Sicht der Autofahrer/innen gegen ein elektrisch betriebenes Auto sprechen: Die Anschaffungskosten sind höher als bei Autos mit Verbrennungsmotor. Außerdem gibt es immer noch nur wenige Ladestationen für die sogenannten Stromer. Die Reichweite, also wie weit man mit einem aufgeladenen Akku kommt, sowie die langen Ladezeiten sind jedoch für viele Leute das größte Problem der Elektroautos. Deshalb sieht man sie bisher auch hauptsächlich im Stadtverkehr – denn da legt man nur kurze Strecken zurück und es gibt mehr Ladestationen als auf dem Land. Von unserem Staat gibt es daher inzwischen verschiedene Anreize wie Kaufprämien oder Steuervorteile, um die Menschen zum Kauf eines Elektroautos zu motivieren.

Elektroautos der Zukunft
Die leisen Elektroautos hört man auf der Straße fast nicht.

Unsere Umwelt braucht Elektromobilität

Für unsere Umwelt sind die vielen Benzin- und Dieselautos allerdings ein großes Problem. Die Abgase, die von Autos mit Verbrennungsmotoren ausgestoßen werden, verschmutzen unsere Atemluft und fördern den Klimawandel, der für die ganze Erde schlimme Folgen mit sich bringt. Viele Städte verhängen deshalb jetzt schon örtliche Fahrverbote für „normale“ Autos. Die Bundesregierung fördert die Forschung zur Elektromobilität massiv und hat dafür auch, gemeinsam mit der Automobilindustrie, die „Nationale Plattform Elektromobilität“ gegründet. Hier wird zum Beispiel auch an einer geeigneten Infrastruktur für Stromtankstellen gearbeitet, sodass jeder die Möglichkeit hat, ein Elektroauto zu fahren – und es auch dort aufzuladen, wo er es benötigt, auch wenn er auf dem Land wohnt.

Elektroautos der Zukunft
Hier kannst du sehen, wie ein Elektroauto der Mercedes-Benz Group AG von innen aussieht.

Mercedes-Benz setzt auf Elektroautos

Dass wir unserer Umwelt zuliebe dringend an alternativen Antrieben zu Benzin und Diesel arbeiten müssen, hat auch Mercedes-Benz längst erkannt. Der Autobauer glaubt fest daran, dass Elektroautos kurz vor dem Durchbruch stehen. Im September letzten Jahres wurde die Untermarke für Elektroautos von Mercedes-Benz – EQ – vorgestellt. Das erste Modell der Serie soll 2019 auf den Markt kommen. Wenn der Fortschritt im Bereich der Elektromobilität weiter so voranschreitet, steht dem Vormarsch der Elektroautos sicher bald nichts mehr im Wege.

Beitragsbild: Mercedes-Benz Group AG

Bilder: Mercedes-Benz Group AG

Batterien und Akkus gibt es ganz viele verschiedene und alle sind sie dafür da, Geräte mit elektrischem Strom zu versorgen und funktionsfähig zu machen. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Batterien und Akkus? Ganz einfach: Die Batterie ist im Gegensatz zum Akku nicht aufladbar. Das kennst du zum Beispiel von deinem Wecker oder deinem Taschenrechner. Wenn die Batterie einmal leer ist, musst du sie entsorgen. Einen Handyakku oder den Akku einer Digitalkamera kann man dagegen immer wieder aufladen. Er ist praktisch eine wiederaufladbare Batterie. Doch auch die hält nicht ewig: Mit der Zeit muss man sie immer öfter aufladen, bis sie schließlich zu schwach für das Gerät wird. Auch der Akku muss dann entsorgt werden – oder?

Akku
Ein Akku ist eine wiederaufladbare Batterie.

Umweltfreundlich

Eines steht auf jeden Fall fest: Da du Akkus nicht sofort entsorgen musst, sondern immer wieder aufladen kannst, sind sie ein wenig umweltfreundlicher als Batterien. Sie produzieren schlichtweg nicht so viel Müll. Doch auch bei Akkus gibt es Vor- und Nachteile. Um diese zu erklären, machen wir einen kleinen Ausflug in die Chemie.

Es gibt Nickel-Kadmium-Akkus, Nickel-Metallhydrid-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus und Lithium-Ion-Polymer-Akkus. Das hört sich sehr kompliziert an, diese Typen lassen sich aber schnell in zwei verschiedene Gruppen einteilen. Die beiden Akku-Varianten mit Nickel entladen sich sehr schnell selbst. Das bedeutet, wenn du sie auflädst und einfach unbenutzt liegen lässt, ist beim nächsten Benutzen der Akku bereits zu einem Teil leer. Auch die Lithium-Ionen-Akkus entladen sich selbst, allerdings nicht so schnell. Ein Vorteil ist hier auch, dass die Akkus genauso groß sind wie die Nickel-Akkus und trotzdem mehr Energie speichern können. Außerdem haben sie eine längere Lebenszeit. Das sind ein paar der Gründe, warum Lithium-Ionen-Akkus häufig zum Einsatz kommen. Du findest solche Akkus zum Beispiel in Handys und Laptops, aber auch die Batterie in einem Elektrofahrzeug funktioniert wie ein Lithium-Ionen-Akku.

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Vor allem in tragbaren Geräten und Elektroautos findest du Lithium-Ionen-Akkus. — Bild: Mercedes-Benz Group AG

Alterung durch Oxidation

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen Zellen, die wiederum jeweils aus einer positiven und einer negativen Elektrode bestehen. Bei der Aufladung wandern die Ionen von der positiven zur negativen Elektrode und lagern sich dort ein. Bei der Entladung ist es andersherum. Mit der Zeit allerdings oxidieren die beiden Elektroden in einer Zelle. Das bedeutet, sie geben Elektronen ab. Die Folge davon ist, dass sie keine Lithium-Ionen mehr speichern können. Das Auf- und Entladen des Akkus funktioniert immer weniger.

Du fragst dich nun sicher: Warum oxidieren die Elektroden in den Zellen überhaupt? Das hängt vor allem von Temperatur und Ladezustand des Akkus ab. Wenn der Akku zum Beispiel in einer sehr warmen Umgebung aufbewahrt wird und zudem noch vollgeladen ist, altert er sehr schnell.

Akku
Ein Stromspeicher aus alten Batterien von Elektroautos — Bild: Mercedes-Benz Group AG

Das zweite Leben der Elektroauto-Batterie

Die Lithium-Ionen-Akkus in den Elektroautos der Mercedes-Benz Group AG haben eine Lebensdauer von circa zehn Jahren. Dann muss man sie auswechseln, weil die Reichweite der Autos nicht mehr ausreicht. Sind Elektroautos also wirklich so umweltfreundlich, wenn ihre Akkus alle zehn Jahre entsorgt werden müssen?

Die Mercedes-Benz Group AG möchte, dass der Lebenszyklus einer solchen Batterie dann noch nicht endet. Deshalb hat der Autobauer die Batterien von 1000 smart-Elektrofahrzeugen zu einem großen Stromspeicher zusammengeschlossen. Wie ein stationärer Energiespeicher soll er zum Beispiel Sonnen- oder Windenergie speichern und dann verfügbar machen, wenn man diese Energie braucht.

Die Akkus der Elektroautos werden damit nicht nur weitere zehn Jahre verwendet, die Energieanbieter könnten so auch ein weiteres großes Problem lösen. Momentan kommt unser Strom noch aus umweltschädlichen Kraftwerken. Deshalb ist das Ziel, langfristig auf erneuerbare Energien, also Energie aus Windrädern oder Energie durch Solarzellen, umzustellen. Auf diese Energie kann man sich aber nicht verlassen, denn die Sonne scheint nicht immer dort, wo Menschen Strom brauchen, und auch der Wind weht dort nicht immer. Es muss deshalb sogenannte Primärreserven geben. Das sind Energiespeicher, auf die sofort zurückgegriffen werden kann, wenn der Strom mal fehlt. Ein Stromspeicher aus ganz vielen alten Elektro-Akkus kann überschüssige Energie aus Sonne und Wind speichern und in solchen Fällen zum Einsatz kommen.

Akku
So stellt sich die Mercedes-Benz Group AG (ehemals Daimler AG) den Lebenszyklus der Batterien aus Elektroautos vor. — Bild: Mercedes-Benz Group AG

Der Stromspeicher der Mercedes-Benz Group AG soll noch dieses Jahr bei den deutschen Energieanbietern in Betrieb gehen und vollautomatisch funktionieren. Nach zehn Jahren eignen sich die Batterien auch dafür nicht mehr. Dann sollen sie recycelt und für den Bau neuer Batterien für Elektroautos verwendet werden.

Willst du beim Sport auch besser sein als deine Klassenkameradinnen und Klassenkameraden? Klar, oder? Ein gesunder Ehrgeiz kann nicht schaden und bringt dich voran. So geht es auch den Autoherstellenden. Mit intelligenter Technik wollen sie die Autos noch effizienter und umweltschonender bauen. Bereits 1899 wurde das erste Automobil La Cuadra mit Hybridantrieb in Barcelona gebaut. Eine alt bekannte Technik, die bis heute stetig weiterentwickelt wurde.

Verbrennungsmotor trifft Elektromotor

Das ist eine ganz schön ausgeklügelte Idee: In das Auto wird nämlich sowohl ein Verbrennungs- als auch ein Elektromotor eingebaut. Von einem Verbrennungsmotor spricht man, wenn man das Auto an der Tankstelle mit Benzin tankt. Elektroautos werden mit Strom aufgeladen, um fahren zu können. Hybridmotoren bestehen aus beiden Arten. Und das ist ganz schön intelligent und vor allem umweltfreundlich!

Stärken und Schwächen

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So sieht ein Hybridauto von innen aus – vorne siehst du das Getriebe aus Verbrennungs- und Elektromotor

Der Verbrennungsmotor ist der kräftigere von beiden: Seine Stärken zeigt er immer dann, wenn der Fahrer besonders schnell oder weite Strecken fahren möchte. Aber er hat auch seine Schwächen: Autos, die mit Verbrennungsmotor fahren, sind lauter als reine Elektroautos. Das merkst du, wenn du in der Nähe einer Autobahn wohnst. Außerdem belasten sie durch die Abgabe von Kohlenstoffdioxd (CO2) unsere Umwelt. Hier greifen die Vorteile des Elektromotors. Er ist der smartere von beiden. Autos mit Elektromotor fahren leise und ohne Abgase. Dieser Motor hat aber auch Nachteile: Elektroautos können bislang nur kurze Strecken fahren, weil die Batterie schneller leer ist und dann wieder aufgeladen werden muss.

Ein perfektes Team

Damit beide Antriebe ihre Vorteile optimal ausspielen können, werden sie im Hybridmotor einfach zusammengefasst. Sie können dort entweder abwechselnd oder gemeinsam genutzt werden. Diese intelligente Kombination kommt in immer mehr Automodellen vor. Das Auto hat damit einen sehr geringen Verbrauch: Die elektrische Maschine im Auto versorgt sich laufend selbst mit Energie, indem sie die Energie, die beim Bremsen entsteht, sammelt und umwandelt. Daher kann der Verbrennungsmotor auch mal ausgeschaltet werden. Dann kommt der Elektromotor zum Zuge – denn er ist ja jetzt wieder aufgeladen. Sinkt die Energie des E-Motors, wird der Verbrennungsmotor wieder zugeschaltet. Ein perfektes Team: Der Wechsel von einem Antrieb zum anderen geschieht dabei komplett automatisch.

Hybrid
Elektroautos werden mit Strom aufgeladen und sind umweltfreundlich

Plug-in ist in

Auch Mercedes-Benz treibt die Hybridisierung voran: 2017 sollen insgesamt zehn Plug-in-hybridbetriebene Autos auf dem Markt sein. Plug-ins haben eine viel größere Batterieleistung als ein reiner Elektromotor. Damit können sie viel länger elektronisch betrieben fahren. Und weißt du, was das Besondere daran ist? Das Auto kann an jeder Steckdose einfach aufgeladen werden! Damit sind Plug-in-Hybride heute ein perfekter Kompromiss zwischen Elektro- und Verbrennungsmotor.

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Der Citaro G BlueTec Hybrid im Einsatz

Mit voller Hybridkraft voraus

Die Mercedes-Benz Group AG setzt aber auch im öffentlichen Nahverkehr schon lange auf Hybride auf der Straße: Mit dem Citaro G BlueTec Hybrid, einem Bus, der bis zu zehn Kilometer rein elektrisch fährt, wird auch der Nahverkehr immer umweltfreundlicher und damit auch zukunftsfähig.

Fotos: Mercedes-Benz Group AG