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

divider

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

divider

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

Zu den Metallen der Seltenen Erden zählen zum Beispiel Thulium, Dysprosium, Gadolinium und Neodym. Sie alle vereinen ein paar Eigenschaften: So ist ein Hauptmerkmal von Metallen der Seltenen Erden, dass sie sehr weich, silbrig und glänzend sind. Außerdem laufen sie an der Luft schnell an und manche der Metalle können sich sogar selbstständig entzünden, also aufgepasst! 

Woher haben Metalle der Seltenen Erden ihren Namen? 

Aber warum heißen die Metalle der Seltenen Erden eigentlich so? Liegt es daran, dass sie nur in der Erde vorkommen? Oder daran, dass sie total selten sind? Nicht ganz.
Vermutlich stammt der Name aus ihrer Entdeckungszeit, dem frühen 19. Jahrhundert. Damals wurden die Metalle in Mineralien entdeckt, und zwar in Form ihrer Oxide, das heißt in einer Verbindung mit Sauerstoff. Diese Oxid-Verbindungen hat man früher auch „Erden” genannt” und die Mineralien, in welchen die Metalle gefunden wurden, waren äußerst selten. Daher bekamen sie also ihren Namen: Metalle der Seltenen Erden. Inzwischen sagt man der Einfachheit halber häufig auch: Seltenerd-Metalle.

Adobe Stock: Wirestock (li) & Will Thomas (re)

Wie selten sind sie wirklich? 

Inzwischen haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler allerdings herausgefunden, dass die Metalle der „Seltenen” Erden eigentlich gar nicht so selten sind. Im Gegenteil: In kleineren Mengen kommen sie so gut wie überall auf der Welt vor, selbst hier in Deutschland! So hat man in Sachsen jahrelang Erze mit Seltenen Erden gefördert. Allerdings ist das Vorkommen in anderen Gebieten, vor allem in China, weitaus höher, so dass sich eine Förderung dort mehr lohnt.
Seltenerd-Metalle sind also nicht wirklich selten. Dennoch sind sie ein kostbares Gut!

Wie gewinnen wir Metalle der Seltenen Erden? 

Diese Metalle können leider nicht einfach aus dem Boden gegraben werden, da sie niemals allein, sondern nur in Verbindung mit Mineralien auftreten. Die aus dem Boden geschürften Mineralien werden mit Laugen und Säuren behandelt, damit die gewünschten Metalle so freigelegt werden. Zurück bleibt bei diesem Verfahren eine toxische Schlacke, die in schlimmen Fällen sogar radioaktive Stoffe enthält. Deshalb muss man extra künstliche Seen schaffen, in welchen die Schlacke sicher aufbewahrt werden kann. 

Jetzt siehst du, warum Seltenerd-Metalle trotz ihres vergleichsweise häufigen Vorkommens sehr kostbar sind und warum sparsam mit ihnen umgegangen werden sollte. 

Welche Rolle spielen Seltenerd-Metalle bei Elektroautos?

Nun hast du viel über die Metalle der Seltenen Erden erfahren – aber wozu genau werden sie eigentlich gebraucht? Ein Beispiel ist die Automobilindustrie. Vor allem bei Elektroautos spielen Seltenerd-Metalle eine elementare Rolle. In den Magneten, aus welchen die Motoren der Elektroautos bestehen, findet sich unter anderem das Metall Neodym. Dieses verstärkt die Magnetkraft maßgeblich, wodurch sich auch die Leistung der Motoren steigert.  

Kommen Seltenerd-Metalle auch noch bei anderen Autos vor? 

Ja! Seltenerd-Metalle werden nicht nur für Elektroautos gebraucht, auch in anderen Autos kommen sie häufig zum Einsatz. Zündkerzen enthalten zum Beispiel Yttrium. So haben sie eine besonders widerstandsfähige Oberfläche. Das ist wichtig, weil bei Zündkerzen öfter mal die Funken fliegen können. 

Außerdem sind es zwei Seltenerd-Metalle, nämlich Neodym und Cer, die für schöne, durchsichtige Fensterscheiben im Auto verantwortlich sind.  Wusstest du, dass diese Fensterscheiben eigentlich eisenhaltig und leicht bläulich sind? Dank beigemischtem Cer verwandelt sich der bläuliche in einen gelblichen Schimmer. Neodym wiederum absorbiert den Gelbton: Zurück bleibt eine wunderbar klare Scheibe, damit du beim Autofahren aus dem Fenster schauen kannst.

Foto: Mercedes-Benz Group AG

Neben den Metallen der Seltenen Erden werden in der Automobilindustrie natürlich auch noch allgemein bekanntere Metalle verarbeitet, wie zum Beispiel Stahl und Aluminium. Hier geht es direkt zu unserem ersten Blogbeitrag der Mini-Reihe, wo diese Metalle vorgestellt werden.

Beitragsfoto: Adobe Stock // RHJ

Das funktioniert so, dass durch das Bremsen Energie freigesetzt wird. Diese Energie sammelt und nutzt der Elektromotor. Ist sie aufgebraucht, schaltet sich der Verbrennungsmotor ein, bis sich wieder genug Bremsenergie für den Elektromotor gesammelt hat. Ausführlicher haben wir es dir ja bereits in einem anderen Blogbeitrag erklärt.

Doch es gibt auch andere Hybridautos, so genannte Plug-in-Hybride. Die Besonderheit dieser Hybridautos ist, dass sie zusätzlich eine große Antriebsbatterie besitzen, die leistungsstärker ist als der reine Elektromotor. Diese Antriebsbatterie kann extern aufgeladen werden. Das funktioniert entweder an einer öffentlichen Ladesäule oder auch zuhause an einer geeigneten Steckdose.

Zeichnung einer schematischen Darstellung eines Plug-in-Hybrids, Aufbau des Motors

Formel 1 Technik für die Straße: der AMG Plug-in-Hybrid

Die Entwicklung der Plug-in-Hybriden schreitet sogar so weit voran, dass inzwischen Technik der Formel 1 genutzt wird, also von Rennautos. AMG, die Tochtergesellschaft der Mercedes-Benz Group, macht Autos für Menschen, die gerne richtig schnell fahren. Im neuen AMG Plug-in-Hybrid befindet sich eine Hochleistungsbatterie, die vom offiziellen Formel-1-Team mitentwickelt wurde. Sagt dir der Name Hamilton etwas? Die neue Hochleistungsbatterie ist fast so stark wie die im Fahrzeug des weltberühmten Rennfahrers! 

Nur durch eine erstmals eingebaute Direktkühlung kann die Batterie eine solch hohe Leistung erbringen. Die Direktkühlung sorgt nämlich dafür, dass die Batterie immer eine optimale Arbeitstemperatur von ca. 45 Grad Celsius hat und somit ihr Potential voll ausschöpfen kann.

Außerdem liegt der Elektromotor des AMG Plug-in-Hybrid jetzt erstmals bei der Hinterachse, was für ein besseres Gleichgewicht zwischen Vorder- und Hinterachse sorgt. Das hilft dem Fahrer vor allem in den Kurven, das Auto kann die Kraft schneller auf den Boden bringen und ist agiler – und entsprechend stabiler in der Kurve.

Nahaufnahme der Ladebuchse eines Mercedes-Benz S-Klasse Plug-in-Hybrids in der Farbe Onyxschwarz,

Plug-in-Hybride und Nachhaltigkeit

Natürlich ist auch bei den Plug-in-Hybriden Nachhaltigkeit eine wichtiger Faktor.  Obwohl diese Fahrzeuge auch einen Verbrennungsmotor besitzen, stoßen sie durch die Nutzung des Elektromotors weitaus weniger umweltschädliches CO2 aus als Autos mit nur einem Verbrennungsmotor. Durch die Batterie haben sie außerdem einen stärkeren Elektromotor als normale Hybridautos, können den Elektromotor also länger nutzen und CO2-Ausstoß einsparen.

Die Entwicklung dieser Technik ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Ingenieurinnen und Ingenieure bei Mercedes-Benz entwickeln, verbessern und verfeinern Plug-in-Hybride immer weiter, damit diese so umweltschonend und effektiv wie möglich fahren.

Bild in der Totalen: Eine Mercedes-Benz S-Klasse Plug-in-Hybrid in der Farbe Onyxschwarz steht an einer Ladesäule zum Aufladen

Alle Bilder: Mercedes-Benz Group

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.

Akku
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.

Was ist Carsharing?

„Share“ ist Englisch und heißt „Teilen“. Beim Carsharing geht es also darum, dass mehrere Menschen Autos gemeinsam nutzen. Meistens sind es große Carsharing-Firmen, die in Großstädten ganze Autoflotten anbieten. Über eine Plattform im Internet oder eine App kann man sich als Nutzer anmelden und ein freies Auto in seiner Umgebung orten. Pro gefahrenem Kilometer bezahlt man dann einen bestimmten Geldbetrag.

Dabei gibt es verschiedene Arten des Carsharings: Beim „stationsbasierten Carsharing“ muss man die Autos an speziellen Stellplätzen abholen und sie nach der Fahrt wieder dorthin zurückbringen, damit andere sie auch nutzen können. Beim „free-floating Carsharing“ stehen die Autos innerhalb eines Gebiets zufällig verteilt und man sucht mit dem Handy nach dem nächstgelegenen freien Fahrzeug.

Carsharing-Dienste werden von vielen verschiedenen Autofirmen angeboten. Car2go von der Mercedes-Benz Group AG ist ein Beispiel für ein sehr erfolgreiches free-floating Angebot. Insgesamt hat car2go weltweit mehr als zwei Millionen Nutzer. Durchschnittlich wird alle 1,3 Sekunden eins der insgesamt 14.000 car2go-Fahrzeuge angemietet.

Car2go bietet sogenanntes „free-floating Carsharing“ – das nutzen über zwei Millionen Menschen weltweit

Carsharing ist umweltfreundlich

Besonders bei jungen Menschen ist das Carsharing-Prinzip sehr beliebt. Deshalb gehen die Anbieter davon aus, dass Carsharing in Zukunft noch populärer wird. Bis 2025 rechnen sie weltweit mit mehr als viermal so vielen Kunden. Dass viele Menschen das Angebot nutzen, ist sehr wichtig für die Zukunft. Weniger eigene Autos und mehr Carsharing bedeutet, dass weniger Autos auf der Straße sein werden. Die Leistung jedes Autos wird dafür aber viel mehr ausgenutzt.

Um diese Entwicklung zu unterstützen, hat sich die Mercedes-Benz Group AG das Ziel gesetzt, Carsharing mit weiterzuentwickeln. Der Autobauer möchte das Modell mit anderen Ansätzen verbinden, die die künftige Situation auf der Straße auch weiter verbessern.

Durch Elektromotoren kann ein großer Beitrag für die Umwelt geleistet werden. In Stuttgart, Amsterdam und Madrid sind heute schon mehr als 1.000 car2go-Fahrzeuge mit Elektroantrieb unterwegs. Auch das autonome Fahren wirkt sich positiv auf den Straßenverkehr aus: Durch gleichmäßigeres Fahren wird einerseits die Umwelt geschont, andererseits wird autonomes Carsharing für die Menschen deutlich bequemer und sicherer.

Durch die Vernetzung über Apps und digitale Plattformen kann man außerdem schon jetzt abschätzen, wann und wo Carsharing-Autos in Zukunft gebraucht werden. So lässt sich aus jedem einzelnen Auto viel mehr herausholen, da man es zeitlich besser und genauer planen kann. Mercedes-Benz geht deshalb davon aus, dass in Zukunft nur noch die Hälfte der Carsharing-Autos auf der Straße stehen. Und das, obwohl mehr Menschen das Angebot nutzen.

Seit Dezember 2016 gibt es die App „Croove“ für privates Carsharing

Privates Carsharing

Es gibt außerdem noch eine ganz neue Art des Autoteilens: das private Carsharing. Nach und nach kommt dieses Modell gerade nach Deutschland. Auf einer Online-Plattform oder in einer App können private Autobesitzer/innen ihre Fahrzeuge für eine bestimmte Zeit und eine bestimmte Summe Geld vermieten. Seit Anfang Dezember 2016 bietet auch Mercedes-Benz eine private Carsharing-App mit dem Namen „Croove“ an. Besitzer aller Fahrzeugmarken können sie nutzen.

Bilder: Mercedes-Benz Group AG

Wir Menschen haben bereits früh angefangen, die vielen verschiedenen Rohstoffe der Erde zum Bauen und Herstellen von Produkten zu verwenden. Sand, Kies und Naturstein werden beispielsweise zum Bau von Straßen und Gebäuden verwendet. Mit Braunkohle, Mineralöl und Erdgas wird Energie, also Strom und Wärme produziert. Auf Wärme und Strom sind wir angewiesen – aber nicht nur darauf.  Für die Produktion verschiedenster Materialien müssen permanent neue Rohstoffe abgebaut werden. Viele Rohstoffe gibt es aus diesem Grund heute nur noch in kleinen Mengen.

Um schonender und nachhaltiger mit den wertvollen Rohstoffen umzugehen, werden verarbeitete Materialien heutzutage oft wiederverwendet, weiterverwendet, wiederverwertet oder weiterverwertet. Das nennt man Recycling. Kompliziert? Genius erklärt dir den Unterschied zwischen diesen vier Recyclingarten.

Recycling
Mercedes-Benz baut Autos so, dass möglichst viele Materialen recycelt werden können

Wiederverwendung und Weiterverwendung

Von Wiederverwendung spricht man, wenn ein Stoff ein wiederholtes Mal für denselben Zweck verwendet wird. Zu dieser Art des Recyclings zählt zum Beispiel die Wiederverwendung von Mehrwegflaschen, aus denen du Saft oder Limonade trinkst. Von Weiterverwendung spricht man, wenn ein Stoff für einen anderen Zweck verwendet wird. Wenn du beispielsweise aus einer Konservendose einen Stiftehalter bastelst. Bei diesen beiden Arten des Recyclings bleibt das Material an sich gleich.

Wiederverwertung und Weiterverwertung

Bei der Wiederverwertung und der Weiterverwertung wird das ursprüngliche Material verändert. Bei der Herstellung eines Produkts gibt es immer Ausgangsstoffe, aus denen das Produkt besteht. Sie sind im fertigen Produkt aber oft nicht mehr erkennbar. Bei der Wiederverwertung werden diese Stoffe herausgefiltert, um dasselbe Produkt neu herzustellen. Dieses Verfahren wird bei Kunststoffen angewendet, um neue Kunststoffe herzustellen. Bei der Weiterverwertung werden alte Stoffe oder Produktionsabfälle zur Herstellung eines völlig neuen Produkts mit anderen Eigenschaften genutzt. So werden Papierabfälle zu Kartonagen für Pakete.

Autorücknahme bei Mercedes-Benz

Recycling
Das passiert bei der Mercedes-Benz Autorücknahme mit den ausgedienten Fahrzeugen

Auch die Mercedes-Benz Group AG geht sparsam mit Rohstoffen um, indem sie schon einmal verwendete Stoffe wieder für den Autobau verwendet. Dafür müssen miteinander verbundenen Stoffe erst getrennt und wieder in einen Zustand versetzt werden, in dem sich mit ihnen arbeiten lässt. Dafür hat Mercedes-Benz in Deutschland über 40 sogenannte Rücknahmestellen eingerichtet. Dort nimmt der Autobauer alte Fahrzeuge zurück. Heutzutage werden die Autos extra so gebaut, dass möglichst viel recycelt werden kann. Ein Mercedes-Benz besteht zu 75 Prozent aus Stahl. Das Material kann zu 100 Prozent recycelt werden.

Recycling eines Autos  

Nachdem das Auto an einer Rücknahmestelle abgegeben wurde, werden zuerst Betriebsstoffe wie Öle, Brems- und Kühlflüssigkeiten, Scheibenwasser und Kältemittel  zu einem Teil recycelt und zu einem anderen Teil entsorgt.  Anschließend werden in der Demontage Autoteile wie Batterie, Ölfilter und Katalysator ausgebaut und recycelt. Der Airbag muss entsorgt werden. Danach werden alle restlichen Teile ausgebaut und teilweise vor der Wiederverwendung aufgearbeitet. Wenn nur noch die Karosserie übrig ist, macht sich ein Shredderbetrieb an die Arbeit. Er zerlegt die Einzelteile und stellt sie dann größtenteils wieder zum Wiederverwerten bereit.

Was du tun kannst

Mit Upcycling wird aus einer Jeans eine neue Tasche / www.shutterstock.com, Marius GODOI

Du bist schon auf einem richtigen Weg, wenn du gemeinsam mit deinen Eltern darauf achtest, Mehrwegflaschen zu kaufen und Produkte mit viel Verpackung zu vermeiden. Kleiner Tipp: Verwende zum Basteln alte Dinge aus dem Haushalt. Mit Zeitungspapier, Joghurtbechern und Tetrapaks kann das richtig Spaß machen und es entstehen tolle neue Sachen. Das kreative Recycling von alten Dingen nennt man „Upcycling“. Im Netz findest du viele Ideen, wie beispielsweise Taschen aus alten Jeanshosen oder Magnete aus alten Computertasten. Viel Spaß beim Upcycling!

Titelbild: pixabay.com

Bilder: Mercedes-Benz Group AG

 

Jeder hinterlässt ihn

Wahrscheinlich geht es dir im Alltag so wie den meisten Menschen auch: Wenn dir kalt ist, drehst du die Heizung auf. Wenn du richtig Hunger hast, isst du erst einmal ein Schnitzel. Und wenn du wie jetzt einen Genius-Artikel liest, nutzt du Strom – für deinen Computer. Welche Auswirkungen hat das eigentlich auf unsere Umwelt? Die Antwort: Mehr als du vermutlich denkst. Durch die Art und Weise, wie du dich ernährst, wie du wohnst, wie du dich von A nach B bewegst oder wie du einkaufst, hinterlässt du einen sogenannten ökologischen Fußabdruck.

Angebot und Nachfrage

Aus der Wirtschaft kennen wir das Prinzip von Angebot und Nachfrage. Steigt die Nachfrage nach einem Produkt, wird dieses zunächst knapper und dementsprechend auch teurer. Doch ein Produkt kann normalerweise immer wieder hergestellt werden, so dass die Nachfrage befriedigt wird. Auch die Erde ist ein Angebot: die Fläche, die die Menschen zum Leben nutzen können. Von den 51 Milliarden Hektar an Erdoberfläche zählen dazu allerdings nur etwa 8,3 Milliarden Hektar – der restliche Teil besteht aus Meeren, Wüsten oder Eis. Das Angebot, auch Biokapazität der Erde genannt, ist also ganz schön knapp.

Noch knapper wird es aber durch die Nachfrage – den Menschen und seine eigene Biokapazität. Damit seine Bedürfnisse befriedigt werden, wirtschaftet er, wodurch Fläche beansprucht wird – beispielsweise durch Energiegewinnung oder Viehzucht. Aber auch Abfälle und Abgase müssen von der Umwelt abgebaut werden. Die Menschen brauchen durch ihr alltägliches Handeln einen Teil der Fläche der Erde auf. Das Ökosystem unseres Planeten kann zwar viele Stoffe abbauen und auf bereits genutzter Fläche wieder neue Ressourcen zur Verfügung stellen, dazu benötigt es aber sehr viel Zeit – Zeit, die wir nicht haben.

fussabdruck
Auf großem Fuß: Je mehr Energie und Rohstoffe du verbrauchst, desto größer ist dein ökologischer Fußabdruck. © Konstanttin/shutterstock.com

Eine Währung zum Vergleich

Die beiden Wissenschaftler Mathis Wackernagel und William Rees überlegten sich, wie lange unsere Erde denn überhaupt noch ausreicht, um die Bedürfnisse von rund sieben Milliarden Menschen zu befriedigen. Dazu mussten sie das Angebot der Erde mit der Nachfrage der Menschen vergleichen. Zur Lösung dieses komplizierten Problems entwickelten sie eine Art Währung: den ökologischen Fußabdruck. Dieser lässt sich sogar für eine einzelne Person berechnen und sagt dir, wie groß die Fläche ist, die du zum Leben brauchst. Je mehr Energie und Rohstoffe du im täglichen Leben verbrauchst, desto größer ist dein ökologischer Fußabdruck. Gemessen wird diese Größe in Hektar und lässt sich auch für Haushalte, Regionen und ganze Nationen bestimmen.

Ein Leben auf zu großem Fuß

Angebot und Nachfrage von Biokapazität werden seitdem regelmäßig gegenübergestellt – mit erschreckendem Ergebnis: Wir leihen uns die Natur, ohne sie zurückzuzahlen. Würde man die 8,3 Milliarden Hektar an nutzbarer Erdoberfläche gerecht aufteilen, blieben jedem Menschen rund 1,8 Hektar. In Deutschland zum Beispiel ist der ökologische Fußabdruck von jeder Person aber durchschnittlich 4,7 Hektar groß. Was bedeutet das? Wenn jeder von uns genauso weiterlebt wie bisher, bräuchten wir auf Dauer mehr als zwei Erden! In Deutschland entstehen derart große Fußabdrücke – vor allem durch einen großen Konsum an tierischen Produkten und einem hohen Verbrauch an Heizenergie.

fussabdruck
Mitmachen: Auch du kannst deinen ökologischen Fußabdruck verkleinern. / © somchaij/shutterstock.com

Helfe der Umwelt und verkleinere deinen Fußabdruck

Auch der Durchschnitt der Weltbevölkerung liegt deutlich über dem gerechten Anteil. Da wir unsere Erde aber nicht verdoppeln können, müssen alle mithelfen, ihre Fußabdrücke zu verkleinern. Im Internet findest du Seiten, auf denen du berechnen kannst, wie viel Hektar an Fläche du persönlich nutzt – das Ergebnis wird dich überraschen, da vermutlich auch dein Fußabdruck viel zu groß ist. Ihn zu verkleinern ist allerdings gar nicht so schwer.

Hier ein paar Tipps:

  • Versuche weniger Fleisch zu essen. Du kannst deinen ökologischen Fußabdruck um rund 1.500 Quadratmeter im Jahr verkleinern, wenn du deinen Fleischkonsum um etwa 20 Prozent reduzierst.
  • Wenn dein Urlaubsziel gar nicht so weit weg liegt, reise mit der Bahn anstatt mit dem Flugzeug. Denn Flugreisen verursachen sehr viel CO2 und vergrößern deinen Fußabdruck enorm.
  • Überlege dir mal, wie oft du im Jahr neue Klamotten kaufst und ob du sie wirklich alle brauchst. Shoppe in Secondhandläden oder kaufe auf Flohmärkten ein.
  • Bevor du das nächste Mal etwas wegschmeißt: Überlege, ob du den Gegenstand noch reparieren kannst oder deine Freunde sich darüber freuen.
  • Auch vorausschauendes Autofahren verkleinert den Fußabdruck: Frühzeitiges Bremsen und entspanntes Beschleunigen reduziert den Benzinverbrauch.

Dies ist nur eine Auswahl von zahlreichen Möglichkeiten, wie du deinen ökologischen Fußabdruck verkleinern kannst. Aber: Nimm sie dir zu Herzen, sporne deine Freunde an mitzumachen und helft gemeinsam unserer Umwelt.

Titelfoto: © yaruta/istockphoto.com