Wasserstoff
Energieträger der Zukunft?
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Wichtig zu beachten!
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Worum geht es in diesem Baustein?
Ob in der Energieversorgung, der Mobilität oder der Industrie: Wasserstoff gilt als ein Schlüsselfaktor für die Zukunft. Doch was macht dieses unscheinbare Gas so besonders, dass es weltweit als Hoffnungsträger gilt? Werfen wir einen Blick in eine Welt, in der ein einfaches Molekül Großes bewegen kann.
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Für alle Vorgänge in unserem Alltag brauchen wir Energie. Diese kann auf verschiedene Arten gewonnen werden.Man unterscheidet grob zwischen drei Arten der Energieerzeugung: Erneuerbare Energie, Energie aus fossilen Energieträgern und Atomenergie.
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Ziehe die Wörter in die richtigen Felder!
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Beim Verbrennen von fossilen Energieträgern, wie beispielsweise Kohle oder Erdgas, entstehen viele klimaschädliche Gase. Dies ist die Hauptursache für den Klimawandel und die Erderwärmung.
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Deswegen wollen viele Länder ihren Energiebedarf in Zukunft vollständig mit erneuerbaren Energien decken.
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Erneuerbare Energie wird aus Ressourcen und Rohstoffen gewonnen, die nachwachsen können oder unendlich vorhanden sind.Vielleicht kennst du schon ein paar Arten der Nutzung erneuerbarer Energie? Überlege zuerst, was dir zu dem Thema einfällt und bearbeite dann die Aufgabe auf der nächsten Folie.
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Fossile Energieträger bestehen aus abgestorbenem, pflanzlichen und tierischen Material, das über viele Millionen Jahre durch großen Druck von Gesteinsschichten zu Kohle, Erdöl und Erdgas wurde. Das Wort fossil bedeutet sehr alt. Bestimmt kennst du den Begriff Fossilien. Das sind sehr alte, versteinerte Pflanzen- und Tierreste.
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Wind, Wasser, Sonnenlicht, Erdwärme und biologisch abbaubare Pflanzenreste sowie tierische Abfallprodukte sind unendlich vorhanden oder können nachwachsen. Energie aus diesen Elementen bzw. Rohstoffen wird deswegen erneuerbare Energie genannt. Da bei der Nutzung erneuerbarer Energieträger viel weniger klimaschädliche Gase entstehen, ist sie viel umweltfreundlicher als die Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen.
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Energie kann grundsätzlich nur in dem Moment genutzt werden, in dem sie erzeugt wird. Erst durch ein Speichermedium lässt sie sich auch für die spätere Verwendung verfügbar machen.
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Eine weitere, etwas weniger bekannte Möglichkeit der Energiespeicherung ist die Herstellung von Wasserstoff.
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Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, das bei uns auf der Erde fast ausschließlich in gebundener Form, also in Verbindung mit anderen chemischen Elementen, vorkommt. Die häufigste und wahrscheinlich bekannteste Verbindung ist H2O, also Wasser!
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Wofür steht das O in H2O?
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Um Wasserstoff zu gewinnen, spaltet man Wassermoleküle in ihre Einzelbestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, auf. Für diesen Vorgang ist Energie notwendig. Diese Energie ist nach der Spaltung in den Stoffen gespeichert und wird beim Zusammenführen wieder frei.
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Das Verfahren um aus Wasser Wasserstoff gewinnen zu können, nennt man Wasserelektrolyse.
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Das Video auf der nächsten Folie zeigt, wie man Wasser mithilfe der Elektrolyse in seine Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen kann.
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Jetzt seid ihr dran!
Stellt mithilfe des Elektrolyseverfahrens Wasserstoff her! Das Video auf der nächsten Folie erklärt den Versuchsaufbau. Dieser ist auch auf den darauffolgenden Folien nochmal genau beschrieben! Hinweis: Wartet bis alle Teammitglieder bei dieser Folie angekommen sind und geht dann erst weiter!
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Bevor es losgeht, schau dir zuerst das Video an. Gehe dann weiter zur Aufbauanleitung.
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Das brauchst du
Destilliertes Wasser
Grundplatte
Powermodul mit Netzteil
Elektrolyseur/Brennstoffzelle
Multimeter
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Verbindungskabel
Widerstandsmodul
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Befülle beide Kammern des Elektrolyseurs mit destilliertem Wasser, bis etwas Wasser duch die kleinen Röhrchen im Inneren läuft.
Verschließe die mit Wasser gefüllten Kammern mit den Plastikstöpseln und drehe den Elektrolyseur um.
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Stecke das Powermodul sowie das Widerstandsmodul auf die Grundplatte.
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Verbinde nun die Grundplatte, den Elektrolyseur und das Multimeter mit Kabeln.
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Dreht den Widerstand mit dem linken unteren schwarzen Rädchen auf 40 Ω („Ohm“). Diese Voreinstellung schützt den Elektrolyseur vor einem zu hohen Stromfluss.
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Lasst den Versuchsaufbau von einer Betreuungsperson überprüfen. Wenn das erledigt ist könnt ihr weiter zur nächsten Folie gehen. Das Video auf der nächsten Folie zeigt, wie ihr bei der Elektrolyse vorgehen müsst und was es zu beachten gibt.
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Befolge nun die Schritte auf den folgenden Seiten. Sie erklären nochmal, was du im Video gehört hast.
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Stecke nun das Netzkabel in die Steckdose und verbinde es mit dem Powermodul.
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Hinweise: Achte bei den nächsten Schritten unbedingt darauf, dass:
- die Spannung, die du am Powermodul einstellst genau 2 V beträgt.
- die angezeigte Stromstärke auf dem Multimeter darf 200 mA (Milliampere) nicht übersteigen!
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Schalte das Powermodul an und stelle es auf 2 V. Das Multimeter zeigt nun die anliegende Spannung in Volt (V) und die Stromstärke in Milliampere (mA) an.
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Hast du bis zu den Maximalwerten 2 Volt und 200 mA noch etwas Spielraum, kannst du den Widerstand verringern. Nutze dafür das kleine schwarze Rädchen links unten am Widerstandsmodul!
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Genau wie in dem Video zur Elektrolyse wird in unserem Elektrolyseur Strom genutzt, um Wasserstoff herzustellen. Der gasförmige Wasserstoff sammelt sich in einem der Röhrchen und verdrängt das Wasser, sodass es nach oben steigt.
Im anderen Röhrchen sammelt sich der Sauerstoff.
Die Elektrolyse von Wasser hat jetzt angefangen. Lass den Versuch laufen, während du weiterklickst.
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Der Strom, bzw. die Energie aus dem Powermodul wurde verwendet, um das Wasser aufzutrennen. Wie ihr sicher wisst, geht Energie in einem geschlossenen System nie verloren. Es gilt der sogenannte Energieerhaltungssatz. Die Energie aus dem Powermodul steckt nun gespeichert in den H- und O-Molekülen. Es wurde also elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt.
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Wasserstoff ist gut transportierbar und "verbrennt" bei Kontakt mit Sauerstoff zu Wasser - ohne dabei klimaschädliche Gase zu erzeugen! Hinweis:Mit Verbrennen ist hier nicht das Anzünden des Wasserstoffs gemeint, sondern die elektrochemische Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff. Dabei entsteht keine Flamme!
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Verbrennungsreaktion von Wasserstoff
Vervollständige die Reaktionsgleichung!
H2
H2
O2
Zurück
Die Herstellung von Wasserstoff, die sogenannte Elektrolyse, ist aber nicht unbedingt immer klimafreundlich.
Es kommt nämlich darauf an, wie der Strom erzeugt wird, den man für die Elektrolyse braucht!
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Im Video auf der nächsten Folie erfährst du, was der Unterschied zwischen grünem und grauem Wasserstoff ist.
Weiter
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Weiter
Zurück
Die Energie, die frei wird, wenn Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert, wird heute schon dazu genutzt, Elektromotoren zu betreiben.
Wir werden uns heute mit der Wasserstoffnutzung im Personennahverkehr beschäftigen.
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Zurück
Vielleicht hast du ja schon einmal etwas von Wasserstoffautos, -Bussen oder -Tankstellen gehört.
Doch wie genau funktioniert so ein Wasserstoffantrieb eigentlich?
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In Wasserstofffahrzeugen ist eine Brennstoffzelle verbaut.
In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff gewonnen. Das geschieht durch die Umkehrung der Elektrolyse, also der Verbrennung von Wasserstoff.
H2
H2
O2
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Wir wissen bereits, dass bei der Elektrolyse Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Die Umkehrung der Elektrolyse bedeutet also, dass der Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und dadurch wieder Wasser entsteht. So wird die Energie, die man zuvor in die Aufspaltung gesteckt hat, wieder frei.
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Zurück
Im Video auf der nächsten Folie wird die Funktionsweise einer Brennstoffzelle erklärt.
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Jetzt wisst ihr, wie Wasserstoff hergestellt wird, wie der Verbrennungsprozess abläuft und dass Wasserstoff auch umweltfreundlich sein kann. Doch warum sind dann nicht viel mehr Wasserstofffahrzeuge auf den Straßen unterwegs?
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Das liegt daran, dass es nicht nur Vorteile, sondern auch einige Nachteile gibt!
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Sieh dir die Nachteile von Wasserstoff an
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Obwohl Wasserstofffahrzeuge noch einige Nachteile haben, arbeiten bereits viele Forscherinnen und Forscher daran, sie immer weiter zu verbessern und effizienter zu machen.
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Grüner Wasserstoff ist also eine gute Kraftstoffalternative zu Benzin oder Diesel und hat ein großes Zukunftspotential! Expertinnen und Experten sind sich mittlerweile sicher, das Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen wird.
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Teste dein Wissen zum Thema Wasserstoff!
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Next
In diesem Baustein hast du gelernt, wie eine Brennstoffzelle funktioniert und wie damit Autos angetrieben werden können. Brennstoffzellen können jedoch auch in andere Transportmittel eingebaut werden.
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Das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) forscht zum Beispiel schon an Wasserstoff-Flugzeugen. Auf dem Bild siehst du ein umgebautes Forschungsflugzeug. Ob irgendwann mal alle Flugzeuge so aussehen werden...?
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Schon fertig? Kehre zurück zum Versuch. Fahre die Spannung am Powermodul schrittweise auf 0V und schalte das Modul aus. Stecke dann den Netzstecker ab.
Wird dein Wasserstoffauto fahren? Hole eine Betreuungsperson, um es zu testen.
Das Auto fährt nicht?
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Du hast noch Zeit? Recherchiere mit diesem Link zum Wasserstoffnetz in Deutschland:
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Inhaltsverzeichnis
Klicke da, wo du hin willst:
Energie allgemein
Elektrolyse
Elektrolyse Experiment
Verbrennungs-reaktion
Vor- und Nachteile Wasserstoff
Wissenstest und Testfahrt
Zurück
Energieerzeugung ist genau genommen das falsche Wort. Energie wird nämlich immer nur umgewandelt und nicht neu erzeugt. Das besagt das Energieerhaltungsgesetz. Zum Beispiel kann die Energie in den Nahrungsmitteln, dadurch dass wir sie Essen und unser Körper diese verwertet, in Bewegungsenergie umgewandelt werden - wir können uns dadurch z.B. sportlich betätigen.
Bislang wird nur ein kleiner Teil des Wasserstoffs mit erneuerbaren Energien wie Wasser- oder Windkraft hergestellt.Der meiste Wasserstoff wird mithilfe von Energie aus Erdgas erzeugt. Dabei gelangen klimaschädliche Gase wie CO2 in die Erdatmosphäre
Hey, du hast mich gefundenHier wirst du in der Regel mehr Infos zu einem Thema finden.
Über das Kreuz oben in der Ecke kannst mich wieder schließen.
Dann schau dir ein Video der Fahrt an!
Du bist dir nicht sicher, ob die Elektrolyse funktioniert und du die Werte richtig eingestellt hast?
Erfahrungsgemäß kannst du den Widerstand bis auf 0 drosseln. Behalte aber die den Maximalwert von 200mA auf dem Messmodul unbedingt im Blick. Meist pendeln sich am Multimeter folgende Werte ein: Spannung ~1,6 V Stromstärke ~ 50-100 mA Unter diesen Umstände läuft auch eine Elektrolyse ab.
Bei grünem Wasserstoff kann von der Energie, die für die Elektrolyse verwendet wird nur ca. 30% genutzt werden. Man sagt auch: Der Wirkungsgrad beträgt 30%Zum Vergleich: Dieselmotoren haben einen Wirkungsgrad von ca. 45%
Blauer Wasserstoff
Aus Erdgas werden mittels sogenannter Dampfreformierung Wasserstoff und CO2 hergestellt. Das CO2 soll dann aufgefangen und in unterirdische Speicherstätten gepresst werden. Dort soll es möglichst für immer bleiben und das Klima nicht weiter erhitzen. So kann, zumindest in der Theorie, „CO2-armer“ Wasserstoff produziert werden, solange der fossile Vorrat an Erdgas reicht.Besonders interessant ist diese Technik natürlich für Länder und Firmen, die vom Handel mit Erdgas profitieren: Sie könnten so ihr altes Geschäftsmodell trotz Klimakrise weiterführen und ihre fossile Infrastruktur gewinnbringend weiterverwenden. Für das Klima ist diese Technik aber hochgefährlich, denn unter dem Strich werden auch hier große Mengen an klimaschädlichem CO2 und Methan freigesetzt. Quelle: https://umweltinstitut.org/energie-und-klima/wasserstoff/fossiler-wasserstoff/ [letzter Zugriff 10/2025]
Die Materialien, die in Brennstoffzellen verbaut sind, sind sehr teuer
Wasserstoff ist das kleinste chemische Element das es gibt. Das bedeutet, es kann mit der Zeit selbst aus Aufbewahrungstanks mit Metallwänden entweichen
Es gibt in Deutschland bislang nur sehr wenige Wasserstofftankstellen
Gesamtenergiebedarf
"Insgesamt entwickelte sich der Anteil der erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren positiv. Dabei gibt es jedoch große Unterschiede zwischen den einzelnen Sektoren: Während sich der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch in den letzten 10 Jahren fast verdoppelte und im Jahr 2024 bereits bei 54,1 Prozent lag, verändern sich die Anteile in den Bereichen Wärme (17,8 Prozent) und Verkehr (7,3 Prozent) vergleichsweise langsam. Beide Bereiche müssen zukünftig stärker in den Fokus rücken, um die Energie- und Klimaziele zu erreichen." (Umwelt Bundesamt)
Wasserstoff
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Created on June 10, 2025
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Energieträger der Zukunft?
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Für alle Vorgänge in unserem Alltag brauchen wir Energie. Diese kann auf verschiedene Arten gewonnen werden.Man unterscheidet grob zwischen drei Arten der Energieerzeugung: Erneuerbare Energie, Energie aus fossilen Energieträgern und Atomenergie.
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Beim Verbrennen von fossilen Energieträgern, wie beispielsweise Kohle oder Erdgas, entstehen viele klimaschädliche Gase. Dies ist die Hauptursache für den Klimawandel und die Erderwärmung.
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Erneuerbare Energie wird aus Ressourcen und Rohstoffen gewonnen, die nachwachsen können oder unendlich vorhanden sind.Vielleicht kennst du schon ein paar Arten der Nutzung erneuerbarer Energie? Überlege zuerst, was dir zu dem Thema einfällt und bearbeite dann die Aufgabe auf der nächsten Folie.
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Fossile Energieträger bestehen aus abgestorbenem, pflanzlichen und tierischen Material, das über viele Millionen Jahre durch großen Druck von Gesteinsschichten zu Kohle, Erdöl und Erdgas wurde. Das Wort fossil bedeutet sehr alt. Bestimmt kennst du den Begriff Fossilien. Das sind sehr alte, versteinerte Pflanzen- und Tierreste.
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Wind, Wasser, Sonnenlicht, Erdwärme und biologisch abbaubare Pflanzenreste sowie tierische Abfallprodukte sind unendlich vorhanden oder können nachwachsen. Energie aus diesen Elementen bzw. Rohstoffen wird deswegen erneuerbare Energie genannt. Da bei der Nutzung erneuerbarer Energieträger viel weniger klimaschädliche Gase entstehen, ist sie viel umweltfreundlicher als die Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen.
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Energie kann grundsätzlich nur in dem Moment genutzt werden, in dem sie erzeugt wird. Erst durch ein Speichermedium lässt sie sich auch für die spätere Verwendung verfügbar machen.
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Eine weitere, etwas weniger bekannte Möglichkeit der Energiespeicherung ist die Herstellung von Wasserstoff.
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Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, das bei uns auf der Erde fast ausschließlich in gebundener Form, also in Verbindung mit anderen chemischen Elementen, vorkommt. Die häufigste und wahrscheinlich bekannteste Verbindung ist H2O, also Wasser!
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Wofür steht das O in H2O?
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Um Wasserstoff zu gewinnen, spaltet man Wassermoleküle in ihre Einzelbestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, auf. Für diesen Vorgang ist Energie notwendig. Diese Energie ist nach der Spaltung in den Stoffen gespeichert und wird beim Zusammenführen wieder frei.
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Das Verfahren um aus Wasser Wasserstoff gewinnen zu können, nennt man Wasserelektrolyse.
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Das Video auf der nächsten Folie zeigt, wie man Wasser mithilfe der Elektrolyse in seine Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen kann.
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Stellt mithilfe des Elektrolyseverfahrens Wasserstoff her! Das Video auf der nächsten Folie erklärt den Versuchsaufbau. Dieser ist auch auf den darauffolgenden Folien nochmal genau beschrieben! Hinweis: Wartet bis alle Teammitglieder bei dieser Folie angekommen sind und geht dann erst weiter!
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Destilliertes Wasser
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Genau wie in dem Video zur Elektrolyse wird in unserem Elektrolyseur Strom genutzt, um Wasserstoff herzustellen. Der gasförmige Wasserstoff sammelt sich in einem der Röhrchen und verdrängt das Wasser, sodass es nach oben steigt. Im anderen Röhrchen sammelt sich der Sauerstoff.
Die Elektrolyse von Wasser hat jetzt angefangen. Lass den Versuch laufen, während du weiterklickst.
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Wasserstoff ist gut transportierbar und "verbrennt" bei Kontakt mit Sauerstoff zu Wasser - ohne dabei klimaschädliche Gase zu erzeugen! Hinweis:Mit Verbrennen ist hier nicht das Anzünden des Wasserstoffs gemeint, sondern die elektrochemische Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff. Dabei entsteht keine Flamme!
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Verbrennungsreaktion von Wasserstoff
Vervollständige die Reaktionsgleichung!
H2
H2
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Die Herstellung von Wasserstoff, die sogenannte Elektrolyse, ist aber nicht unbedingt immer klimafreundlich. Es kommt nämlich darauf an, wie der Strom erzeugt wird, den man für die Elektrolyse braucht!
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In Wasserstofffahrzeugen ist eine Brennstoffzelle verbaut. In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff gewonnen. Das geschieht durch die Umkehrung der Elektrolyse, also der Verbrennung von Wasserstoff.
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Wir wissen bereits, dass bei der Elektrolyse Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Die Umkehrung der Elektrolyse bedeutet also, dass der Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und dadurch wieder Wasser entsteht. So wird die Energie, die man zuvor in die Aufspaltung gesteckt hat, wieder frei.
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Obwohl Wasserstofffahrzeuge noch einige Nachteile haben, arbeiten bereits viele Forscherinnen und Forscher daran, sie immer weiter zu verbessern und effizienter zu machen.
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Grüner Wasserstoff ist also eine gute Kraftstoffalternative zu Benzin oder Diesel und hat ein großes Zukunftspotential! Expertinnen und Experten sind sich mittlerweile sicher, das Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen wird.
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In diesem Baustein hast du gelernt, wie eine Brennstoffzelle funktioniert und wie damit Autos angetrieben werden können. Brennstoffzellen können jedoch auch in andere Transportmittel eingebaut werden.
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Elektrolyse
Elektrolyse Experiment
Verbrennungs-reaktion
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Energieerzeugung ist genau genommen das falsche Wort. Energie wird nämlich immer nur umgewandelt und nicht neu erzeugt. Das besagt das Energieerhaltungsgesetz. Zum Beispiel kann die Energie in den Nahrungsmitteln, dadurch dass wir sie Essen und unser Körper diese verwertet, in Bewegungsenergie umgewandelt werden - wir können uns dadurch z.B. sportlich betätigen.
Bislang wird nur ein kleiner Teil des Wasserstoffs mit erneuerbaren Energien wie Wasser- oder Windkraft hergestellt.Der meiste Wasserstoff wird mithilfe von Energie aus Erdgas erzeugt. Dabei gelangen klimaschädliche Gase wie CO2 in die Erdatmosphäre
Hey, du hast mich gefundenHier wirst du in der Regel mehr Infos zu einem Thema finden.
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Du bist dir nicht sicher, ob die Elektrolyse funktioniert und du die Werte richtig eingestellt hast?
Erfahrungsgemäß kannst du den Widerstand bis auf 0 drosseln. Behalte aber die den Maximalwert von 200mA auf dem Messmodul unbedingt im Blick. Meist pendeln sich am Multimeter folgende Werte ein: Spannung ~1,6 V Stromstärke ~ 50-100 mA Unter diesen Umstände läuft auch eine Elektrolyse ab.
Bei grünem Wasserstoff kann von der Energie, die für die Elektrolyse verwendet wird nur ca. 30% genutzt werden. Man sagt auch: Der Wirkungsgrad beträgt 30%Zum Vergleich: Dieselmotoren haben einen Wirkungsgrad von ca. 45%
Blauer Wasserstoff
Aus Erdgas werden mittels sogenannter Dampfreformierung Wasserstoff und CO2 hergestellt. Das CO2 soll dann aufgefangen und in unterirdische Speicherstätten gepresst werden. Dort soll es möglichst für immer bleiben und das Klima nicht weiter erhitzen. So kann, zumindest in der Theorie, „CO2-armer“ Wasserstoff produziert werden, solange der fossile Vorrat an Erdgas reicht.Besonders interessant ist diese Technik natürlich für Länder und Firmen, die vom Handel mit Erdgas profitieren: Sie könnten so ihr altes Geschäftsmodell trotz Klimakrise weiterführen und ihre fossile Infrastruktur gewinnbringend weiterverwenden. Für das Klima ist diese Technik aber hochgefährlich, denn unter dem Strich werden auch hier große Mengen an klimaschädlichem CO2 und Methan freigesetzt. Quelle: https://umweltinstitut.org/energie-und-klima/wasserstoff/fossiler-wasserstoff/ [letzter Zugriff 10/2025]
Die Materialien, die in Brennstoffzellen verbaut sind, sind sehr teuer
Wasserstoff ist das kleinste chemische Element das es gibt. Das bedeutet, es kann mit der Zeit selbst aus Aufbewahrungstanks mit Metallwänden entweichen
Es gibt in Deutschland bislang nur sehr wenige Wasserstofftankstellen
Gesamtenergiebedarf
"Insgesamt entwickelte sich der Anteil der erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren positiv. Dabei gibt es jedoch große Unterschiede zwischen den einzelnen Sektoren: Während sich der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch in den letzten 10 Jahren fast verdoppelte und im Jahr 2024 bereits bei 54,1 Prozent lag, verändern sich die Anteile in den Bereichen Wärme (17,8 Prozent) und Verkehr (7,3 Prozent) vergleichsweise langsam. Beide Bereiche müssen zukünftig stärker in den Fokus rücken, um die Energie- und Klimaziele zu erreichen." (Umwelt Bundesamt)