Bildung & Gesellschaft

Die deutsche Energiewende ist ein Flop, findet Joachim Weimann. Sie ist nicht kosteneffizient und setzt auf die falschen Techniken.
Um den Kampf gegen den Klimawandel zu gewinnen, muss die Menschheit die Emission von Treibhausgasen massiv reduzieren. Maßnahmen zur Emissionsminderung kosten Geld. Die finanziellen Ressourcen, die uns für den Klimaschutz zur Verfügung stehen, sind endlich. Aus diesen drei Feststellungen folgt unmittelbar, dass gute Klimapolitik kosteneffizient sein muss. Klimagase sind also so zu vermeiden, dass die Vermeidung pro eingesetzter Ressourceneinheit maximal wird oder die Kosten pro Vermeidungseinheit minimal. Verstößt man gegen diese Forderung, so vermeidet man weniger Emissionen als mit gleichem Ressourceneinsatz möglich wäre. Das kann keine gute Klimapolitik sein.Dieser Zusammenhang ist trivial. Dennoch hat die deutsche Klimapolitik die Kosteneffizienz von Anfang an überhaupt nicht beachtet, und sie tut es bis heute nicht. Das Ergebnis ist katastrophal. Ein immenser Ressourceneinsatz erreicht faktisch keinerlei Vermeidung von Treibhausgasemissionen. Deutschland versucht, eine nationale Klimapolitik innerhalb Europas durchzusetzen und nimmt dabei weder Rücksicht auf die Kosten der Emissionsvermeidung noch darauf, dass nationale Maßnahmen innerhalb der europäischen Klimapolitik redundant sind.Deutschland setzt ausschließlich auf die Förderung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Europa setzt dagegen auf Emissionshandel und damit auf ein Instrument, das eine kosteneffiziente Klimapolitik prinzipiell realisieren kann. Das geht so: Europa legt die Gesamtmenge fest (den Cap), die innerhalb des Emissionshandelssystems emittiert werden darf. Für diese Menge gibt es Emissionsberechtigungen. Mit dem Cap wird das Klimaziel der EU definiert und sofort umgesetzt, denn mehr als der Cap festlegt, darf nicht emittiert werden.Der Handel der Emissionsrechte hat nicht zum Ziel, Anreize zur Vermeidung zu setzen. Er soll dafür sorgen, dass die Vermeidung dort stattfindet, wo sie zu den geringsten Kosten möglich ist. Dieses System führt dazu, dass jede nationale Klimapolitik bei den CO2-Emissionen in Europa wirkungslos wird. Wenn Deutschland also Kohlekraftwerke stilllegt oder Energie aus regenerativen Quellen einsetzt, verändert das nicht die Menge der vorhandenen Rechte, sondern nur deren Verteilung innerhalb Europas.Durch die Einspeisevergütung verlagert sich die Vermeidungsaktivität nach Deutschland, und die Emissionsrechte wandern ins Ausland. Dies verhindert kosteneffiziente Lösungen durch den Emissionshandel: Anstatt für 8 Euro die Tonne CO2 in Polen zu vermeiden, wird eine Tonne für 400 Euro durch Offshore-Windanlagen in Deutschland vermieden.Nationale Klimapolitik ist innerhalb Europas per se nicht sinnvoll. Alles, was Deutschland früher oder mehr einspart, sparen andere EU-Staaten später und weniger. Das Klimaziel ist europäisch formuliert und daran kann eine nationale Politik nichts ändern.<h2>Falsche Techniken</h2>Dazu kommt, dass die Energiewende auf die falschen Techniken setzt. Ausbaupotenzial in nennenswertem Umfang hat lediglich die Windkraft. Aber trotz des massiven Ausbaus liegt ihr Anteil am Primärenergieverbrauch bei gerade einmal 2,1 Prozent. Der Grund ist die sehr geringe Energiedichte der Anlagen. Auch das Problem der volatilen Einspeisung ist sehr weit von einer Lösung entfernt.Das Erneuerbare-Energien-Gesetz fördert keine Investitionen in Forschung und Entwicklung, die dem Ziel dienen, neue Techniken zu entwickeln, denn die Einspeisevergütung kommt nur denen zugute, die bekannte Technik einsetzen. Im Ergebnis fördern wir die Erneuerbaren unmittelbar mit 25 Milliarden Euro pro Jahr, ohne dafür eine Verringerung von CO2-Emissionen zu erreichen und ohne die Aussicht auf technischen Fortschritt, der allein einen Weg aus der Kohlenstoffwirtschaft weisen könnte. BB<h2>Vitakasten</h2>Joachim Weimann, Jahrgang 1956, ist seit dem Jahr 1994 Professor für Volkswirtschaftslehre an der Universität Magdeburg. Nach der Habilitation an der Universität Dortmund war er zunächst Professor an der Universität Bochum, bis er nach Magdeburg berufen wurde.<div><img src="https://media.graphcms.com/BxSvSEHVSt2dHDEm6KGR">

</div>„Pro und Contra“ wird von der GDCh-Sektion Seniorexperten Chemie betreut. Jörn Müller koordiniert die Beiträge.

Artikel

Contra Energiewende

Die deutsche Energiewende ist ein Flop, findet Joachim Weimann. Sie ist nicht kosteneffizient und setzt auf die falschen Techniken. Um den Kampf gegen den Klimawandel zu gewinnen, muss die Menschheit die Emission von Treibhausgasen massiv reduzieren. Maßnahmen zur Emissionsminderung kosten Geld....

Nanochemie ist ein aktuelles Forschungsgebiet, das auch im Chemieunterricht vorkommen sollte. Versuche dazu gab es bereits vor über 100 Jahren. Leicht abgewandelt eignen sie sich auch heute noch für die Schule.
Bevor technologische Umbrüche die Schule erreichen, vergeht meist mindestens eine Generation. Ein Beispiel dafür ist die Nanotechnologie. Dieser Wissenschaftszweig gilt als so bedeutsam, dass er seit etwa 20 Jahren mit erheblichen Forschungsmitteln gefördert wird. Dies darf nicht spurlos an den Schulen vorübergehen. Denn Schüler werden mit der Diskussion des Für und Wider der Nanotechnik im Alltag konfrontiert und sollten für die Auseinandersetzung mit dieser noch jungen Technologie gerüstet sein.Die Abkürzung „nano“ taucht häufig und nicht immer sachgerecht im Alltag auf. Der Begriff ist bis heute nicht gesetzlich geschützt. Hier beschränken wir uns daher auf Aspekte der Nanochemie.Ins Maßsystem wurde „nano“ zwar erst im Jahr 1960 eingeführt.1) Aber im Grunde genommen ist die Nanotechnologie alt, sie wurde nur anders genannt: Kolloidchemie. Bereits Ende es 19. Jahrhunderts gab es die ersten systematischen Publikationen dazu. Im Jahr 1915 erschien das Werk „Die Welt der vernachlässigten Dimensionen“2) und kurz danach ein entsprechendes Praktikumsbuch3) von Wolfgang Ostwald (1883 – 1943), dem Begründer der Kolloidchemie. Beide Bücher eignen sich dazu, den Stoff in der Schule zu vermitteln und sind eine Fundgrube für Experimente.<h2>Zugänge schaffen</h2>Will man neue Gebiete in den Chemieunterricht der Schulen bringen, so müssen diese möglichst mit Denkmustern und Richtlinien für den Unterricht kompatibel sein. Neuer Stoff für die Schule muss also Basiskonzepte vermitteln und sich an Kompetenzen orientieren. Zudem müssen die Experimente einfach durchführbar und möglichst preiswert sein.Informationen zur chemischen Nanotechnologie finden Schüler durch Recherchen (Kompetenzbereich Kommunikation), durch Diskussion der Chancen und Gefahren durch Nanomaterialien erwerben die Schüler Bewertungskompetenz.Die chemischen Reaktionen sind unter dem Basiskonzept chemische Reaktion als Donor-Akzeptor-Reaktionen zusammenzufassen:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Säure-Base-Reaktionen: Synthese eines Ferrofluids durch die Reaktion einer Eisenchloridlösung mit Ammoniakwasser,<list-item>Redoxreaktionen: Herstellung von Metall- und Nichtmetallkolloiden (Au, Ag, Cu, S),</list-item><list-item>Komplexreaktionen: Berliner Blau.</list-item>Grundlegende Reaktionen auf der Nanoskala unterscheiden sich von herkömmlichen Reaktionen dadurch, dass sie in stark verdünnten Lösungen ablaufen. In der Schulchemie bewegen sich die Konzentrationen in einem Bereich bis maximal 1 mol·L–1; die Reaktionen auf der Nanoskala liegen im Bereich von mmol·L–1 und darunter.<h2>Nanopartikel detektieren</h2>Ein Werkzeug für den Chemieunterricht ist der Laserpointer, da er den Faraday-Tyndall-Effekt, die Streuung der Nanopartikel in Suspensionen, veranschaulicht.4)Häufig gibt es Diskussionen darüber, welches die ältesten bekannten Nanopartikel sind. Hier bietet sich das Beispiel Chinatusche an, die als indische Tinte bereits um das Jahr 1000 vor Christus bekannt war. Sie lässt sich in der Schule durch Mörsern von Holzkohle herstellen, und damit lernen die Schüler bereits etwas über Top-down-Verfahren. Chinatusche ist auch im Künstlerbedarf erhältlich, ein winziger Tropfen färbt 500 mL deionisiertes Wasser deutlich grau. Verdünnt man diese Suspension mehrfach, bis die Verfärbung kaum mehr wahrnehmbar ist, so lassen sich mit dem Laserpointer immer noch Nanopartikel sichtbar machen.Orange gefärbte Erfrischungsgetränke enthalten nanoskaliges ß-Carotin – also Öltröpfchen. Die geringe Größe der Tröpfchen lässt die Getränke durchsichtig erscheinen, der Laserpointer zeigt deutlich die Streuung.Die Flüssigkeit in neueren Deorollern von Beiersdorf auf wässriger Basis ist durchsichtig, enthält aber pflegende Öle als Nanoemulsion. Auch diese Tröpfchen macht ein Laserpointer sichtbar (Abbildung 1).<figure><img src="https://media.graphcms.com/aULXZaSxQA6lRSnFPBBD"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Deodorant mit Nanoemulsion im Licht eines Laserpointers.</figcaption></figure>
<h2>Synthese von Nanopartikeln</h2>Bei den Schulversuchen zur Synthese von Nanopartikeln führt aus ästhetischen Gründen kein Weg am Gold vorbei. Die neuen und unerwarteten Eigenschaften von Nanopartikeln, hier die Farbe der Goldkolloide, sind für Schüler besonders motivierend. Das didaktische Prinzip bei der Kolloidsynthese heißt „einfach – aber wahr“.Der österreichische Chemiker Julius Donau aus Graz behandelte vor etwa 100 Jahren Goldchloridlösungen mit CO5) und Wasserstoff6) und erhielt rot gefärbte Goldkolloide. Seine Synthesen waren vergleichsweise umständlich und wenig schulgeeignet. Es gibt einfache und vollkommen ungefährliche Varianten seiner Versuche, etwa wenn das CO aus der reduzierenden Flamme eines Propangasbrenners stammt (Abbildung 2).<figure><img src="https://media.graphcms.com/lVHrKbF1RdqMvZTKdGH3"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Synthese von Goldnanopartikeln: Mit der reduzierenden Propangasflamme färbt sich die Goldchloridlösung rot.</figcaption></figure>
Die Reduktion mit Wasserstoff führte Donau mit einer brennenden Wasserstofflanze durch, also mit einem Glasröhrchen, aus dem Wasserstoff strömt. Hier bietet sich eine Microscale-Variante mit einer Spritzenkanüle an. Die Methode funktioniert auch gut mit Silber und Molybdän anstelle von Gold (Abbildung 3): Silber bildet orangefarbene Kolloide und bei Molybdän färbt sich die Lösung durch die Nanopartikel blau (Molybdänblau).<figure><img src="https://media.graphcms.com/xDCRUZ5Tem64I66hip1N"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Molybdänblau-Nanopartikel (links) und Silbernanopartikel (rechts), hergestellt nach der Donau-Methode. <named-content>Fotos: B. Sieve, Peter Heinzerling</named-content></figcaption></figure>
Die Synthese von farbigen Gold- und Silberkolloiden mit Citrat als Reduktionsmittel und Schutzkolloid nach Turkevich erfordert siedende Gold- und Silbersalzlösungen.7) In der Schule funktioniert dieser Versuch mit einer Mikrowelle (Abbildung 3). Diese Variante liefert in drei Minuten bei 350 W ein schön anzusehendes Kolloid als Ergebnis.8)<figure><img src="https://media.graphcms.com/7hyqL5OSsmPY02x5vUdP"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Die Turkevich-Synthese von Silber- und Goldnanopartikeln funktioniert in einer Haushalts-Mikrowelle. Links: Silbernanopartikel, rechts: Goldnanopartikel.</figcaption></figure>
Bei all diesen Synthesen von Nanopartikeln handelt es sich um Redoxreaktionen, sie gehören zu den Bottom-up-Techniken.Das Basiskonzept Struktur und Eigenschaften lässt sich gut mit dem Sol-Gel-Verfahren auf der Basis von Tetraethylorthosilikat (TEOS) vermitteln. Für den Chemieunterricht der gymnasialen Oberstufen ist das Dip-in-Verfahren als kostengünstige Variante umsetzbar: In eine saure alkoholische Lösung von TEOS taucht kontrolliert ein Objektträger aus Glas und wird wieder heraus gezogen. Als Dip-in-Gerät dient ein Grillmotor (Abbildung 4).<figure><img src="https://media.graphcms.com/1EJFn7RT0KvJm5LFG5T0"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Sol-Gel-Synthese nach dem Dip-In-Verfahren: Über einen Grillmotor angetrieben taucht der Objektträger periodisch in die Reaktionslösung ein und wird wieder herausgezogen.</figcaption></figure>
Die Chemie hinter dem TEOS-Verfahren zeigt die saure Esterhydrolyse mit anschließender Polykondensation. Am Ende bleibt eine glasartige Oberfläche mit freien OH-Gruppen. Letztere sind sehr reaktionsfähig und können so die Oberfläche funktionalisieren – alles Schulstoff bei den Reaktionstypen der organischen Chemie. Ein schönes Beispiel ist die Reaktion von Glasoberflächen mit Trichlormethylsilan. Dabei wird die Oberfläche von superhydrophil zu superhydrophob umfunktionalisiert. Wissenschaftliche Untersuchungen mit dem Rasterkraftmikroskop aus der Literatur zeigen noppenartige Strukturen gemäß der Theorie von Cassie-Baxter.9)<h2>Schlussbetrachtung</h2>Nanotechnik liefert Impulse für die Weiterentwicklung des Chemieunterrichts. Die Beispiele hier sind nur ein kleiner Ausschnitt der Möglichkeiten, das Thema im Chemieunterricht experimentell zu behandeln.Zudem ist das Thema ideal, um Schüler bei der Berufsorientierung in der Schule zu unterstützen und damit Fachkräftemangel in den Materialwissenschaften vorzubeugen.Die experimentell-konzeptionell ausgerichtete chemiedidaktische Forschung hat zum Ziel, zukunftsweisende Themen für Schüler im Chemieunterricht zugänglich zu machen, denn sie werden die Generation sein, die diese Entwicklungen mitgestalten und vorantreiben wird. In loser Folge stellen Forscher dazu in den Nachrichten aus der Chemie ihre Ergebnisse vor.<h2>Quergelesen</h2>Ideen für Schulversuche mit Nanopartikeln liefert die Kolloidchemie.Ein Laserpointer ist ein einfaches Werkzeug für Schüler, um Nanopartikel in Suspensionen oder Emulsionen zu detektieren.Die Synthesen von Nanopartikeln vermitteln grundlegende Konzepte chemischer Reaktionen, etwa Redox- oder Säure-Base-Reaktionen.<h2>Vitakasten</h2>Peter Heinzerling studierte von 1963 bis 1970 Chemie in Berlin, Hannover und Clausthal. Nach dreijähriger Tätigkeit an Hochschulen wechselte er in den Schuldienst, wo er auch in der Lehrerausbildung und in der Fortbildung aktiv war. Seit dem Jahr 2000 arbeitet er für die Zeitschrift Pädagogik der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule, zuletzt als Herausgeber. Von Anfang 2013 bis Mai 2016 baute er an der Universität Erlangen-Nürnberg in der Chemiedidaktik ein Schule-Hochschule-Projekt für den Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) auf. Im Jahr 2016 wurde er mit diesem Projekt an der Pädagogischen Hochschule Freiburg promoviert.<div><img src="https://media.graphcms.com/3xogGhSBW8D7aQN0clgQ">

</div>
<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 Bureau International Poids et Mesures, BIPM – Resolution 12 of the 11th CGPM, <a href="https://www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/" target="_blank">www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/</a>, 2017.</li><li>
2 W. Ostwald, Die Welt der vernachlässigten Dimensionen: Eine Einführung in die Kolloidchemie mit besonderer Berücksichtigung ihrer Anwendungen, Steinkopff, Dresden, 1944.</li><li>
3 W. Ostwald, Kleines Praktikum der Kolloidchemie, Steinkopff, Dresden, 1943.</li><li>
4 J. Tyndall, On the Blue Colour of the Sky, the Polarization of Skylight, and on the Polarization of Light by Cloudy Matter Generally, Royal Society of London, 1868.</li><li>
5 J. Donau, Monatshefte Für Chem. verwandte Teile anderer Wiss. 1905, 26, 525–530.</li><li>
6 J. Donau, Kolloid-Z. 1915, 16, 81–81.</li><li>
7 J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hillier, Discuss. Faraday Soc. 1951, 11, 55–75.</li><li>
8 P. Heinzerling, Das EAM-Schülerlabor Chemie – Ein Konzept zur Heranführung von Gymnasiasten an Inhalte und Studiengänge eines Exzellenzclusters, PH Freiburg, 2016.</li><li>
9 A. B. D. Cassie, S. Baxter, Trans. Faraday Soc. 1944, 40, 546–551.</li></ul>

Artikel

Contra Energiewende

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...