Erneuerbare Energien erforschen
von der Primar- bis zur Sekundarstufe

Regenerative oder erneuerbare Energie bezeichnet die Bereitstellung von Energie aus nachhaltigen Quellen wie Sonne, Wind, Wasser, Geothermie oder Biomasse. Sie stehen in nahezu unerschöpflichem Maße zur Verfügung. Die Sonne hat noch eine Lebensdauer von ca. 5 Milliarden Jahren. Solarstrahlung kann in Strom oder Wärme umgesetzt werden. Windenergie, Wasserkraft und Biomasse sind ebenfalls Sonnenenergie in verwandelter Form. 

Dagegen nimmt das Vorkommen von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl, Erdgas und konventionellen Kernbrennstoffen bei stetigem Verbrauch kontinuierlich ab. Diese fossilen Energieträger gehören zu den Nicht-Erneuerbaren Energien. Nach ihrer Verbrennung im Kraft- oder Heizwerk stehen sie nicht mehr zur Verfügung. Sie regenerieren sich nicht, sie sind entwertet.

Die wachsende Weltbevölkerung und die voranschreitende technologische Entwicklung der Menschheit führen jedoch einen enormen Energiebedarf mit sich, der immer weiter zunimmt. Zudem ist bekannt, dass die Emissionen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2) bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas und Kohle sehr hoch sind und nach bisherigem Wissensstand Auslöser der globalen Klimaerwärmung sind. Der Treibhausgasausstoß von regenerativen Energien beträgt jedoch pro erzeugter Energieeinheit nur ein 1/10 bis 1/100 im Vergleich zu fossilen Energiequellen.

Der Umstieg der Energieversorgung von fossilen und Kernbrennstoffen auf erneuerbare Energien ist bereits in vollem Gange und wird in Deutschland als Energiewende bezeichnet. Neben dem verstärkten Ausbau zu erneuerbaren Energien sind die Reduzierung unseres Energieverbrauchs und die Steigerung der Energieeffizienz durch technologischen Fortschritt zentrale Themen und aktuelle Herausforderung zugleich. Im Alltag begegnet uns die Energiewende bei der Elektromobilität im Verkehr, beim Kauf von energieeffizienten Haushaltsgeräten oder bei der energetischen Sanierung von Gebäuden. 

Aktuelle und qualitätsgesicherte Daten zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland werden regelmäßig vom Umweltbundesamt bereitgestellt.

Aber was ist nun Energie?

Wir erleben die Erscheinungsformen von Energie durch die Wärme des Feuers oder durch die Kraft des Windes. Wir können sie nicht sehen, hören, schmecken oder riechen und nutzen sie doch in vielfältiger Weise. Aus der Physik wissen wir: Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Wenn eine Lampe eingeschaltet oder ein Auto mit Benzin bewegt wird erleben wir die Umwandlung einer Energieform mit Hilfe von Energiewandlern in eine andere Energieform. Energie ist demzufolge auch kein Stoff, sondern eine Eigenschaft von Körpern. Auch der elektrische Strom ist keine Energie. Er trägt die Energie mit sich und gibt sie erst in den Elektrogeräten ab. Der elektrische Strom transportiert Energie. 

Streng wissenschaftlich gesehen ist daher der allgemeine Sprachgebrauch erneuerbare oder regenerative Energien nicht korrekt. Energie kann weder erzeugt, noch verbraucht, also auch nicht erneuert werden. Energie kann lediglich von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Dabei bleibt zwar die Menge der Energie in einem abgeschlossenen System konstant, der nutzbare Anteil der Energie aber ist je nach Umwandlung unterschiedlich hoch. In der Summe bleibt die Energiemenge gleich. Genauer betrachtet ist das, was wir Energieverbrauch nennen, die Entwertung von Energie. Der Nutzwert der Energie nimmt durch Umwandlung und Transport ab. So wird z. B. beim Verbrennen von Holz die im Holz gespeicherte chemische Energie in thermische Energie und Lichtenergie umgewandelt. Wenn Wärme an die Umgebung abgegeben ist, ist sie nicht mehr nützlich, sie ist entwertet – wir sagen „verbraucht“.

Weil unser Energieverbrauch bei zugleich schrumpfenden fossilen Energieträgern stetig steigt, ist es umso spannender mit erneuerbaren Energien zu experimentieren und zu verstehen, wie durch Sonnenenergie, Windenergie und Wasserkraft Energie umgewandelt, gespeichert und der Wirkungsgrad bei der Übertragung von Energie verbessert werden kann.

Mit der Unterschrift der Energiewirtschaft und der Bundesregierung unter den Atomausstieg am 11. Juni 2001 rückte die sogenannte Energiewende, der Umbau des Energiesystems in eine nachhaltige Energieversorgung mit Hilfe erneuerbarer Energien, in den Vordergrund der gesellschaftlichen Wahrnehmung, aktuellen Forschung und technologischen Entwicklung.

Der fischertechnik-Lernbaukasten Erneuerbaren Energien behandelt die zentralen Fragestellungen zur Energieumwandlung durch Kraftwandler, Energieübertragung und Energiespeicherung der erneuerbaren Energieträger. Die verschiedenen Modelle zur Windkraft, Wasserkraft und Photovoltaik laden zum Experimentieren und Erforschen ein und gehen thematisch auf aktuelle Fragestellungen der Naturwissenschaft und Physik ein.

Den Arbeiten zum Themenkreis Erneuerbare Energien dienen folgende fischertechnik-Bauteile: