Lithium – Schlüsselrohstoff der Verkehrswende
Bis vor wenigen Jahrzehnten gab es für Lithium kaum industrielle Anwendungsmöglichkeiten. Mittlerweile ist das Alkalimetall heiß begehrt und wird von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe sogar als „Schlüsselrohstoff der Verkehrswende“ eingestuft. Für Elektrofahrzeuge sind Lithium-Ionen-Akkus nach dem aktuellen Stand der Technik alternativlos, da sich diese gegenüber anderen Batterietypen durch viele Ladezyklen und vor allem eine hohe Energiedichte bei geringem Gewicht auszeichnen. Auch Smartphones, Tablets und andere mobile elektronische Geräte werden mit Lithium-Ionen-Akkus betrieben.
Zur Eindämmung des menschengemachten Klimawandels haben sich die Regierungen vieler Staaten das Ziel gesetzt, innerhalb der nächsten Jahrzehnte fossile durch erneuerbare Energieträger zu ersetzen. Dies soll im Verkehrssektor vor allem durch den Umstieg auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge erreicht werden. Bislang fahren auf unseren Straßen aber noch überwiegend Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die Kraftstoffe aus fossilen Energieträgern (v.a. Erdöl) verbrennen und klimaschädliches Kohlenstoffdioxid und andere Schadstoffe ausstoßen. Dies bedeutet, dass die Nachfrage nach Lithium in den nächsten Jahren stark steigen wird, sollten nicht alternative Technologien entwickelt werden, die den Rohstoff hier ersetzen könnten.
Montage von Lithium-Ionen-Akkumulatoren in der Automobilindustrie
Lithium als Rohstoff
Lithiumverbindungen finden sich in Spuren in vielen Gesteinen, im Boden und im Grundwasser. Dennoch sind ergiebige Lagerstätten selten. Während in Australien vor allem magmatische Gesteine bedeutende Lagerstätten bilden, finden sich größere Vorkommen von Lithiumchlorid in den Salzseen einiger arider Regionen Südamerikas. In beiden Fällen erfolgt der Abbau in Bereichen mit zum Teil sensiblen Ökosystemen und verursacht Umweltschäden.
Da die Nachfrage nach Lithium stetig zunimmt, könnten die Reserven des Rohstoffes künftig knapp werden. Viele Staaten und Unternehmen im Bereich der Elektromobilität sind daher bestrebt, sich durch Verträge und eigene Förderbemühungen einen sicheren Zugang zu dem Rohstoff zu sichern und einseitige Abhängigkeiten zu vermeiden.
Deshalb werden auch in Deutschland Lithiumlagerstätten erkundet, z.B. im Erzgebirge. Auch wird daran gearbeitet, in Thermalwässern gelöste Lithiumsalze umweltschonend zu gewinnen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben errechnet, dass sich jährlich 2.600 bis 4.700 Tonnen Lithiumkarbonat gewinnen ließen, selbst wenn nur die bestehenden Geothermie-Anlagen dazu genutzt würden. Dies wäre genug, um zwei bis 13 Prozent des Jahresbedarfs der Batteriefertigung hierzulande zu decken (KIT 2022, S. 1f.).
Daneben kommt auch dem Recycling von verbrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren künftig eine verstärkte Bedeutung zu.
Einbettung im Unterricht
Das Thema im Unterricht: Komplexe Zusammenhänge mit einer Concept-Map erschließen
Aufgrund seiner hohen Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung und seiner häufigen Darstellung in den Medien kann davon ausgegangen werden, dass viele Schülerinnen und Schüler entsprechend interessiert bzw. motoviert sein werden, sich mit diesem Thema auseinanderzusetzen. Da letzteres aufgrund seiner Vielschichtigkeit und Komplexität aber nicht einfach zu fassen ist und die entsprechenden Zusammenhänge nicht immer von allen Schülerinnen und Schülern verstanden werden, bietet sich die Nutzung entsprechender Strukturierungs- und Visualisierungshilfen zur Unterstützung von Lernprozessen an, beispielsweise in Form einer Concept-Map. Dabei handelt es sich um eine graphische Darstellung zur Organisation von Wissen. Hierbei werden Begriffe und Ideen (sog. Concepts) in einer Darstellung miteinander verknüpft und in Beziehung gesetzt. Im Unterschied zur Mindmap können hier auch mehrere zentrale Begriffe dargestellt werden, auch werden nicht nur die Begriffe in ihrer hierarchischen Ordnung, sondern auch die Beziehungen zwischen den einzelnen Begriffen durch Linien und beschriftete Pfeile verdeutlicht.
Die besondere Lernwirksamkeit des Einsatzes von Concept-Maps besteht darin, dass sich die Lerner aktiv mit dem Gegenstand auseinandersetzen und diesen durch produktive Arbeit ordnen, strukturieren und visualisieren müssen. Dabei werden kognitive Prozesse im Zusammenhang mit der Reduktion, Strukturierung, Vernetzung, Organisation und Reorganisation von Informationen bzw. Wissen ausgelöst, wobei insbesondere der Aktivierung des Langzeitgedächtnisses eine besondere Bedeutung zukommt. Die gleichzeitig stattfindende Vernetzung von verbalen und visuellen Elementen scheint hier die Behaltenswahrscheinlichkeit im Langzeitgedächtnis zu erhöhen (Großschedl/Tröbst 2018, S.24; Nesbit/Adeshope 2013, S. 309ff.).
Anleitung zur Anfertigung einer Concept-Map
1. Schritt: Ziel festlegen: Kläre die Zielsetzung deiner Concept-Map. Überlege, welche Inhalte und Zusammenhänge dargestellt werden sollen.
2. Schritt: Stichwörter/Begriffe sammeln: Sammle alle relevanten Stichwörter oder Begriffe zu deinem Thema. Notiere diese jeweils auf ein Kärtchen.
3. Schritt: Stichwörter/Begriffe ordnen: Finde heraus, welche Stichwörter/Begriffe zusammengehören und ordne sie bestimmten Themenbereichen zu. Sortiere nach über- und untergeordneten Begriffen.
4. Schritt: Beziehungen darstellen: Welche Zusammenhänge bestehen zwischen den einzelnen Begriffen? Verbinde dazu Begriffe mit Linien oder beschrifteten Pfeilen, um Beziehungen aufzuzeigen.
5. Schritt: Überprüfen und Reflektieren: Erkläre und begründe die Zusammenhänge, die du in der Concept-Map dargestellt hast. Entspricht die Darstellung der Zielstellung? Fehlen Begriffe oder Beziehungen? Ist etwas überflüssig? Korrigiere deine Darstellung und überprüfe sie erneut.
Vorschlag für den Einsatz im Unterricht
Einstieg:
- Bildauswertung, z.B. Foto „Montage von Lithium-Ionen-Akkumulatoren in Elektroautos“
- Welche unserer Alltagsgegenstände verwenden Lithium-Ionen-Akkus?
Erarbeitung:
- Bearbeitung Kopiervorlage, Aufgaben 1 bis 3
- Einführung Erstellung einer Concept-Map: Ziele, Verwendung, Methodenschritte (siehe oben)
- Bearbeitung Kopiervorlage, Aufgabe 4 (Erstellung einer Concept-Map) in Partnerarbeit
Sicherung:
- gemeinsame Besprechung der Concept-Maps
Tipps zur Binnendifferenzierung:
- Vorgeben einzelner Begriffe
- Zurverfügungstellung einer zum Teil erstellten Concept-Map als Starthilfe, welche die Lernenden ergänzen müssen
- Lösungshilfen der beigefügten Kopiervorlage
Zeitansatz für das Unterrichtsbeispiel: eine Doppelstunde
Quellen:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (2022): Grenzen der Lithiumgewinnung aus Geothermie. Presseinformation 092/2022 vom 18.10.2022; unter: https://www.kit.edu/kit/pi_2022_092_grenzen-der-lithiumgewinnung-aus-geothermie.php
Jörg Großschedl, J., Tröbst, S. (20218): Biologie lernen durch Concept Mapping: Bedeutung eines Lernstrategietrainings für kognitive Belastung, kognitive Prozesse und Lernleistung – Kurzdarstellung des DFG–Projekts; in: Zeitschrift für Didaktik der Biologie – Biologie Lehren und Lernen 22. Jg. 2018, S. 24
Nesbit, J.C., Adeshope, O.O. (2013): Concept maps for learning. In: Learning through visual displays. Vol 1. S. 303-328
Super aktuelles Material, so schnell kann kein Schulbuch sein. Tolle Lehrplananbindung in allen Bundesländern, gute Lernaufgaben und Arbeitsmaterialien. Das kann ab Klasse 8 – 10 gut so auch verwendet werden, für die Oberstufe sollten die Schüler eigenständige zusätzliche Recherchen mit einbringen, das geht über eine vorbereitende Hausaufgabe. Wird die Conept-Map digital erstellt, kann auch sicher noch mehr bildhaft dargestellt werden. Mehr…!
Vielen Dank für das Feedback!!