Fossile und nachwachsende Rohstoffe

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Lernbereich NaturwissenschaftenHandreichung zum RahmenthemaFossile und nachwachsende RohstoffeJahrgangsstufe 9 / 10Herausgegeben vomHessischen Institut für Bildungsplanung und SchulentwicklungWiesbaden 1997

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Autor:Lutz StäudelRedaktion:Brigitte Werber, Armin KremerInhaltSeite1. Zum Inhalt dieses Heftes 12. Fossile und nachwachsende Rohstoffe in Gesellschaft, Alltag und 2im Unterricht3. Zur Konkretisierung des Rahmenthemas „Fossile und nachwachsende 5Rohstoffe“ im Lernbereich Naturwissenschaften* Didaktische und methodische Hinweise 6* Hinweise zur Verwendung von Formeln und Modellen im Zusammenhang 8mit dem Rahmenthema „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“* Konkretisierungsbeispiel (A) 10Verpackungen aus fossilen und nachwachsenden Rohstoffe* Konkretisierungsbeispiel (B) 11Rohstoffpflanze Lein4. Experimente / Vorschläge für Untersuchungen 135. Materialien 336. Außerschulische Lernorte 457. Medien 458. Literaturhinweise 469. Adressen 47Anhang: Auszug aus dem Rahmenplan Naturwissenschaften 482

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“1. Zum Inhalt dieses HeftesDer Rahmenplan Naturwissenschaften für dieSekundstufe I gibt die im Unterricht zu behandelndenverbindlichen Inhalte vor sowie Rahmenthemen,in deren Zusammenhang dieseInhalte zu erarbeiten sind. Diese Rahmenthemenmüssen entsprechend der Situation am Ort(Lerngruppe, Bildungsgang, Ausstattung, örtlicheund situative Gegebenheiten) weiter konkretisiertwerden. Diese Handreichung soll hierfürHilfe und praktische Unterstützung sein. Ihr Gegenstandist das Rahmenthema der Jahrgangsstufe9/10 *)„Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Im ersten Abschnitt wird in Umrissen dargestellt,welche Bedeutung fossile und nachwachsendeRohstoffe in wirtschaftlicher und ökologischerSicht haben. Damit wird zugleich der Stellenwertder Thematik für heutige Schülerinnen und Schülerskizziert.Im Zentrum des 2. Abschnitts stehen die praktischenKonkretisierungsmöglichkeiten. Aus derVielzahl prinzipiell möglicher Themen werdendie beiden folgenden näher dargestellt:Verpackungen aus fossilen undnachwachsenden Rohstoffensuchungen und als Anleitungen für Experimente,zum anderen Informationen und Daten zumThema sowie Arbeitsblätter zu fachlichen Details.Die Versuche reichen von der Destillationvon Erdöl bzw. der Gewinnung von Stärke ausKartoffeln bis hin zur Polymerisation einesKunststoffes bzw. zur Herstellung einer Linoleumprobeaus Leinöl. Hinweise auf Versuchsanleitungenbzw. didaktische Konzepte in derLiteratur zu anderen möglichen Themen, andenen das Rahmenthema fossile und nachwachsendeRohstoffe konkretisiert werdenkönnte, schließen sich an.Ergänzend sind in den Abschnitten 5 bis 8 Informationenzu außerschulischen Lernorten zusammengestellt,die in den Unterrichtsgang einbezogenwerden könnten, zu verfügbaren Medien(Kreisbildstellen), zu weiterführender Literatur,die ggf. auch im Unterricht eingesetzt werdenkann, sowie Anschriften z.B. für den Bezugvon kostenlosen Broschüren, Materialprobeno.ä.Die vorgeschlagenen Konkretisierungen sindweitgehend in der Praxis erprobt.Rückmeldungen, Kritik und Vorschläge zur Ergänzungsind ausdrücklich erwünscht.Rohstoffpflanze LeinDiese Auswahl markiert zugleich die Spannweitefür mögliche eigene Konkretisierungen. Je nachThema kann ein eher kognitiver oder ein eherpraktischer Zugang zur Fragestellung eröffnetwerden, die Durchführung kann stärker projektartigoder lehrgangsartig sein, und schließlichkönnen auch Dauer und Tiefe der Arbeit amThema im gegebenen Rahmen variieren.In den Abschnitten 3 und 4 werden Materialienzu den genannten Unterrichtsthemen angeboten,einerseits als Vorschläge für Unter-*) Das Rahmenthema „Fossile und nachwachsendeRohstoffe“ ist als Auszug aus dem Rahmenplan imAnhang wiedergegeben.1

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“2. „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“ in Gesellschaft, Alltag undim UnterrichtDie moderne Industriegesellschaft verdanktihren Aufstieg und ihr Aussehen zu einem großenTeil der umfassenden Verwendung von fossilenRohstoffen: Sie sind Grundlage sowohl fürdie Energiegewinnung wie auch für die stofflicheProduktion der chemischen Industrie. Kohle wirdverstromt und verheizt, Öl und Erdölproduktesind Treibstoffe für den Verkehr auf den Straßen,auf dem Wasser und in der Luft, Erdgas -lange Jahre als unerwünschtes Nebenproduktder Erdölförderung abgefackelt - verbrennt inden Haushalten und liefert Wärme für industrielleProzesse. Mit der Kohle erschloss sich diegroßtechnische Metallverhüttung, die - zusammenmit der Dampfmaschine - technischeGrundlage war für die Industrielle Revolution.Metalle, insbesondere Stahl, revolutioniertenpraktisch alle Lebensbereiche, von der Fahrzeugtechnikund dem konstruktiven Bau bis hin zurKriegs- und Weltraumtechnik.Inzwischen werden weltweit Kohlen und Kohlenwasserstoffeim Umfang von etwa 10 MilliardenTonnen Steinkohleneinheiten (SKE) jährlichgefördert, mehr als 90% davon werden im Energiebereicheingesetzt.Nachfrage und Verbrauch steigen weiter, insbesonderewegen der Industrialisierung derSchwellenländer und vieler Staaten der „DrittenWelt“. Auch wenn die diesbezüglichen Schätzungenin der Vergangenheit immer wieder nachoben korrigiert werden mussten, steht fest, dassdie fossilen Reserven erschöpflich sind. BeimErdöl geht man heute davon aus, dass es bereitsin 40 Jahren knapp werden könnte bzw. schwererzu erschließende Vorkommen abgebaut werdenmüssen.Schon während der Öl-(preis)krise in den 70erJahren wurde eine Vielzahl von Überlegungenangestellt, wie man Energie und damit fossileRohstoffe sparen könnte; von den geplantenProgrammen konnten sich jedoch nur wenigedurchsetzen. Inzwischen wird die energetischeNutzung von fossilen Rohstoffen auch unterökologischen Aspekten problematisiert: Mitjedem Liter Öl und jedem Kilo Kohle werdennicht nur unwiederbringlich die Ablagerungenaus Jahrmillionen vermindert, vielmehr wirdgleichzeitig auch der Kohlenstoffdioxidgehaltder Atmosphäre erhöht.Erste Anzeichen wie der Anstieg der durchschnittlichenTemperaturen sowie die Zunahmevon Unwettern lassen befürchten, dass der zusätzlicheTreibhauseffekt (an dem die CO 2 -Emissionenetwa zu 50% beteiligt sind) tatsächlich zukritischen Klimaveränderungen führen wird.***Neben der energetischen Nutzung spielten diefossilen Ressourcen schon immer eine wichtige,wenn auch mengenmäßig wesentlich kleinereRolle als Rohstoffe für die Industrie. So nahmdie chemische Industrie und besonders die moderneSynthese ihren Ausgang bei der Nutzungdes bei der Verkokung anfallenden ReststoffsSteinkohlenteer, aus bestimmten Erdölfraktionenwurden und werden sowohl Feinchemikalienwie auch Massenprodukte hergestellt, vonpharmazeutischen Präparaten bis zum PVC fürFußböden, Rohre und Isolationen. Immerhin 5%der insgesamt geförderten Kohlenstoffverbindungenwerden so stofflich weiterverarbeitet.Sowohl der zeitweise deutlich gestiegene Preisdes Rohstoffs Öl wie auch spezifische Umweltproblemebei der Herstellung, Nutzung undEntsorgung z.B. synthetischer Kunststoffe, Fasernund Farben haben dazu geführt, dass seiteinigen Jahren verstärkt nachwachsende Rohstoffeals alternative Rohstoffbasis öffentlichdiskutiert werden. Damit sind eine Vielzahl vonErwartungen und Hoffnungen verbunden, derenBerechtigung und praktische Bedeutung erst ansatzweisegeklärt sind.Zunächst ist festzustellen, dass sich verschiedenenachwachsende Rohstoffe unterschiedlichgut für verschiedene Zwecke eignen. (vgl. auchTabelle im Materialteil M 6)2

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“* Die klassischen pflanzlichen Rohstofflieferanten Lein, Raps und Hanf liefern Fasern und hochwertigeÖle; daraus lassen sich z.B. Textilien, Schmierstoffe und Lösungsmittel gewinnen. Hierbeibleiben die komplexen, in der Pflanze gebildeten Molekülstrukturen erhalten und werden auf hohemstofflichen Niveau genutzt. (Das gilt auch für Spezialanwendungen wie die Herstellung von Bremsbelägenaus pflanzlichen Kurzfasern.)* Zuckerrübe, Zuckerrohr, Mais und Kokospalmen liefern industriell leicht weiterverwertbare Rohstoffewie Zucker, Stärke oder fette Öle. Diese werden bereits gegenwärtig als Basis für die Herstellungvon Massenprodukten wie Waschmittel, Kunststoffe o.ä. genutzt. Dabei werden die aufgebautenStrukturen zumindest zu einem großen Teil erhalten bzw. durch gezielte Veränderungen fürihren Verwendungszweck zugerichtet, wie z.B. bei der Produktion von Folien, die unter Verwendungvon Stärke hergestellt werden.* Durch Umwandlung in Ethanol oder Methanol können aus den verschiedensten Stärke, Zelluloseoder Zucker enthaltenden Rohstoffpflanzen Ausgangsstoffe für die chemische Synthese gewonnenwerden. Von diesen einfachen Alkoholen ausgehend kann, ähnlich wie bei Ethylen oder Methan,praktisch die gesamte Palette der organisch-chemischen Produkte hergestellt werden.* Für die Energiegewinnung spielt der tatsächliche stoffliche Aufbau der Rohstoffe nur eine untergeordneteRolle. Nur beim Biosprit ist es notwendig, auf eine bestimmte Stoffgruppe, die Fettsäureester,zurückzugreifen, die aus pflanzlichen Ölen mit und ohne Umesterung gewonnen werden.Für die Verbrennung eignet sich praktisch jede Art Biomasse. Erste Projekte verwerten daherRestholz oder Stroh, es ist aber nicht auszuschließen, dass für die Energiegewinnung künftig auchschnellwachsende Pflanzen angebaut werden, die dann als zerkleinerte Biomasse in regionalen Anlagenmit Wärme-Kraft-Kopplung verbrannt werden.Nachwachsende Rohstoffe spielen aber nicht nur in der Technik oder in neuartigen Produkten eineRolle. Sie haben seit jeher ihren Platz im Alltag:* Holz gehört zu den verbreitetsten Werkstoffen beim Bau, bei der Möbelherstellung und dient auchzur Papierherstellung,* Textilien werden zu ca. 50% aus Baumwolle, Wolle, Lein oder Seide hergestellt, weitere 20% bestehenaus chemisch modifizierter Cellulose (Azetatseide, Viskose u.ä.)* Fette werden zu Seifen verarbeitet, viele Kosmetika verwenden natürliche Rohstoffe, und schließlicherscheinen Pflanzeninhaltsstoffe als Phytopharmaka und Duftstoffe.In einigen Bereichen erobern nachwachsendeRohstoffe gerade ihren Platz zurück, von dem siein der Nachkriegszeit durch kostengünstigerherzustellende Kunststoffprodukte verdrängtworden waren: so das Linoleum, das zunächstdem PVC weichen musste, oder hochwertigeNaturfasern, die zeitweise völlig vom Markt verschwundenwaren.Fossile und nachwachsende Rohstoffe werdenvermutlich noch viele Jahrzehnte koexistieren.Die Auseinandersetzung damit kann aber nichtauf künftige Generationen abgewälzt werden.Vielmehr fallen Entscheidungen für oder gegeneine nachhaltige Nutzung bereits heute. Schuleund besonders der naturwissenschaftliche Un-Diese Auseinandersetzung kann und soll überdie fachliche, die konkret stoffliche und dieterricht müssen den entsprechenden Fragestellungendaher einen angemessenen Platz einräumenund Möglichkeiten für eine theoretischreflektierendewie auch praktische Auseinandersetzungschaffen, die der Tragweite und Bedeutungder Thematik gerecht werden.400300200100Leinölproduktion weltweit(in 1000 Tonnen)01952 1960 1969 19953

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“alltagsrelevante Seite hinaus die Einsicht befördern,dass alle menschlichen Aktivitäten -technische wie biologisch-physiologische - inden Kohlenstoff-Kohlendioxid-Kreislauf eingebundensind. Beispiele dafür gibt es von derErnährung bis zur Energiebereitstellung, vonder Produktion bis zur Entsorgung nicht mehrgebrauchsfähiger Produkte.Den Schlüssel für dieses Verständnis stellen dieNaturwissenschaften bereit. Die chemischeBetrachtung offenbart die Verwandtschaft vonKohlenstoffverbindungen fossiler und pflanzlicherHerkunft. Die Entstehungsgeschichten vonErdöl und Kohle verweisen darüber hinaus aufdie Photosynthese als gemeinsame Quelle vonheutiger Biomasse und den vor ca. 500 MillionenJahren entstandenen Kohlenstoffreserven:Erdöl, Erdgas und Kohle stellen in diesem Sinne„stillgelegte“ Biomasse dar. Und schließlich lassensich auch Parallelen beim chemischenReaktionsverhalten herausarbeiten, etwa imVergleich einer Polymerisation bei Syntheseproduktenund dem „Trocknen“ von pflanzlichenÖlen an der Luft.Indem Schülerinnen und Schülern die Möglichkeitgegeben wird, dieses Eingebundenseinin den globalen Kohlenstoffhaushalt konkretwahrzunehmen und anhand von Stoffbeispielenmit praktischer Bedeutung nachzuvollziehen,eröffnet sich ihnen ein Verständnisdafür, dass die Ressourcen auf derErde begrenzt sind und dass alles Leben vonder Sonne abhängig ist.In diesem Sinne stellt die Thematik „Fossileund nachwachsende Rohstoffe“ einen wichtigenBeitrag zur schulischen Umwelterziehungdar.4

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“3. Zur Konkretisierung des Rahmenthemas „Fossile und nachwachsendeRohstoffe“ im Lernbereich NaturwissenschaftenDer Rahmenplan Naturwissenschaften fordert,das Thema „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“unter den Aspekten Naturwissenschaften,Technik und Umwelt zu entfalten und zu konkretisieren.*Unter Umweltaspekten können die Möglichkeitenumweltverträglicher Produktion auf der Basis vonfossilen und nachwachsenden Rohstoffen erörtertwerden. Beispiele für Stoffe bzw. Produkte solltennach regionaler Verfügbarkeit gewählt werden.Unter Umweltaspekten ist der Begriff der Biomassevon zentraler Bedeutung. Sobald fossileRohstoffe verstanden werden als im Laufe derErdgeschichte stillgelegte Biomasse, können sowohldie Grenzen einer exponentiellen technischenEntwicklung wie auch die möglichen Folgender CO 2 -Freisetzung für das Klima diskutiert werden.Biomasse als stets neu wachsendes Reservoirvon Kohlenstoffverbindungen lässt weiterhin dieGrenzen erkennen, die von den insgesamt verfügbarenbzw. nutzbaren Mengen her gegeben sind.*Der Technikaspekt konkretisiert diese globaleSichtweise im Zusammenhang mit den Möglichkeitenund Verfahren der Rohstofferschließungan den gewählten Beispielen. Über die jeweilsbedeutsamen Technologien kommen auch historischeBezüge in den Blick: Praktisch alle heute bekanntenAnwendungsfelder von fossilen undnachwachsenden Rohstoffen haben ihre Wurzelnin früheren Zeiten und lassen sich durch Beispieleaus der Geschichte ergänzen.Die technische Sicht auf die Thematik eröffnetweiterhin einen Zugang zu ihrer ökonomischenBedeutung. Am gewählten Beispiel kann erarbeitetwerden, insbesondere im Vergleich ähnlicherProdukte auf Basis von einerseits fossilen, andererseitsnachwachsenden Rohstoffen, welcheReichweite eine Veränderung der Rohstoffbasishaben könnte.In der Verbindung von ökologischen und ökonomischenFragestellungen wird die Bedeutungmöglicher Entwicklungen für die Lebensbedingungenkünftiger Generationen deutlich - in den Industrieländerndes Nordens ebenso wie in denLändern des Südens. Neben der Frage nach derBereitstellung von Energie ist die Rohstoff-Frageentscheidend für eine nachhaltige und zukunftsfähigeglobale Entwicklung (Sustainable Development).*Der naturwissenschaftliche Aspekt liefert in mehrfacherHinsicht Schlüssel für das Verständnis derZusammenhänge.So ermöglicht die chemische Beschreibung charakteristischerBestandteile von fossilen undnachwachsenden Rohstoffen einen Einblick inderen stoffliche Verwandtschaft: Beide sind Verbindungendes Kohlenstoffs, beide entstammender Photosynthese als Grundlage der Biomassebildung.Über den Vergleich von offener Verbrennung undAtmung werden Kohlenstoffverbindungen einerseitsals Energielieferanten für alle Lebens- unddie meisten technischen Prozesse verstehbar,andererseits wird ein Bild von Stoffkreisläufen fürdie Schülerinnen und Schüler erkennbar.Kohlenstoffverbindungen werden weiter als Strukturbildnerin Pflanzen wie auch als Werkstoffeoder zumindest Vorstufen dazu deutlich.Aus biologischer Sicht können die Pflanzen bzw.Pflanzenfamilien charakterisiert werden, die alsRohstofflieferanten in Frage kommen bzw. bereitsgenutzt werden. In engem Zusammenhangdamit erschließen sich die Bedingungen, unterdenen solche Rohstoffpflanzen hier und anderswoangebaut werden können.Je nach gewähltem Beispiel können weitere spezielleInformationen zum Gegenstand in den Unterrichteingebracht bzw. erarbeitet werden. Daskönnen z.B. die im Verlauf von Verarbeitungsprozessenstattfindenden stofflichen Veränderungensein, die durch eine Interpretation auf Teilchenbzw.Molekülebene erläutert werden.Die Tiefe einer solchen Bearbeitung hängt notwendigerweisesowohl vom Gegenstand wie auchvom jeweiligen Bildungsgang der Lerngruppe ab.5

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Didaktische und methodische HinweiseNotwendig für ein exemplarisches Vorgehen sindeinige Abgrenzungen und Vorentscheidungen:Der Rahmenplan Naturwissenschaften geht davonaus, dass unter dem Rahmenthema „Fossile undnachwachsende Rohstoffe“ bevorzugt die stofflicheSeite und nicht die energetische Nutzung vonBiomasse bearbeitet werden soll. Zur Thematisierungdes letztgenannten Aspekts steht u.a.das Rahmenthema „Energie und Umwelt“ zur Verfügung,in welchem auch auf die Sonne als primäreEnergielieferantin Bezug genommen wird. Andererseitsmuß bei der Gestaltung des Rahmenthemas„Fossile und nachwachsende Rohstoffeberücksichtigt werden, welche Aspekte dieserThematik in Jahrgangsstufe 7/8 unter dem Rahmenthema„Energie und Stoffwechsel“ bearbeitetwurden.Angesichts der vielzahl möglicher Stoffe undStoffgruppen im Zusammenhang mit fossilen undnachwachsenden Rohstoffen ist das Feld der zurbearbeitenden Stoffe einzugrenzen. Der Unterrichtsgegenstandkann sich z.B. von einem Anwendungsbereichher entwickeln (etwa bei denTextilien: natürliche und synthetische Fasern; beiden Tensiden: Seifen und Waschmittel; entsprechendbei den Werkstoffen: Naturmaterialien,Umwandlungsprodukte, Kunststoffe) oder voneiner Rohstoffe liefernden Pflanze her (Lein,Raps, Holzgewächse), der die entsprechendenErdölzweige zugeordnet werden.Dabei ist sicherzustellen, dass das gewählte Themaden Anforderungen des Rahmenplans entsprechendbearbeitet werden kann. Dazu gehört, dasseine experimentelle Auseinandersetzung mitdem Gegenstand möglich ist; die entsprechendenTechnologien der Rohstoffgewinnung, Be- undVerarbeitung müssen wenigstens zu einem größerenTeil für die schulische Arbeit verfügbar sind.Einschlägige technische Produktionsstätten bzw.Anbauflächen für Rohstoffpflanzen in erreichbarerNähe lassen sich als außerschulische Lernortenutzen. Die Verfügbarkeit von Ansprechpartnernbzw. Experten etwa für landwirtschaftlicheFragestellungen sollte bei der Themenauswahlebenso Berücksichtigung finden wie die Jahreszeit,insbesondere wenn eine Rohstoffpflanze imZentrum steht.a) Themen, die sich auf ein Produktfeld beziehenTenside: mit Seifen aus tierischen und pflanzlichenFetten und Ölen als historischen Beispielen, modernensynthetischen Waschmitteln auf Erdölbasissowie Tensiden aus nachwachsenden Rohstoffen(z.B. Palmöl und Stärke)Fasern und Färben: mit Wolle, Baumwolle undSynthesefasern als Beispielen für Textilfasern sowiemit industriellen Farbstoffen und solchenpflanzlicher HerkunftLösungsmittel und Bindemittel für Anstriche: mitLeinöl als klassischem Filmbildner, Harzen z.B. fürSchellack und modernen Lackrezepturen mit undohne LösemittelnKosmetik: Cremes, Duftstoffe und ev. Wirkstoffeaus natürlichen Rohstoffen bzw. synthetischerHerkunft an ausgewählten BeispielenVerpackung: mit Folien, Getränke- und Verkaufsverpackungenaus Papier und Pappe, Kunststoffenund neuen Biopolymeren (z.B. auf Stärkebasis)Bodenbeläge, Baustoffe, Dämmstoffe: mit PVCund Linoleum; Kork, Zellstoff, geschäumtem Polystyrol;Holz für den konstruktiven Bau; Profile ausKunststoffb) Themen, die vom Rohöl oder einer ErdölfraktionausgehenKunststoffe: am Beispiel eines Massenkunststoffswie Polyethylen (oder PVC) und zum Vergleichähnlicher Produkte, die unter Verwendung vonnachwachsenden Rohstoffen hergestellt werdenkönnenKunststoffe: als konstruktive Werkstoffe undstoffliche Alternativenc) Themen, die eine Rohstoffpflanze ins ZentrumstellenLein (oder Hanf): Entfaltung der Produktpalette(Textilfasern, Kurzfasern für Bremsbeläge /Dämmplatten, Öle für Ernährung oder technischeAnwendungen (Anstrichmittel oder Schmierstoffe)und Vergleich mit entsprechenden Waren, die aufErdölbasis produziert werden6

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Holz / Cellulose: für Papier bzw. Verpackungen,auch chemisch modifizierte Cellulose, sowiestoffliche Alternativen auf ErdölbasisJe nach Schwerpunktbildung während des Unterrichtsverlaufsund je nach regionalen und situativenRahmenbedingungen (Möglichkeit zu Exkursionen,Jahreszeit, Besichtigung von Produktionsstätten)können bzw. sollten spezifischeAkzentuierungen vorgenommen werden. Dabeikönnten Fragen erörtert werden wie z.B.:- wirtschaftliche Interessen von verschiedenenGruppen und deren Unterschiede (Bauern: lohnenderAnbau auf stillgelegten Flächen; Industrie:kostengünstige und kontinuierlich verfügbareRohstoffe)- alte und neue (politische) Abhängigkeiten (DritteWelt als Anbaugebiet, Nahrungsmittelproduktionvs. technische Rohstoffproduktion)- ökologische/umweltverträgliche Landwirtschaftim Vergleich zur technisierten/ industrialisiertenLandwirtschaft (Einsatz von Pflanzenschutzmitteln,Monokulturen usw.)- Begrenzheit der (nachwachsenden) Ressourcenvs. Dynamik von Nachfrage und Ansprüchen- „natürliche“ Herkunft als Verkaufsargument- Natur und Gesundheit (spezifische Belastungen/Rückstände,Allergien)- (bilanzierender) Vergleich von synthetischenProdukten und ähnlichenWaren aus nachwachsendenRohstoffenDie Spannweite möglicher thematischer Konkretisierungendes Rahmenthemas „Fossile undnachwachsende Rohstoffe“ erlaubt ebenso eineVerstärkung des Anteils von praktischen Arbeitenwie eine theoretische Vertiefung. Dies erleichtertu.a., auf die spezifischen Erfordernisseunterschiedlicher Bildungsgänge und Lerngruppeneinzugehen.Wie thematische Konkretisierungen in der Praxisaussehen können, zeigen die im folgenden dargestelltenBeispiele Verpackung und Lein.Unabhängig von der Wahl des Themas und vonden besonderen Bedingungen der Lerngruppesind die verbindlichen Inhalte zu bearbeiten. Dieangemessene Berücksichtigung dieser durch denRahmenplan festgelegten Inhalte gewährleistet,dass das notwendige exemplarische Vorgehen(bezogen auf Stoffgruppen bzw. Produkte undVerfahren) zu vergleichbaren Ergebnissen imVerständnis führt.Als zentrales Element der Bearbeitung kann derglobale Kohlenstoff-CO 2 -Kreislauf dienen. Je nachgewähltem Weg steht er entweder am Anfang derBetrachtungen oder er stellt sich als Ergebnis derArbeit am Rahmenthema dar. Materialien hierzufinden sich im Abschnitt 4.7

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Hinweise zur Verwendung von Formeln und Modellen im Zusammenhang mitdem Rahmenthema „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Das Rahmenthema „Fossile und nachwachsendeRohstoffe“ korrespondiert mit dem Anspruch desFaches Chemie, den Schülerinnen und Schülern inder Sekundarstufe I einen Einblick in die OrganischeChemie bzw. die Chemie der Kohlenstoffverbindungenzu eröffnen. Die Verwendung bzw.Erarbeitung von chemischen Formeln und Modellenorientiert sich an den im Rahmenplan dargestelltenverbindlichen Inhalten und den in diesemZusammenhang angesprochenen Stoffe bzw.Stoffgruppen:- Der Aspekt Kohlenwasserstoffverbindungen alsStrukturbildner verweist auf die räumlichen Strukturen,die von Molekülen gebildet bzw. eingenommenwerden. Hierbei gibt es die unterschiedlichstenMöglichkeiten, mittels Modellen undformelmäßigen Beschreibungen zu einer Abstraktionzu gelangen. Im einfachsten Fall kann eineMitteilung erfolgen (z.B. die Existenz von Kohlenwasserstoff-Kettenbetreffend), die durch Plausibilitätsbetrachtungenunterstützt wird. In Lerngruppendes gymnasialen Bildungsgangs kann demgegenüberbereits eine Orientierung auf das Tetraedermodellfür den Kohlenstoff angebracht sein,von dem aus räumliche Strukturen fallweise selbständigentwickelt werden können. Die Entscheidungdarüber, in welcher Tiefe und mit welcherIntensität diese Bearbeitung erfolgt, ist den Lehrendenim Rahmen der vom Rahmenplan eröffnetenSpielräume überlassen und ist von der jeweiligenFachkonferenz zu regeln.- Der Aspekt Kohlenwasserstoffverbindungen alsEnergieliefenranten verweist auf den Energieumsatzbei chemischen Reaktionen bzw. den unterschiedlichenEnergiegehalt von brennbarenKohlenstoffverbindungen und der VerbrennungsprodukteCO 2 und Wasser. Letztlich ist damit derEnergiestatus von verschiedenen chemischenBindungen angesprochen, der jedoch für die Betrachtungenin der Sekundarstufe I noch keinetragende Funktion hat.- Für das Verständnis von Kohlenwasserstoffverbindungenals technischen Rohstoffen bzw. alsWerkstoffen ist eine Betrachtung der chemischenEigenschaften im engeren Sinn notwendig. Dazugehören insbesondere das Reaktionsverhaltengegenüber anderen Stoffen, die Benutzung von(Hilfs-)Chemikalien zur gezielten Veränderung vonStoffen, die Wechselwirkungen in bestimmtenMedien (z.B. eine „saure Reaktion“ eines Stoffesin Wasser) sowie die Möglichkeiten der Vernetzungbei der Bildung großer Molekülverbände(z.B. Kunststoffe). Hierfür kommen formale Beschreibungenvon sehr unterschiedlicher Abstraktionin Frage; so kann die Tensidwirkung von Fettsäuren(langkettigen Carbonsäuren) durch ein einfachesSchwanz-Kopf-Modell veranschaulichtwerden, andererseits können im Extremfall Betrachtungender Polarität auf Bindungsebenedurchgeführt werden. Letztere führen hin zu einemVerständnis der Abhängigkeit der Stoffeigenschaftenvon den Strukturen auf Teilchenebene.Der Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften,dessen Bearbeitung vom Rahmenplan für dengymnasialen Bildungsgang ausdrücklich gefordertwird, kann in sehr unterschiedlichen Bezügenentwickelt werden. Ein einfaches Beispiel ist derZusammenhang zwischen Molekülgröße bzw.Länge der Kohlenwasserstoffkette und dem Siedepunkteiner Substanz bei den Alkanen, wie eretwa bei der fraktionierten Destillation von Erdölerarbeitet werden kann. Ein komplexeres Beispielist die Betrachtung des chemischen Erfahrungssatzes„Gleiches löst Gleiches“, der gut an denFetten und Seifen entwickelt werden kann.- Der Kohlenstoffkreislauf verweist auf zwei weitereAspekte: den der umgesetzten Stoffmengen inder Biosphäre und der Technosphäre und seineformale Beschreibung sowie die biologischen -biochemischen wie physiologischen - Zusammenhängebei Photosynthese und Kohlenstoff- bzw.CO 2 -Fixierung in den Pflanzen.Für die Stoffmengenbetrachtung kann, abhängigvom Bildungsgang, eine Interpretation von Reaktionsgleichungenhilfreich sein, die die Quantitätenin den Mittelpunkt stellt. So kann ein Zusammenhanghergestellt werden zwischen Brennstoff,Sauerstoffverbrauch und Verbrennungsproduktenund umgekehrt zwischen Kohlenstoff-Fixierungdurch Photosynthese und den dabei gebundenen8

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Mengen CO 2 und Wasser. Mengenbetrachtungeneröffnen zudem Verbindungen zu alltäglichenVorgängen bzw. technischen Anwendungen:Transportwege können in CO 2 -Einheiten ausgedrücktwerden, die Sauerstoffproduktion einerPflanze kann in Beziehung gesetzt werden zuWachstum und Biomassebildung.Die biochemischen und physiologischen Vorgängebei der Photoynthese können zwar sehr detailliertformelmäßig beschrieben werden, ein intensiveAuseinandersetzung mit den betreffenden Vorgängensprengt jedoch in der Regel den Rahmendes naturwissenschaftlichen Unterrichts in derMittelstufe. Fallweise ist die Verwendung vereinfachterDarstellungen jedoch durchaus sinnvoll.Anmerkungen zum Konkretisierungsvorschlag ABeim Konkretisierungsvorschlag „Verpackung“werden Kunststoffe (als Beispiel für Verpackungsmaterialienauf Erdölbasis), Papier und Pappe (alskonventionelle Verpackungsmaterialien auf Basisvon nachwachsenden Rohstoffen) sowie neuartigeMaterialien (z.B. Stärkefolie) parallel behandelt. Essollen jeweils die Rohstoffgewinnung, wichtigeElemente im Verarbeitungsprozess und die Möglichkeitender Entsorgung - stoffliches Recyclingbzw. Rückführung in den natürlichen C/CO 2 -Kreislauf durch Kompostierung oder auch Verbrennung- erarbeitet werden. Dies kann gemeinsamggf. auch zeitweise arbeitsteilig erfolgen. Alsdurchgängiges Strukturierungselement kann einevereinfachte Vorstellung einer Produktlinienanalysedienen, die die in Erfahrung gebrachtenbzw. erarbeiteten Informationen den jeweiligenMaterialien zuordnet. Dabei muss u.a. deutlichwerden, dass platte Vergleiche zwischen „gutenNaturprodukten“ und solchen aus chemischerSynthese und industrieller Produktion in der Regelnicht möglich sind. Vielmehr muss eine differenzierteBewertung im Einzelfall stattfinden sowieeine (persönlich) begründete Entscheidunggetroffen werden.Anmerkungen zum Konkretisierungsbeispiel BIm Zentrum der Konkretisierung „RohstoffpflanzeLein“ steht die projektartig organisierte Herstellungeines Stücks Linoleum aus Leinölfirnis,Kolophonium, Holzmehl und Kreide bzw. farbigenPigmenten. Parallel dazu kann der Einsatz vonLeinöl als Filmbildner bei der Farbstoffherstellungim Experiment nachgearbeitet werden. DerSchwerpunkt der theoretischen Bearbeitung liegtbei der Verharzung des Leinöls; der hier zu beobachtendenBildung von großen Molekülverbändenkann, je nach Bildungsgang, die Polymerisationvon Erdölderivaten gegenübergestellt werden.Eingeschoben werden sollte wie bei KonkretisierungA eine exkursartige Sequenz zumC/CO 2 -Kreislauf. Diese kann sich unter dem Stichwort„Produktionsstätte Pflanze“ an die Erläuterungder Photosynthese anschließen. Hierbei könnenauch Untersuchungen an der Leinpflanzedurchgeführt werden, z.B. mit Schnitten vonPflanzenteilen unter dem Mikroskop.Der Aspekt „Fasern von der Leinpflanze“ wird imRahmen der vorgeschlagenen Konkretisierungnicht weiter verfolgt. Er könnte bei einer anderenUnterrichtsgestaltung selbst im Zentrum stehen.Jedoch sind gegenwärtig für eine entsprechendeVertiefung experimentelle Ansätze und Zugängenicht in ausreichendem Umfang bekannt und verfügbar.Im Zusammenhang beider Konkretisierungen könnenExkursionen durchgeführt bzw. außerschulischeLernorte aufgesucht werden: landwirtschaftlicheBetriebe, Raffinerie, Verarbeiter, Entsorger.9

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Konkretisierung A: Verpackungen aus fossilen und nachwachsenden RohstoffenSchematische VerlaufsübersichtRecherche: Verpackungen in Alltag, Handel und in den MedienEingrenzung des Gegenstands / Festlegung der FragestellungKlassifizierungs- und Untersuchungsmethoden für VerpackungsmaterialienGrobklassifizierungPappe/Papier Kunststoffe Glas MetallDurchführung von MaterialuntersuchungenKunststoffe Pappe/PapierFeststellung der gemeinsamen stofflichen Basis Kohlenstoff E 4Differenzierung nach Herkunftfossile Rohstoffe nachwachsende Rohstoffe M 1/ M 3 / M 6 / M 7typische Kohlenstoffverbindungen in Übersicht(arbeitsteilige Untersuchungen)Kohlenwasserstoffe E 4 / M 5 ZuckerKunststoffe E 2 Cellulose StärkeVerfahren zur Rohstoffgewinnung und -verarbeitung (arbeitstelig)DestillationPolymerisationE 1 / E 2 / M 2Stärke aus Kartoffeln E 7 / E 8Stärkefolie, Stärkeschaum E 9 / E 10Papierschöpfen E 11Versuche zum Kohlenstoffkreislauf E 5 / E 6Reservestärke, Photosynthese E 8offene Verbrennung und Atmung M 4 / M 10Anforderungen an moderne Verpackungen E 13Stoffeigenschaften im Vergleich M 8EntsorgungRecycling: PS (Joghurtbecher) E 3 Kompostierung: Stärkefolie/Popcorn E 12Bilanz einer groben Produktlinienanalyse (PLA) M 9Verpackungsvielfalt M 10evtl. Rollenspiel M 1310

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Konkretisierung B: Rohstoffpflanze LeinSchematische VerlaufsübersichtEinstieg (z.B. über Fußbodenbeläge)Recherche unterschiedlicher Materialien (Bauhandel)Was ist Linoleum?Woher kommt Leinöl?Lein als alte Kulturpflanze M 10Kennzeichen des Leins E 15Anbaubedingungenbei passender Jahreszeit und Gegend:Exkursion zu einem Lein-anbauenden LandwirtÖl und Fasern von der Rohstoffpflanze Lein M 4 / M 6Produktionsstätte Pflanze E 5 / E 6(Photosynthese, Aufbau des Pflanzenkörpers) M 7Vergleich Pflanzenöl / Mineralöl E 14Aufbau, chemische EigenschaftenVerharzen / Trocknen von Leinöl M 12in chemischer BetrachtungAnwendungsbeispiele M 7Leinöl(-Firnis) in Farben Linoleum andere Anwendungen, z.B.Biodiesel, SchmierstoffeHerstellung von Farben / Anstrichmittelnunter Verwendung von Leinöl(-Firnis),Gebrauchstests E 18Herstellung einer LinoleumprobeE 16 / E 17MaterialeigenschaftenVergleich mit ähnlichen Produkten M 5 / M 6 / M 7auf Basis von fossilen RohstoffenAbbauverhalten E 12 / M 10Diskussion, Bewertung der Ergebnisse11

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“12

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“4. Experimente / Vorschläge für Untersuchungen - ÜbersichtE 1 Fraktionierte Destillation von Erdöl 13E 2 Kunststoffherstellung - Herstellung eines Polyesters 14E 3 Recycling von Polystyrol bzw. Polyethylen/Polypropylen 15E 4 Charakterisierung von Materialien auf Kohlenstoffbasis 16E 5 Versuch zum biologischen Kohlenstoffkreislauf 17E 6 Versuche zur Photosynthese 18E 7 Isolierung von Stärke aus Kartoffeln 19E 8 Untersuchung von Stärke aus verschiedenen Feldfrüchten 20E 9 Herstellung einer eßbaren Folie aus Stärke 21E 10 Herstellung eines festen Stärkeschaums 22E 11 Herstellung von Recycling-Papier 23E 12 Kompostierungsversuche in Petrischalen 24E 13 Vergleich Styropor / Popcorn unter dem Mikroskop 25E 14 Mineralöl und Pflanzenöle - Gemeinsamkeiten und Unterschiede 26E 15 Untersuchung der Leinpflanze 27E 16 Vom Leinöl zum Standöl 28E 17 Anleitung zur Linoleumherstellung 29E 18 Herstellung von Farben / Anstrichmitteln unter Verwendung 30von LeinölE 19 Hinweise auf interessante Experimente/Versuche zu anderen 31Anwendungsfeldern nachwachsender RohstoffeDie hier zusammengestallten Experimente, Versuchsanleitungen und Vorschläge für Untersuchungen beziehensich zum einen auf die unter 2. beschriebenen Konkretisierungen des Rahmenthemas „Fossile und nachwachsendeRohstoffe“, sie können aber auch im Zusammenhang mit anderen - eigenen - Konkretisierungenverwendet werden. Bei der Auswahl wurden bevorzugt Schülerexperimente berücksichtigt. Experimente, diesich auf andere thematische Konkretisierungen beziehen, werden in E 19 kurz vorgestellt.Bei den Experimenten und Materialien sind fallweise chemische Formeln wiedergegeben. Dies dient in ersterLinie zur schnellen Information der Lehrkraft. Inwieweit die formelmäßige Darstellung für die jeweilige Lerngruppeangemessen ist, hängt von Bildungsgang, schulinternem Arbeitsplan (Jahrgangsstufe) und der Schülergruppeab (vgl. die Hinweise auf S. 6).13

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 1Fraktionierte Destillation von ErdölMaterialien /ChemikalienGefahrensymboleSicherheitshinweiseEntsorgungshinweiseGeräte100 ml Erdöl(auf Anfrageerhältlich beiMineralölgesellschaften)F (brennbar)T (giftig)R 45 (Benzol)Xn (schädlich)(Hexan)nicht mit offenerFlamme arbeiten!möglichst imAbzug arbeiten!Schutzbrille benutzen!Die Fraktionenkönnen wiedervereint undnochmals genutztwerden.Zur Entsorgungkleine Mengenim Freien abbrennen.- Destillationsapparatur- Thermometer(360 o C)- Heizpilz,- Reagenzgläser -Stopfen- Porzellanschale- SiedesteineVersuchsaufbauVersuchsdurchführungAufbau nach Abbildung, mit Stativmaterial befestigen undsichern, dabei Spannungen vermeiden!In den Kolben werden etwa 100 ml Rohöl und einige Siedesteinegefüllt, die Apparatur verschlossen und im Heizpilz erhitzt.Es werden Destillate von unterschiedlichen Siedeintervallenaufgefangen (30 - 100 o C Leichtbenzin, 100 - 150 o CSchwerbenzin, 150 - 250 o C Petroleum, 250 - 300 o C Gasöl)und weiter untersucht.Dazu müssen die Temperatur genau beobachtet und die Vorlagenrechtzeitig gewechselt werden. Menge, Farbe und Geruchder Fraktionen sowie ihr Fließverhalten und das Entzündungsverhalten(man nähert sich einer kleinen Flüssigkeitsprobein einer Porzellanschale mit einem brennenden Holzspan)können untersucht und beschrieben werden.Anmerkungen / ErläuterungenBessere Trennergebnisse erhält man bei Verwendung einer Kolonne. Jedoch reicht dann oft dieHeizleistung der Wärmequelle wegen der höheren Wärmeverluste nicht mehr aus. Abhilfe: DieKolonne wird mit Aluminiumfolie umwickelt.Bei den Entzündungsversuchen nur kleinste Mengen verwenden und auf gute Lüftung achten; esdürfen sich keine größeren Volumina zündfähiger Gasgemische bilden.Die wiedervereinigten Fraktionen können maximal dreimal wieder für den gleichen Versuch eingesetztwerden, da von den leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen bei jeder Destillation ein Teil alsGas austritt und den entsprechenden Anteil im Gemisch verringert.14

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 2Herstellung eines PolyestersMaterialien / Chemikalien Gefahrenhinweise6 g Maleinsäure3 g Ethylenglykolkonz. Schwefelsäure(1Tropfen)R 22-36/37/38S 26-28.1-37gesundheitsschädlich,reizendR 22gesundheitsschädlichSicherheitshinweiseVersuch möglichstim Abzug durchführen!Schutzbrille benutzen!Geräte-großes Reagenzglas- Stativmaterial- Brenner- Siedesteine- Thermometer- Waage- 2 BechergläserVersuchsaufbauVersuchsdurchführungAnmerkungen / ErläuterungenDas große Reagenzglas wird leicht schräg am Stativ befestigt,so dass es mit dem Brenner erhitzt werden kann.Die Säure und der Alkohol werden eingefüllt und mit einemTropfen konz. Schwefelsäure versetzt. Nach Zugabe einigerSiedesteinchen wird vorsichtig erhitzt.Es bildet sich eine wasserklare Schmelze, die bei 130 o C Wasserdampfabgibt. Eine zu Beginn entnommene Probe löst sichvollständig in Wasser, nach 10 Minuten bilden sich beim Lösendeutliche Schlieren: es haben sich Makromoleküle gebildet.Es findet eine Polykondensation statt. Das Reaktionsprodukt fällt als viskose Masse an. Durch Zugabevon Methylethylketon kann der Polyester ausgehärtet werden.Zum Vergleich kann ein Polyester aus nachwachsendenRohstoffen hergestellt werden. Dazu werden 4,5 g Zitronensäureund 10 g Ricinusöl in einem Becherglas so langeerhitzt, bis ein weiches, klebriges Harz entstanden ist. DieReaktionstemperatur darf 240 o C nicht übersteigen, dasonst die Zersetzung der Zitronensäure einsetzt.Die Reaktion ist nach 10 Minuten beendet.Ricinusöl dient bei dieser Reaktion als Alkohol:Die Fettsäurekomponente Ricinolsäure trägt amKohlenstoff-Atom 12 eine Hydroxy-Gruppe.15

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 3Recycling von Polystyrol bzw. Polyethylen / PolypropylenMaterialien /ChemikalienJoghurtbecher aus- Polystyrol (PS),- Polyethylen (PE) oder- Polypropylen (PP)Sicherheitshinweise EntsorgungshinweiseTemperatur kontrollieren!BeiÜberhitzung werdengiftige undleicht entzündlicheGase (Monomere)frei.Kunststoffrestewerden über dasDuale System /den gelben Sackentsorgt.Geräte- Schere- Messer- Trockenschrank- 2 Glasscheiben- ArbeitshandschuheVersuchsdurchführungDie Kunststoffbecher werden gründlich gereinigt und nach Sorten zusammengestellt(Kennzeichnungen beachten!). Jeweils sortenrein werden sie mit der Schere zerkleinert.Die Schnippsel werden in die Mitte einer Glasplatte und diese in den vorgeheizten Trockenschrankgelegt. Wenn die Schnippsel beginnen, sich plastisch zu verformen, wird einezweite Glasplatte vorsichtig daraufgelegt. Ist die Masse zu einer planaren, dicken Folieverlaufen, nimmt man die Glasplatten aus dem Trockenschrank (Arbeitshandschuhe) undlässt sie auskühlen.Die umgeschmolzene Masse kann jetzt weiter verarbeitet werden, z.B. zu kleinen Schreibunterlagen,Lesezeichen o.ä..Die Temperaturen im Trockenschrank richten sich nach der verarbeiteten Kunststoffsorte.Die Erweichungspunkte sind (ca.): PE: 100 o C, PP: 110 o C, PS: 80 - 100 o CAnmerkungen / ErläuterungenTellerartige Gegenstände erhält man, wenn man zwei Bechergläser benutzt. In das größere Glasfüllt man die Recyclingmasse und stellt das kleinere obenauf. Zur besseren Trennung der aufgeschmolzenenMasse von der Glaswand kann diese zuvor mit Glyzerin dünn eingestrichen werden.Vorsicht beim Umgang mit Glas, es besteht Verletzungsgefahr. Bei den benutzten Glasplattensollten die Kanten mit feinem Schmirgelpapier gebrochen und entschärft werden.PP, PE und PS gehören zu den Thermoplasten,verformen sich also in der Hitze.Sie bestehen im wesentlichen aus Molekülketten,die bei Zimmertemperaturnicht oder nur wenig gegeneinander bewegtwerden können. Bei Wärmezufuhrlassen sie sich verschieben; ähnlich einerFlüssigkeit nimmt ein geschmolzenerThermoplast den ihm angebotenen Raum durch Hineinfließen ein.16

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 4Charakterisierung von Materialien auf KohlenstoffbasisMaterialien /Chemikalien- Materialproben(Zucker, Mehl, Stärke,Kohle, Holz, Leder, Mineralöl,Pflanzenöl usw.)- Kalkwasser (Ca(OH) 2 aq )SicherheitshinweiseVerbrennungs- und Verschwelungsversucheunter dem Abzugdurchführen!Geräte- Waschflasche- Wasserstrahlpumpe- Porzellanschale- feuerfeste Unterlage- Brenner, Stativmaterial- Tiegelzange, Reagenzgläser- Trichter, SchläucheVersuchsaufbauVersuchsdurchführungA. KohlenstoffnachweisAnmerkungen / ErläuterungenVerschiedene Materialproben werden im Reagenzglas überdem Bunsenbrenner erhitzt, zunächst vorsichtig, dann bis zurvollständigen Zersetzung erhitzt. Bei den meisten Proben (Zucker,Stärke, Bakelit, Papier, Leder, Wolle, Kunstfaser, Holz)färbt sich das Zersetzungsprodukt braun bis schwarz.B. Nachweis der Verbrennungsprodukte CO 2 und WasserVerschiedene Materialproben werden mit der Brennerflammeentzündet. Das entstehende CO 2 wird über Trichter undSchlauch durch eine Waschflasche mit Kalkwasser geleitet. CO 2ruft eine helle Trübung durch CaCO 3 hervor.Die Waschflasche wird dazu an einer Wasserstrahlpumpe angeschlossen.Der Wasserdampf kondensiert zunächst am Trichter. Wasserkann auch in einer leeren Waschflasche aufgefangen werden,die in einem Becherglas mit Eiswasser steht.Wasser- und CO 2 -Nachweis können auch mit der ausgeatmeten Luft durchgeführt werden. Damitwird der Zusammenhang zwischen offener Verbrennung und Zellatmung hergestellt bzw. gezeigt,dass Kohlenstoffverbindungen für beide Prozesse die Grundlage sind.Pflanzenöle und Mineralöle dürfen aus Sicherheitsgründen nur im Lehrerversuch verbrannt werden.Es ist darauf zu achten, dass die Porzellanschale vor dem Einfüllen des Öls vollständig trockenist.Zucker verbrennt nur, wenn man etwas (Zigaretten-) Asche aufstreut. Diese wirkt als „Docht“, andem der geschmolzene Zucker abbrennt. Zucker kann durch Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure(80 g Zucker, 50 ml H 2 SO 4 ) zersetzt werden (Vorsicht! Gefahr schwerer Verätzungen!). Dabeibildet sich Zuckerkohle, die als Pilz aus dem Reaktionsgefäß herauswächst.17

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 5Versuch zum biologischen KohlenstoffkreislaufMaterialien / ChemikalienGeräte- Bromthymolblau-Lösung- Sprossen der Wasserpest (4 pro Gruppe)- Wasserschnecken (6 pro Gruppe), z.B.Posthornschnecken- große Reagenzgläser (8 pro Gruppe)- Stopfen- 2 Reagenzglasgestelle- Becherglas- ev. LichtquelleVersuchsaufbau / VersuchsdurchführungIn einem Becherglas wird zu 200 ml Wasser 5 Tropfen Bromthymolblau hinzugefügt. In dieblaugefärbte Lösung wird solange mit einem Glasrohr ausgeatmete Luft eingeblasen, bisder Indikator nach gelb umschlägt. Die Lösung wird auf die Reagenzgläser verteilt.Die Reagenzgläser werdenpaarweise wie abgebildet mitSprossen der Wasserpest bzw.mit den Wasserschneckenbeschickt.Die Hälfte der Reagenzgläser wirddunkel gehalten (Schrank, übergestülpteKonservendose), dieanderen werden an einem hellenOrt aufgestellt bzw. mit einerLampe beleuchtet.Nach ein bis zwei Tagen wird beobachtet, wie sich die Indikatorfarbe geändert hat.Die Ergebnisse werden in eine Tabelle eingetragenAnmerkungen / ErläuterungenDer Indikator Bromthymolblau hat einen Umschlagspunkt zwischen pH 7,6 (blau) und pH6,0 (gelb). In Wasser gelöstes CO 2 bildet HCO 3-Ionen („Kohlensäure“), der pH-Wert verschiebtsich zu Werten < 7, die Lösung ist gelb. Wenn CO 2 fehlt bzw. verbraucht worden ist,ist die Lösung blau (pH > 7, basisches Milieu).Wasserpest im Licht bindet bei der Photosynthese CO 2 . Schnecken geben bei ihrer AtmungCO 2 an das Wasser ab, unabhängig von der Beleuchtung. Mit Schnecken und Wasserpestim Licht stellt sich ein Gleichgewicht ein.Dass bei Stoffwechselprozessen CO 2 freigesetzt wird, zeigen Vergleichsversuche mit Hefeund Zuckerlösung (anaerob) bzw. Kompost (aerob) in einem Reagenzglas mit Gäraufsatz.Nach: Knodel, Bäßler, Haury: Biologie-Praktikum, Metzlersche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1973, S, 50 - 5118

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 6Versuche zur PhotosyntheseMaterialien / Chemikalien- Wasserpestsprossen- Kressesamen- grüne Blätter- J 2 /KJ-LösungGefahren- und SicherheitshinweiseEthanol ist leicht entzündlichR 11 S 7 - 16Jod: gesundheitsschädlichR 20/21 S 23.2 - 25Kaliumjodid: R 36/38 S 26Geräte- Petrischalen- Bechergläser- Heizplatte- Pinzette- Glimmspan- Glastrichter mit HahnVersuchsdurchführunga) Produktion von BiomasseIn einer Petrischale lässt man Kressesamen auf angefeuchtetem Filterpapier keimen.Die Schüler/innen wiegen die Samen vor Versuchsbeginn und die Kressepflänzchennach 10 bis 14 Tagen. Den effektiven Biomassezuwachs durch Photosynthese erhältman, wenn man die Pflänzchen vor dem Wiegen trocknet (bei 60 o C, 24 h).b) Abgabe bzw. Produktion von SauerstoffWasserpestsprossen werden in einem Becherglas mit Wasser ins Licht gestellt oder miteinem Diaprojektor belichtet. Den sich bildenden Sauerstoff fängt man unter einemumgestülpten Glastrichter mit Hahn (Glasfritte) auf.Wenn sich hinreichend viel Sauerstoff gebildet hat, kann eine Glimmspanprobedurchgeführt werden. Dazu hält man den glimmenden Span unmittelbar an dieÖffnung des Glastrichters und lässt das Gas herausströmen.c) CO 2 -Aufnahme bei der Photosynthese: siehe E 5d) Stärkenachweis in belichteten BlätternEin grünes Blatt wird abgeschnitten wird kurz in kochendes Wasser eingelegt, anschließendin heißem Brennspiritus (Ethanol) geschwenkt. Es wird unter fließendemWasser abgewaschen und in einer Petrischale mit Jod/KJ-Lösung beträufelt. Blaufärbungzeigt Stärke an, die durch Photosynthese gebildet worden ist.Anmerkungen / ErläuterungenDie Lichtabhängigkeit der Stärkebildung kann man zeigen, indem ein Blatt teilweise abgedecktwird, z.B. mit einem Streifen Aluminiumfolie. Die abgedeckten Stellen färben sich beim Stärkenachweis(d) weniger stark an als die belichteten.Der Biomassezuwachs durch Photosynthese wurde im 17. Jahrhundert durch Johann Baptist vanHelmont an einem Weidenbäumchen nachgewiesen. Eine solche Langzeituntersuchung ist prinzipiellauch in der Schule möglich (vierteljährliche Wägung).19

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 7Isolierung von Kartoffelstärke aus KartoffelnMaterialienGeräte1 bis 2 Kartoffeln pro Gruppe - Messer oder Kartoffelschäler- Kartoffelreibe- 2 Plastikschüsseln- GeschirrtuchVersuchsdurchführungDie Kartoffeln werden mit Messer oder Kartoffelschäler geschält und auf der Kartoffelreibein eine Schüssel gerieben. Das Tuch wird über der zweiten Schüssel ausgebreitet und derBrei vorsichtig in die Mitte geschüttet. Von den Seiten her rafft man das Tuch zusammenund presst es kräftig aus. Es tritt ein schwach gelblicher Kartoffelsaft aus, der den Großteilder Kartoffelstärke enthält. Im Verlauf einer Stunde (oder über Nacht) setzt sich die Stärkeals weißes Mehl am Boden ab. Der braun gewordene Saft wird abgegossen, die Stärke getrocknetund für weitere Versuche aufgehoben.AnmerkungDie Stärke sollte möglichst bald nach dem Abpressen isoliert und getrocknet werden, damit sich aufdem Kartoffelwasser kein Schimmel bilden kann.20

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 8Untersuchung von Stärke aus verschiedenen FeldfrüchtenMaterialien /ChemikalienKartoffelstärke (aus VersuchE 7 oder käuflichesStärkemehl)Körner von Weizen, Maisu.ä., BohnenJod/KJ-LösungGefahrensymboleJod: gesundheitsschädlichR 20/21 S 23.2 - 25Kaliumjodid: R 36/38 S 26Geräte- Mikroskop oder Binokular- Objektträger- Messer oder Rasierklinge- PipetteVersuchsdurchführungAus den durchgeschnittenen Körnern wird jeweils etwas Mehl herausgekratzt und miteinem Tropfen Wasser auf einen Objektträger gebracht. Im Fall der Kartoffelstärke werdeneinige Körnchen der getrockneten Stärke (aus Versuch E 7) verwendet. Das Deckgläschenwird darübergelegt und leicht angedrückt.Das Präparat wird mit mindestens 100-facher Vergrößerung mikroskopiert. Die unterschiedlichenFormen der Stärkekörner können zur weiteren Auswertung gut gezeichnetwerden.Mit der Pipette gibt man einen Tropfen Jod/Kaliumjodid-Lösung an den Rand des Deckgläschens.Die Stärkekörner färben sich vom Rand her zunächst blau, dann intensiv blauschwarz.Anmerkungen / ErläuterungenAls Schüler-Gruppenversuch geeignet, maximal 4 Schüler/innen benutzen ein Mikroskop; sie müssenzuvor in die richtige Handhabung des Mikroskops eingewiesen worden sein. Alle Gruppen untersuchendie selbst isolierte Kartoffelstärke sowie eine weitere Körner- oder Hülsenfrucht.Im Zentrum der Auswertung sollte die Funktion der Reservestärke stehen, die bei praktisch allenPflanzen als stofflicher Energiespeicher dient, sowie ihreHerkunft aus der Photosynthese.Als Vorversuch kann Stärke an rohen und gekochten Kartoffelnnachgewiesen werden. Dazu wird das Nachweisreagenzauf die Schnittfläche getropft. Bei der gekochtenKartoffel sind die Zellwände in großem Umfang zerstört;der Stärkenachweis fällt daher deutlich kräftiger aus.Rohe und gekochte Kartoffeln: Schwärzung der Schnittfläche durch Reaktion derStärke mit aufgetropfter J 2/KJ-Lösung (Foto verändert nach chemieunterricht.de21

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 9Herstellung einer (essbaren) Folie aus StärkeMaterialien / ChemikalienGeräte- lösliche Stärke- Kartoffelstärke (Kartoffelmehl)- destilliertes Wasser,- 50 %ige Glycerinlösung- evtl. Lebensmittelfarbstoffe- Rund- oder Erlenmeyerkolben- Heizrührer, Rührfloh- Thermometer- Plexiglasplatte (Ø ca. 30 cm bzw. DIN A4)- TrockenschrankVersuchsdurchführungAus den folgenden Substanzen wird eine Mischung hergestellt:5 g lösliche Stärke / 2,5 g Kartoffelmehl / 10 ml 50%ige Glycerinlösung / 70 ml destilliertesWasser [+ ein oder mehrere Tropfen Lebensmittelfarbstoff-Lösung]Die Mischung wird in den Kolben gegeben und unter Rühren (Magnetrührer) etwa 15 Minutenzum Sieden erhitzt. Die dann entstehende homogene Lösung wird vorsichtig auf diebereitgelegte Plexiglasplatte gegossen. Durch Schwenken der Platte erhält man eine 1 bis 2mm dicke (tortengussartige) Masse.Über Nacht trocknet und schrumpft die Masse bei Raumtemperatur. Die entstandene Foliekann vorsichtig abgezogen werden.Zum schnellen Trocknen (1½ Stunden) legt man die Platte mit der ausgegossenen Massebei 105 o C in den Trockenschrank.Anmerkungen / ErläuterungenBessere Ergebnisse erhält man, wenn die Masse im Rundkolben mit Rückflusskühler im Paraffinbaderhitzt wird (Temperaturkontrolle, die Temperatur darf den angegebenen Wert von 110 o C nichtüberschreiten.!). Es kann aber auch ein Becherglas benutzt werden; man erhitzt dann in einemWasserbad auf einem Dreifuß mit Ceranplatte und Bunsenbrenner.Die erhaltene Folie kann bedenkenlos gegessen werden (bei Zusatz von Lebensmittelfarben aufAllergiker achten!). Der süße Geschmack rührt vom Glyzerin her, das auch als Weichmacher fungiert.Mit Lebensmittelfarben kann eine Art Tinte zubereitet werden, mit der man auf der Folie (amOverheadprojektor) schreiben kann.Eine Glasplatte an Stelle von Plexiglas ist ungeeignet, weil die polare Folie auf der ebenfalls polarenGlasplatte einen fest haftenden Überzug bildet und sich nicht abziehen lässt. Die hier auftretendenKräfte an Grenzflächen lassen sich im Zusammenhang mit entsprechenden ergänzendenVersuchen thematisieren (z.B. Tropfen unterschiedlicher Flüssigkeiten - Wasser, Ethanol, Glyzerin -auf der Glasplatte eines Overheadprojektors; je dunkler die Ränder der Tropfen erscheinen, destostärker die Wölbung der Tropfenoberfläche; ggf. Wiederholung der Versuche auf unterschiedlichenKunststoffflächen).22

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 10Herstellung eines festen StärkeschaumsMaterialien / Chemikalien Sicherheitshinweise Geräte- Kartoffelstärke- NaHCO 3(als Backtriebmittel)- Natriumalginat oderGuarkernmehl(als Emulgiermittel)Beim Umgang mit dem Waffeleisenbesteht Verbrennungsgefahr.- 2 Bechergläser(250 ml und 400 ml)- Spatel oder Löffel- Glasstab- WaffeleisenVersuchsdurchführungAus den folgenden Substanzen wird im kleineren der beiden Bechergläser eine Mischunghergestellt:70 g Kartoffelstärke, 3 g NaHCO 3 und 1 g Natriumalginat oder Guarkernmehl.Diese Mischung lässt man langsam unter ständigem Rühren in das große Becherglas laufen,in das zuvor bereits 80 ml Wasser gegeben worden sind.Die gebildete Masse wird in 4 Portionen dünn in einem Waffeleisen verteilt. Die Zackendes Waffeleisens sollen nicht bedeckt sein. Backzeit: 4 1 /2 Minuten.Bei diesem Versuch entsteht ein fester Stärkeschaum, wie er u.a. als Behältnis für Fast-Food-Produkte verwendet wird.Anmerkungen / ErläuterungenDer Teig kann bedenkenlos in einem haushaltsüblichen Waffeleisengebacken werden. Die Mengenangaben sind ungefähre Angaben.Durch Variation der Wassermenge werden die Waffelnmehr oder weniger fest bzw. bleiben elastisch.Anstelle von Hydrogencarbonat kann als Backtriebmittel eingesetztwerden:- eine äquimolekulare Mischung aus NaHCO 3 und Natriumhydrogentartrat,- NH 4CO 3 oder Na 2 HPO 4Die in diesem Versuch hergestellten Waffeln können auf ihre Stabilitätund auf ihr Verhalten gegenüber Wasser untersucht werden.Sie können auch für den Kompostierungsversuch (E 12)verwendet werden.Waffel aus Stärkeschaum („Formteil“)23

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 11Herstellung von Recycling-PapierArbeitsanleitungDu brauchst: alte Zeitungen, ein elektrisches Rührgerät mit Pürierstab, eine Wanne, einen zweiteiligenSchöpfrahmen, ein Nudelholz, eine Rührschüssel, einige Stücke Filz, Stofflappen, eine Wäscheleineund Wäscheklammern.Zerreiße alte Zeitungen in kleine Schnippsel und weiche sie in einer Rührschüssel mit viel Wasser ein.Wenn sie gut durchgeweicht sind, kannst du die Papiermasse mit dem Pürierstab weiter zerkleinern.Je feiner der Papierbrei ist, desto dünneres Papier kannst du anschließend schöpfen. Den Brei gießtdu in die Wanne.Einen Schöpfrahmen kannst du aus Holz-Vierkantleisten und Fliegendraht herstellen. Füge die Leistenso zusammen, dass du zwei gleich große Rechtecke erhältst. Auf dem einen Rahmen befestigstdu mit Drahtstiften das zugeschnittene Fliegengitter.Zum Papierschöpfen legst du den offenen Rahmen auf die bespannte Seite des zweiten Rahmensund tauchst beide schräg in den zuvor gut aufgerührten Papierbrei ein. Durch kreisende Bewegungverteilt sich der Faserbrei gleichmäßig auf dem Netz.Nimm den Schöpfrahmen aus der Wanne und lasse das Wasser abtropfen. Mit einem Stofflappenkannst du von unten weitere Feuchtigkeit abstreifen. Lege jetzt den oberen Rahmen zur Seite undstürze die Papiermasse auf das zurechtgelegte Filzstück. Mit dem Lappen drückst du vorsichtig gegendas Netz, bis sich die noch feuchte Masse vom bespannten Rahmen löst.Über das rohe Recyclingpapier legst du eine zweite Lage Filz und Zeitungspapier. Mit dem Nudelholzwird das Papier durch vorsichtiges Rollen weiter entwässert. Entferne Zeitung und Filz, nimm dasPapier auf und hänge es zum Trocknen auf die Wäscheleine.Anmerkungen und ErläuterungenBesonders hübsche Papiere erhält man, wenn dem Faserbrei Schnippsel aus buntem Papier oderfeine Hobelspäne hinzugefügt werden. Es ist darauf zu achten, dass das farbige Papier nicht „ausblutet“.Schmuckpapiere können auch mit trockenen Gräsern oder Blüten hergestellt werden. Dazuholt man den Schöpfrahmen mit etwas Papierbrei aus der Wanne, legt die vorbereiteten Gräserdarauf und schöpft eine weitere dünne Schicht Papier darüber.Untersuchungsvorschlag: Unter dem Mikroskop erkennt man in einem Tropfen des Papierbreis dieFasern. Die Faserstruktur erklärt, warum das Papier auch ohne Leim zusammenhält. Ebenso wirddeutlich, warum sich Papier nicht beliebig oft recyceln lässt.Mit alten Zeitungen als Rohmaterial erhält man stets mehr oder weniger graue Recyclingprodukte.Bei Druckereien kann man statt dessen - oft kostenlos - Rollenreste von unbedrucktem Papier erhalten,die Resulatate sind entsprechend heller.Beim technischen Recycling werden verschiedene De-inking-Verfahren angewandt, um die Druckerschwärzevor der Weiterverarbeitung zu entfernen. Ein entsprechender Versuch für den Unterrichtist beschrieben im Themenheft „Papier“ der Zeitschrift Naturwissenschaften im Unterricht -Chemie (6. Jhg., H. 29 / 1995, Aulis Verlag Köln). Das Heft enthält außerdem Beiträge zur Geschichteund Technologie der Papierherstellung sowie, zur Zellstoffbleichung, zur Papierausrüstungund zum chemischen Aufbau u.a.24

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 12Kompostierungsversuche in PetrischalenMaterialien / Chemikalieneinige Popcorns, je zwei Streifen verschiedenerMaterialien (z.B. Papier, Zellophan,Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Materialienauf Stärkebasis)Komposterde (ohne Regenwürmer)Geräte- Pipette,- Pinzette- Lupe- Petrischalen mit Deckeln (entsprechend derAnzahl der zu untersuchenden Materialien)- WasserVersuchsaufbau und VersuchsdurchführungDie Petrischalen werden mit einer bodenbedeckenden Schicht Kompost gefüllt und solange vorsichtig mit Wasser beträufelt, bis die Oberfläche zu glänzen beginnt.Die Probestreifen bzw. -stücke der Testmaterialien werden überkreuz aufgelegt (jeweilseine Materialsorte in eine Petrischale). Sie sollen gerade vollständig durchfeuchtet sein.Die Petrischalen werden mit dem zugehörigen Deckel verschlossen und beschriftet (Datum,Material).Die rundherum mit Klebefilm zugeklebten Schalen bleiben einige Tage an einem warmenOrt stehen. Die Veränderungen lassen sich leicht beobachten. - Wartezeit: einige Tage.Anmerkungen / ErläuterungenOrganische Materialien verrotten nur in Gegenwart von Mikroorganismen bzw. Bodentieren; dahermuss möglichst frischer Kompost für den Versuch benutzt werden. Die am Abbau beteiligtenBodentiere können mit der Lupe beobachtet werden. Von den beteiligten Mikroorganismen sindlediglich die Schimmelpilze makroskopisch erkennbar. Schleimbildung und Verflüssigung läßt aufdie Gegenwart von Bakterien schließen.Wegen der entstehenden Schimmelsporen müssen die Petrischalen verschlossen werden. Um dieProben mit dem zur Verrottung notwendigen Sauerstoff zu versorgen, werden die Petrischalen vonder Lehrkraft jeweils vor dem Zeitpunkt, zu dem die Ansätze begutachtet werden sollen, unter demAbzug geöffnet. Bei dieser Gelegenheit können eventuell beschlagene Petrischalendeckel abgewischtwerden.Zur Kontrolle kann ein Ansatz mitsterilem Substrat durchgeführt werden.Dazu werden die Petrischalenwie oben vorbereitet. Die geschlossenenSchalen werden auf einen Einsatzim Dampfkochtopf gestellt und20 Minuten lang in heißem Wasserdampfbehandelt.25

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 13Vergleich Styropor / Popcorn unter dem MikroskopMaterialien / Chemikalien SicherheitshinweiseGeräte- Popcorn- Styroporschnippsel- ggf. KorkBeim Umgang mit Rasierklingenbesteht Verletzungsgefahr!- Rasierklingen- Mikroskop oderBinokular- ObjektträgerVersuchsdurchführungVon den zu untersuchenden Materialien werden mit der Rasierklinge dünne Schnitte angefertigt.Sie werden auf einen Objektträger gelegt und bei kleiner bis mittlerer Vergrößerungmit dem Mikroskop betrachtet und abgezeichnet.Anmerkungen / ErläuterungenDie nachstehenden Fotos wurden mit 40-facher Vergrößerung aufgenommen. Es ist gut erkennbar,dass die Wände große Luftvolumina einschließen. Diese Gaspolster isolieren thermisch (vgl. denEinsatz von Styropor als Isolationsmaterial am Bau). Bei der Verwendung als Verpackungsmaterialfedern diese Luftkissen Stöße und Erschütterungen ab.Einige Elektronikhersteller verwenden Popcorn inzwischen an Stelle von Styropor-Chips als Schüttverpackung.Dazu wird das geblähte Naturprodukt mit Aluminium- oder Borsalzen gegen bakteriellenoder Schimmelbefall ausgerüstet.Popcorn kann man in der Schule leicht selbst herstellen. Eine Anleitung dazu findet man in der Regelauf der Verpackung.26

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 14Mineralöl und Pflanzenöle - Gemeinsamkeiten und UnterschiedeMaterialien /ChemikalienGefahren- und SicherheitshinweiseEntsorgungshinweiseGeräte- verschiedene Pflanzenöle(z.B. Sonnenblumenöl,Distelöl,Leinsamenöl o.ä.)- Paraffin, flüssig- Erdöl- Ethanol- Na 2 CO 3 -Lösung bzw.Natronlaugewegen des Benzolgehaltesvon Erdölprobenvgl. die Sicherheitshinweisebei E 1Schutzbrille tragen!d) Alkalische Lösungenneigen beim Erhitzenzum Verspritzen!Mineralöle sind wieandere organischeAbfälle zu behandeln.Kleine Mengenkönnen im Abzugverbrannt werden.- Porzellanschale- Brenner- Becherglas- Heiz-Rühr-Gerät- GlasstabVersuchsvorschlägea) Vergleich des Geruchsb) Vergleich der Mischbarkeit mit Wasser bzw. mit EthanolJe einige Tropfen Mineralöl bzw. Öl pflanzlicher Herkunft werden in einem Reagenzglasmit Wasser versetzt, in einem zweiten Versuch mit Ethanol.c) Vergleich der EntflammbarkeitJe 3 cm 3 des Mineralöls und des Pflanzenöls werden in je eine Porzellanschale gegeben.Mit dem Bunsenbrenner wird versucht, die Ölproben zu entzünden. Beobachtetwerden können Flammenfarbe, Rußbildung und Leichtigkeit der Entzündung.d) Verseifung von PflanzenölenIn einem kleinen Becherglas oder Erlenmeyerkolben werden 5 ml Pflanzenöl mit 5 mlWasser und 5 ml Ethanol versetzt. Die Mischung wird unter Rühren auf dem Heiz-Rühr-Gerät erwärmt. Zur Verseifung gibt man 5 ml gesättigte Natriumcarbonatlösung nachund nach hinzu und erhitzt ca. 10 Minuten lang weiter. Mit der Reaktionsmischung, dieeinen hohen Anteil an Seifen (Natriumsalze der Fettsäuren) enthält, kann nach demAbkühlen eine Schäumprobe durchgeführt werden. Dazu gibt man Wasser hinzu undschüttelt kräftig.Anmerkungen / ErläuterungenHauptbestandteil von Mineralölen sind Paraffine, d.h. unverzweigte oder verzweigte Kohlenwasserstoffe.Pflanzliche Öle bestehen aus Fettsäuren, die meist mit dem dreiwertigen Alkohol Glyzerinverknüpft sind.Als Kohlenwasserstoff-Verbindungen sind beide Stoffgruppen brennbar, als wenig polare Substanzenlösen sie sich in Ethanol, der ebenfalls wenig polar ist; bei der Behandlung mit Laugen (Natriumcarbonat-Lösung;Natronlauge reagiert schneller, ist aber gefährlicher) reagieren Paraffine nichtweiter, Pflanzenöle werden „verseift“. Dabei wird die Fettsäure-Glyzerin-Bindung (Ester) gespalten,und die freigesetzten Fettsäuren bilden mit der Lauge Salze. Diese Salze der Fettsäuren (= Seifen)schäumen in Wasser und wirken als Tenside.27

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 15Untersuchung der LeinpflanzeMaterialien / ChemikalienGeräteLeinpflanzen(ab Mai)Leinsamen- Mörser und Pistill- Rasierklingen- Mikroskop bzw. Binokular- Objektträger, DeckglasVersuchsvorschläge1. Einige Leinsamen werden im Mörser gründlich zerstoßen. Der Mörser wird mit einemLöschpapier ausgewischt: Es bildet sich ein bleibender Fettfleck.2. Der Stengel einer Leinpflanze wird geknickt, und es wird versucht, die beiden Teile auseinanderzuziehen.3. Aus dem Stengel werden mit Rasiermesser oder Präparierbesteck dünne Schnitte hergestellt.Diese Querschnitte werden unter dem Mikroskop oder Binokular betrachtet.Anmerkungen / ErläuterungenSchema des StengelquerschnittsBeim Lein sind die Bastfaserbündel sehr lang: 2 bis 6 cm. Sie bestehen aus 20 bis 40 Einzelfasern,die ebenfalls unter dem Mikroskop gesehen werden können.Schnitte können auch von anderen Teilen der Pflanze hergestellt werden, z.B. von der reifenFrucht. (vgl. M 11)Nach: Peter Rode, Edith Fellner: Hecheln und Spinnen - Flachs. Eine Handreichung des Modellversuchs SchUB. Berlin 1995, S. 928

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 16Vom Leinöl zum StandölMaterialien / Chemikalien SicherheitshinweiseLeinölfirnisMit Leinöl getränkteTücher oder Papiereneigen in seltenenFällen zur Selbstentzündung!Entsorgungshinweiseentsprechend wiebei Farbrestenoder organischchemischenAbfälleGeräte- Becherglas- Heizplatte mitMagnetrührer- Aquarienpumpe- GlasrohrVersuchsaufbauKochen des LeinölfirnisVersuchsdurchführungZur Standölgewinnung werden 200 ml Leinölfirnis in einemBecherglas auf eine Heizplatte mit Magnetrührer gerührt underhitzt (ca. 80 o C). Mit einer Aquariumpumpe wird andauerndLuft durch die Flüssigkeit geleitet. Die Zuleitung erfolgt übereinen Gummischlauch mit Glasrohr.Erhitzen und Durchblasen von Luft wird ca. 3 Tage (und Nächte)fortgesetzt. Wegen der Gefahr der Selbstentzündung undder Freisetzung von organischen Säuren ist in jedem Fall einAbzug zu benutzen. Alternativ kann der Kochvorgang übermehrere halbe Tage unter Aufsicht gestreckt werden.Nach Versuchsende können geprüft werden: Farbe, Zähigkeit,Geruch.Anmerkungen / ErläuterungenAls Ausgangsstoff zur Herstellung von Linoleumoder Ölfarben wird in der Regel Leinölfirnisgewählt. Dieses Produkt enthält bereits imnotwendigen Umfang Sikkative (Schwermetallsalze),die sonst schwer zu beschaffen und zudosieren wären.Das nebenstehende Schema zeigt die Herstellungvon Linoleum. Der erste Schritt ist dieHerstellung von Standöl. Die weiteren Verfahrensschrittesind bei E 17 dargestellt.Zur formelmäßigen Darstellung der Verharzungsiehe M 12.Herstellung von LinoleumÜberführung des Leinöls in das sogenannte Standöl (Linoxyn)(durch Stehenlassen in der Sonne,Erhitzen oder Durchblasen von Luft)Vermischen mit Harzen wie Kolophonium( Linoleum-Zement)Vermischen und Verkneten mit Korkmehl, Holzmehl und Füllstoffen,eventuell Zusatz von Farbpigmenten ( Linoluem-Mischmasse)Aufpressen auf JutegewebeTrocknen / Reifen lassen29

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 17Anleitung zur LinoleumherstellungMaterialien / Chemikalien SicherheitshinweiseGeräte- Linoxyn (aus E 16)- 20 g Kolophonium- Holzmehl- Korkmehl- Kreide- Jutegewebe- AluminiumfolieMit Leinöl getränkte Tücheroder Papiere neigen in seltenenFällen zur Selbstentzündung!- Becherglas- Heizplatte mit Magnetrührer- Porzellantiegel- Mörser- Waage- Fleischwolf- Presse oder Wäschemangel- Messer- eventuell TrockenschrankVersuchsdurchführungDem zähflüssigen Linoxyn werden 20 g geschmolzenes Kolophonium zugeben. Dazu wird das abgewogeneKolophonium erst im Mörser zerkleinert, dann im Porzellantiegel geschmolzen und flüssiguntergerührt.Anschließend wird die Masse auf ca. 150°C erhitzt undeinen weiteren Tag gekocht. Der sich bildendeLinoleumzement hat kautschukartige Konsistenz. Der abgekühlteLinoleumzement wird in Kreidestaub oder Holzmehlgewälzt.Für die Linoleummischmasse werden 37 Gew.-% Linoleumzement,30 Gew.-% Holzmehl, 20 Gew.-% Korkmehl und 13Gew.-% Kreide vermengt. Zuerst vermischt man die trockenenZutaten miteinander, dann gibt man abwechselndLinoleumzement und Trockensubstanz in den Fleischwolf.Das Durchmengen muss so oft wiederholt werden, bis eineeinheitliche Masse entstanden ist. Wegen der großenScherkräfte erwärmt sich die Masse bei der Bearbeitung.Die noch warme Mischmasse wird auf ein Stück Jute gegebenund mittels der Walzen aufgepresst. Der Vorgang mussso oft, mit immer gesteigertem Druck, wiederholt werden,bis eine glatte Oberfläche vorhanden und das Jutegewebevon der Masse durchdrungen ist. Falls die Mischmasse an der Walze kleben bleibt, verwendet manAluminiumfolie als Trennschicht.Das Linoleum muss etwa eine Woche bei ca. 40°C (im Trockenschrank) trocknen. Bei Zimmertemperaturdauert der Trocknungsvorgang entsprechend länger.AnmerkungLeinölfirnis, Kolophonium sowie Erdpigmente können z.B. über (Öko-)Baumärkte preisgünstig bezogenwerden.30

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 18Herstellung von Farben/Anstrichmittel unter Verwendung von LeinölMaterialien / Chemikalien Sicherheitshinweise Geräte- Leinöl oder Leinölfirnis- Terpentinöl- Erdfarben (z.B. Umbra,Siena, Ocker) oder pulverisierteMinerale (z.B. Eisenoxid,Ultramarin)- Magerquark- gelöschter Kalk (Ca(OH) 2 )- geschlämmte KreideMit Leinöl getränkte Tücheroder Papiere neigen in seltenenFällen zur Selbstentzündung!- Mörser und Pistill- Bechergläser oder Marmeladengläser- Schutzbrille- PinselVersuchsdurchführunga) Herstellung einer Ölfarbe (Künstlerfarbe)In einem Mörser werden Leinöl oder Leinölfirnis mit fein geriebenem Pigment vermischtund zu einem festen Brei durchgearbeitet. Die fertige Ölfarbe kann mit Terpentinöl (Destillataus Kiefernharz) verdünnt werden. Als Pigmente eignen sich Erdfarben wie Umbra,Siena, Ocker oder Englischrot oder Minerale wie Ultramarin, Eisenoxid oder Chromoxidgrün.b) Herstellung eines Kasein- bzw. Tempera-Anstrichs250 g Magerquark werden in einer Schüssel gründlich mit 50 g Kalkbrei vermischt. DenKalkbrei stellt man zuvor durch Einsumpfen von gelöschten Kalk (Ca(OH) 2) in wenig Wasserher (Vorsicht! Verätzungsgefahr, Schutzbrille tragen!).Der aus Quark und alkalischem Brei entstehende gelblich-glasige Kasein-Leim wird mitWasser verdünnt, bis er honigartige Konsistenz besitzt. Anschließend werden 25 ml Leinölsowie die gewünschten Pigmente zugesetzt. Zur Erhöhung der Deckkraft kann geschlämmteKreide untergerührt werden.c) HaltbarkeitstestsÖlfarben, Tempera oder Leinölfirnis können zu Testzwecken auf Holz, Pappe oder Mauerwerkverstrichen werden. Beobachtet werden können Abbindeverhalten („Trocknen“),Filmbildung und Verhalten gegenüber Sonne und Witterungseinflüssen.AnmerkungenZum „Trocknen“ von Ölfarben vgl. M 12.Leinölfirnis und Erdpigmente können z.B. über (Öko-)Baumärkte preisgünstig bezogen werden31

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“E 19Hinweise auf interessante Experimente/Versuche zu anderenAnwendungsfeldern fossiler und nachwachsender RohstoffeTensideAus pflanzlichen und tierischen Fetten und Ölen können durch Verseifung mit Laugen Seifen hergestelltwerden (z.B. 20 ml Ölsäure, 50 ml Natriumcarbonatlösung 10%ig, eventuell Zusatz von Ethanolzur Lösungsvermittlung, siehe auch E 14).Weitere Versuche: Demonstration von Schaumbildung und Waschwirkung, Verminderung derOberflächenspannung durch die hergestellte Seife.Aus Zucker und Palmkernöl bzw. Kokosöl werden industriell Alkylpolyglycoside (Plantaren®) hergestellt.Für die Sekundarstufe I kann ein entsprechender Schulversuch nicht empfohlen werden.DuftstoffeAus vielen pflanzlichen Produkten können etherische Öle und Duftstoffe gewonnen werden. Auszerkleinerten Schalen von Orangen, Zitronen oder Mandrinen erhält man durch Wasserdampfdestillationein etherisches Öl mit intensivem Geruch. Größere Mengen Öl sind auch in den Nadelnvon Fichten, Tannen oder Kiefern enthalten.Etherische Öle werden oft als Lösungsmittel für alternative Anstriche bzw. Lacke verwendet.FaserstoffeDie Herstellung von Fasermaterial aus Pflanzen in ausreichender Menge und Qualität ist sehrschwierig. Neben den beschriebenen Untersuchungen von Pflanzenstengeln (E 15) können Fasernverschiedener Herkunft unter dem Mikroskop untersucht werden, es kann die Entflammbarkeitund die Wasserdampfdurchlässigkeit getestet werden. Durchgeführt werden können auch Färbeversuche(s.u.).Lösungsmittel / FilmbildnerDie Gewinnung von etherischen Ölen für Lösungsmittelzwecke ist oben bei den Duftstoffen angeführt.Mit Orangen- oder Zitronenschalenöl können Löseversuche, z.B. mit Teer, Farbstoffen oderKunststoffen durchgeführt werden.Neben trocknenden Ölen (wie Leinöl) können Oberflächenfilme auch auf Eiweißbasis hergestelltwerden. Aus Kasein und gelöschtem Kalk entsteht beim Kochen ein sehr haltbarer Leim.Kosmetische ProdukteWollfett ist Grundlage für zahlreiche Salben und Cremes. Mit Wasser können Emulsionen hergestelltwerden, durch Zusatz von Duftstoffen erhält man gebrauchsfähige Präparate.In der fachdidaktischen Literatur finden sich eine Reihe weiterer Vorschläge zur experimentellen Bearbeitungvon speziellen nachwachsenden Rohstoffen; u.a. werden Versuche mit Lignin oder Chitin beschrieben. In derRegel sind die betreffenden Experimente jedoch entweder sehr aufwendig oder wenig aussagekräftig, so dassauf eine nähere Darstellung hier verzichtet wird. Hinweise auf die entsprechenden Quellen sind in der unter7. zusammengestellten Literatur zu finden.32

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“4. Materialien - ÜbersichtM 1 „Öl geht alle an“ - Erdöl im Bewusstsein der Öffentlichkeit 34M 2 Kunststoffe - Werkstoffe nach Maß 34M 3 Nachwachsende Rohstoffe - zum Verbrennen zu schade? 36M 4 Biomasse und CO 2 -Bilanz 37M 5 Produzieren im Verbund: Der „Erdölbaum“ 38M 6 Nachwachsende Rohstoffe - vielfältige Nutzungsmöglichkeiten 39M 7 Industriepflanzen und ihr Einsatz 40M 8 Rohstoff Stärke - Produktpalette 41M 9 Produktlinienanalyse, z.B.: Verpackung 42M 10 Produzieren in Kreisläufen der Biosphäre 43M 11 Informationsblatt zur Leinpflanze 44M 12 Verharzung - Reaktionsschema 45M 13 Nachwachsende Rohstoffe - Elemente zu einem Rollenspiel 46Die Materialien geben, soweit sie sich auf nachwachsende Rohstoffe beziehen, den Stand der Diskussion Ende 1996 wieder.Die betreffenden Dokumente besitzen daher nur Beispielcharakter und müssen für den Unterricht entsprechendergänzt bzw. aktualisiert werden.Formelmäßige Darstellungen sind insoweit aufgenommen, als sie für das Verständnis der konkreten Zusammenhängehilfreich erscheinen. Allgemein zugängliche Sachverhalte, etwa die Bildung von polymeren Kunststoffen aus monomerenBausteinen, können ergänzend und in Abstimmung mit den Anforderungen des jeweiligen Bildungsgangs den Chemie-Schulbüchern entnommen werden.Bezüglich des Erdöls, seiner Geschichte, der Technologien von Förderung, Transport, Raffination und Weiterverarbeitungsowie hinsichtlich seiner Verwendung wird hier auf die entsprechenden Informationsmaterialien verwiesen, die - auch imKlassensatz kostenlos - von den Mineralölgesellschaften bezogen werden können. Bezugsadressen sind in Abschnitt 9 (S.47) aufgeführt.33

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 1Öl geht alle an - Erdöl im Bewußtsein der ÖffentlichkeitAls im Oktober/November des Jahres 1956 imZuge der damaligen Suezkrise davon die Redewar, dass die politisch gespannte Lage im NahenOsten möglicherweise eine Verknappung von Ölzur Folge haben könnte, hamsterten in der Bundesrepublikverängstigte Hausfrauen großeMengen von - Speiseöl. Im Oktober 1973 dagegen,als der Jom-Kippur-Krieg die arabischenLänder zu wirtschaftlichen Sanktionen veranlasste,standen die Autofahrer in langen Schlangenvor den Tankstellen, erlebte der Heizölhandeleine außergewöhnliche Hochsaison.An diesen beiden Tatbeständen zeigt sich, inwelchem Umfang Erdöl während der letzten 20Welt-Rohölförderung(in Millionen Tonnen)1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990Jahre überhaupt erst in das Bewusstsein der Verbrauchergedrungen ist. (...) Die Motorisierungswelleund der Vormarsch der Ölheizungen warenes zunächst, die die Verbraucher der Bundesrepublikveranlassten, sich näher mit jenem Stoffzu beschäftigen, der ihnen Komfort, Mobilitätund wirtschaftlichen Nutzen brachte. Heutewissen wir, dass Öl nicht nur als Energieträgerein unentbehrlicher Faktor für das Gedeihen derWirtschaft ist, sondern dass auch wichtige Produktionszweigewie die Chemie, die Kunststoffverarbeitungoder die Landwirtschaft, der Straßenbauoder die Kosmetik - um nur einige Beispielezu nennen - auf den Rohstoff Öl angewiesensind.3500300025002000150010005000Text aus: Mineralölwirtschaftsverbande.V.(Hrsg.): Öl. EinRohstoff und seinMarkt, Hamburg1977, S. 4Graphik nach: BPOil DeutschlandGmbH (Hrsg.):Zahlen aus derMineralölwirtschaft1996,Hamburg 1996,S. 10M 2Kunststoffe - Werkstoffe nach MaßBeispiel PKWDer Trend geht heute zu immer komfortabler undsicherer ausgestatteten Autos. Doch wurden diesemit jeder Fahrzeuggeneration ständig schwerer. Jehöher aber das Gewicht, desto größer ist auch derTreibstoffverbrauch. Ohne den Einsatz von Kunststoffenwürde die Gewichtszunahme noch drastischerausfallen. So können durch die Verwendungvon 100 kg Kunststoffbauteilen etwa 200 kg herkömmlicheWerkstoffe ersetzt werden. Eine Verminderungdes Fahrzeuggewichts um 100 kg bringtaber eine Treibstoffersparnis von ca. ½ Liter pro 100gefahrener Kilometer und damit auch eine geringereUmweltbelastung mit sich.Ein wichtiges Ziel bei der Konstruktion von Automobilenist daher die Gewichtsreduzierung durchLeichtbauweise. Und hierzu sind die Kunststoffe mitAus: AKI (Hrsg.): Kunststoffe - Werkstoffe unserer Zeit. Frankfurt 1993 (5. Aufl.), S. 22-23ihren genau auf den Verwendungszweck abgestimmtenEigenschaften besonders geeignet.Kunststoffteile sind in und an sämtlichen Baueinheitender Automobile zu finden. Besonders insAuge fallen Karosserie- und Außenteile wie Stoßfänger,Kühlergitter und Frontschürzen, Scheinwerfereinfassungen,Verkleidungen und Lufteinlassgitter,Außenspiegel und Rückleuchtenmodul.Hinzu kommt die vollständige Ausstattungdes Innenraums. Die gesamte Autoelektrik und -elektronik ist ohne Kunststoffe nicht mehr denkbar.Auch im Motorraum haben die Kunststoffanwendungenzugenommen. Dazu gehören Ansaugrohre,Kraftstoffverteilersysteme, Tanks fürServoaggregate, Wasserpumpen, Zahnriemenräderu.a.34

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 3Nachwachsende Rohstoffe - zum Verbrennen zu schade?Diskussion um Anbau von EnergiepflanzenEuropas Bauern produzieren ganz einfach zu viel. Allein inDeutschland sind nach Expertenmeinung zwischen 1,5 und4 Mio. Hektar (ha) landwirtschaftlich genutzter Fläche langfristigfür die Nahrungsmittelproduktion überflüssig undmüssten stillgelegt werden. Angesichts solcher düstererAussichten verheißt die Produktion energetisch nutzbarerNicht nur wirtschaftliche Fragen sondernauch ökologische Gesichtspunkte,die allerdings noch nicht abschließendgeklärt sind, zeigen die Grenzenvon Energiepflanzen auf.Anbau von EnergieVersuche, durch den Anbau schnellwachsenderPflanzen „Brennstoff“ fürdie Strom- und Wärmeversorgung zuproduzieren und somit z.B. Kohle, Öloder Erdgas zu ersetzen, brachten zunächstdurchaus erfolgversprechendeResultate. Inzwischen liegen die Zwischenergebnisseeiner ganzen Reihevon Feldversuchen vor. Experimentewurden unternommen mit schnellwachsendenBäumen - Weiden oderPappeln - und speziellen Schilfpflanzen,z.B. dem Riesen-Chinaschilf (Miscanthus),das als sog. C4-Pflanze in derLage ist, bis zu 6,5% der Strahlungsenergievon der Sonne in Form vonKohlenstoff zu binden.Die jährlichen Erträge, so ergab eineStudie der Energieversorgung Schwabenauf Basis von Feldversuchen inForchheim bei Karlsruhe, liegen inunseren Breiten bei maximal 20 bis 40t Trockenmasse je Hektar. Dies entsprichteinem Heizwert von 10 bis 20 tSteinkohleeinheiten (SKE) pro Hektar.Hohe KostenJedoch sind nach heutigem Wissenauch bei sehr optimistischen Schätzungenmindestens 3500 DM/ha aufzuwenden,was zu Heizwärmekostenvon 6 und Stromerzeugungskostenvon 17 Pf/kWh führen würde - jetzigeAnlagentechnik vorausgesetzt. Eineweniger optimistische, als realitätsnäherangesehene Berechnung des Unternehmensspricht von 19 bzw. 50Pf/kWh für die Erzeugung von Wärmebzw. Strom, also rund dem Vierfachendes Preises bei konventioneller Erzeugung.Aber nicht nur Kostenaspekte, sondernauch Umweltgesichtspunkte sindes, die zweifelhaft erscheinen lassen,ob Energieplantagen zukünftig einenBeitrag zu unserer Energieversorgungwerden leisten können.Günstige CO 2-BilanzZwar ist die Verbrennung von BiomasseCO 2-neutral. D.h. es wird nurdiejenige Menge des klimawirksamenKohlendioxids freigesetzt, die währenddes Wachstums von den Pflanzen verbrauchtwird. Allerdings darf mandabei nicht verkennen, dass in einesolche Bilanz eigentlich auch der Energieverbrauchfür den Anbau, die Ernte,den Transport zum „Kraftwerk“, dieLagerung und ggf. die notwendigeTrocknung eingerechnet werdenmüsste, was die Bilanz erheblich verschlechternwürde.Offene ökologische FragenBedenken und Vorbehalte, derzeitinsbesondere von Seiten der Umweltschutzverbändegeäußert, betreffenaber in erster Linie die nicht auszuschließendeBelastung der Böden unddes Grundwassers durch Düngung,Herbizide und Pestizide sowie denerheblichen Wasserverbrauch dieserschnellwachsenden Pflanzen. Hinzukommen mögliche Beeinträchtigungender natürlichen Flora und Fauna durchriesige Monokulturen.Diesel aus RapsRapsöl oder Rapsmethylester (RME)bietet sich als Ersatz oder Zusatz zumherkömmlichen Diesel-Treibstoff angesichtsder Überproduktion bzw.freier Anbauflächen geradezu an, sodachte man.Sicher, der Preis von 1,90 bis 2,30 DMpro Liter spricht zunächst einmal nichtgerade für große Marktchancen. Abersollte man angesichts der vermutetenUmweltvorteile gegenüber herkömmlichenKraftstoffen auf Erdölbasis nichttrotzdem „Biodiesel“ einsetzen?UBA-StudieEine kürzlich vom Umweltbundesamtvorgelegte Ökobilanz kommt da zueinem ernüchternden Ergebnis: Derguten CO 2-Bilanz von Biodiesel verglichenmit Erdöldiesel - Reduzierung um65% - steht eine erhebliche zusätzlicheFreisetzung von Lachgas (N 2O) – eben-Biomasse auf solchen Flächen eine helle Zukunft in doppelterHinsicht: Lohn und Brot für die Landwirte sowie eineumweltverträgliche Form der Energieerzeugung. Doch zunächsteinmal ist eine zurückhaltende und vorsichtige Bewertungangesagt.falls ein Klimagas - infolge derSticktoffdüngung gegenüber. In derSumme aller Treibhausgase ergibt sichlediglich eine 35%ige Reduzierung. DieEmissionen von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffenund Stickoxidenwerden durch den Einsatz von Biodieselzwar geringfügig bis deutlich gemindert,drastisch erhöht sich jedochder Ausstoß von Aldehyden, die - zumindestteilweise - als krebserregendgelten.Das Umweltbundesamt kommt angesichtsdes hohen Preises und derdennoch auftretenden ökologischenBelastungen, zu denen auch nicht auszuschließendeBodenbelastungendurch Düngung und Herbizid- sowiePestizideinsatz zu rechnen seien, zueiner gegenwärtig eher negativenBewertung.Fachagentur „Nachwachsende Rohstoffe“Noch sind viele Fragen der Biomassenutzungoffen. Die Bundesregierungwill deshalb die Forschungs- und Entwicklungsarbeitenintensivieren undstärker als bisher koordinieren. ... EineFachagentur „Nachwachsende Rohstoffe“wird die Arbeiten koordinieren.Sie soll neben der energetischen Nutzungvon landwirtschaftlichen Produktenauch deren industrielle Einsatzchancenals Rohstoff verbessern helfen.Bei ihrer Arbeit soll sie aber auchdie Ausweitung der Nutzungsmöglichkeitenvon organischen Rest- und Abfallstoffenwie z.B. Waldrestholz,Stroh, tierischen Exkrementen, Klärschlämmenusw. berücksichtigen.Skeptisch stimmt allerdings die Tatsache,dass diese Fachagentur nicht -wie ursprünglich geplant - beim Bundesumweltministeriumangesidelt ist,sondern beim Landwirtschaftsminister.Es bleibt nur zu hoffen, dasssie ökologischen Gesichtspunkten zumindestden gleichen Stellenwerteinräumt wie dem sicher nicht unwichtigenAspekt neuer Einnahmequellenfür Landwirte.Gekürzt aus: Informationszentrale der Elektrizitätswirtschaft e.V. (IZE) (Hrsg.): Stromthemen.Dokumente und Kommentare zur energiewirtschaftlichen und energiepolitischen Diskussion. Heft 3/1993, S. 1 f35

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 4 Biomasse und CO 2 -Bilanz *)Der globale Kohlenstofffluß (in Milliarden Tonnen)Jährlich gelangen 3 Milliarden Tonnen Kohlenstoff zusätzlich in die Atmosphäre.Der Austausch erfolgt in Form von Kohlendioxid*) Obere Graphik verändert nach: Volker Best: Ökologikum. Umweltlexikon auf CD-Rom, Vieweg Verlag o.J.Untere Graphik aus: Raabits Chemie, III A 1, Nachwachsende Rohstoffe, S. 10, Heidelberg 199436

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 5Produzieren im Verbund: Der „Erdölbaum“Aus: Deutsche Shell Aktiengesellschaft: Vom Erdöl. Ein Blick in die Welt eines Rohstoffes. Hamburg 1976, S. 7237

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 6Nachwachsende Rohstoffe - vielfältige NutzungsmöglichkeitenDer Begriff „Nachwachsende Rohstoffe“umfasst pflanzliche, aber auchtierische Produkte, die der chemischtechnischenund/oder energetischenNutzung dienen.Wenn pflanzliche Inhaltsstoffe oderFasern als Grundstoff in industriellenProzessen eingesetzt werden, sprichtman im allgemeinen von Industriepflanzen.Werden Pflanzen oder Pflanzenteileverbrannt, vergast oder vergoren,bezeichnet man sie üblicherweiseals Energiepflanzen.Seit jeher finden zahlreiche pflanzlicheund tierische Rohstoffe vielfältigeVerwendungen im Nicht-Nahrungsbereich.Die wirtschaftlich wichtigstendarunter sind heute Stärke, Öle undFette, Pflanzenfasern, Holz und Zellulose,Farbstoffe, wertvolle Inhaltsstoffeder Heil- und Gewürzpflanzen, aberauch ganze Pflanzen. Zum einen handeltes sich um Pflanzen, die speziellfür Nicht-Nahrungszwecke angebautwerden; zum anderen sind es RestundAbfallprodukte der pflanzlichenoder tierischen Produktion und Verarbeitung.Mit der Gewinnung von pflanzlichemMaterial auf landwirtschaftlichenBöden zur technischen oder energetischenNutzung werden agrar-, energie-und umweltpolitische Ziele verfolgt.Die wichtigsten sind:Sinnvolle alternative Nutzung freiwerdenderFlächen im PflanzenbauDie technischen Fortschritteim Pflanzenbaueinerseits undeine stagnierendeUnerschöpfliches RohstoffpotentialNachfrage nach Nahrungsmittelnandererseits führen zu stetig steigendenÜberschüssen in der Landwirtschaft.Um diesen Überschüssen entgegenzuwirken,müssen immer größereTeile der landwirtschaftlichen Nutzflächeeiner alternativen Verwertungzugeführt oder stillgelegt werden.Neben der Schaffung von naturnahenFlächen, sogenannten ökologischenAusgleichsflächen, und dervermehrten Nutzung von Flächen fürErholung und Sport, stellt der Anbaunachwachsender Rohstoffe eineinteressante alternative Nutzungsmöglichkeitder freiwerdendenFlächen dar. Er bietet den Landwirtenneue Produktions- und Absatzmöglichkeiten,eine Bereicherung derFruchtfolge und Artenvielfalt unddadurch eine sinnvolle Alternative zurBrache. Darüber hinaus können durch diegewerbliche und industrielle Verarbeitungnachwachsender Rohstoffe imländlichen Raum neue Arbeitsplätzegeschaffen werden.Ersatz nicht erneuerbarer RessourcenDie Volkswirtschaft ist zurzeit noch inhohem Ma0e auf fossile Rohstoffeangewiesen, wie z.B. Erdöl, Erdgas undKohle. Diese sind nicht vermehrbarund bei weiter steigendem Verbrauchin absehbaren Zeiträumen erschöpft.Zur Schonung dieser wertvollen Vorrätemüssen Ersatzprodukte bzw. alternativeRohstoffquellen erforscht underschlossen werden.Pflanzliche und somit erneuerbareRohstoffe bieten viele Möglichkeiten,fossile Energieträger zu ersetzen.nachwachsende Rohstoffe könnensomit einen wertvollen Beitrag zurDeckung des Rohstoffbedarfs leisten.Beitrag zum UmweltschutzDie ökologischen Probleme nehmenrasant zu. Mittel- und langfristig drohenUmweltbelastungen mit weitreichendennegativen Folgen für dienatürlichen Ressourcen Boden, Wasserund Luft.So erhöht z.B. der steigende Verbrauchvon fossilen Brennstoffenweltweit den Gesamtausstoß an Kohlendioxid(CO 2), dem bedeutendstenklimarelevanten Gas. Dagegen wirdbei der Verwendung von nachwachsendenRohstoffen zur energetischenNutzung lediglich die CO 2-Menge andie Umwelt abgegeben, die vorher vonden Pflanzen gespeichert wurde.Durch den Anbau langlebiger Pflanzen,insbesondere Bäumen, kann sogarüberschüssiges CO 2 der Luft entzogenwerden.Ein weiterer wichtiger ökologischerVorteil der nachwachsenden Rohstoffestellt ihre biologische Abbaubarkeitdar. Sie leisten somit einenwertvollen Beitrag zur Lösung derimmer größer werdenden Abfallprobleme.Aus: Centrale MarketingGesellschaft der deutschenAgrarwirtschaftmbH (CMA) (Hrsg.):Nachwachsende Rohstoffe.Bonn, o.J., S. 4-738

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 7Industriepflanzen und ihr EinsatzAus: CMA (Hrsg.): Nachwachsende Rohstoffe. Bonn, o.J., S. 12 / 16 / 28Aktuelle Grafiken siehe z.B. http://mediathek.fnr.de/grafiken/daten-und-fakten/industrielle-nutzung.html39

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 8Rohstoff Stärke - Produktpaletteaus: Landesregierung Schleswig-Holstein: Bericht überNachwachsende Rohstoffe. Landtagsbeschluß v.12.6.1990, Drucksachen 12/831 und 12/875, S. 28M 9Produktlinienanalyse, z.B.: VerpackungEntscheidungshilfe ProduktlinienanalyseWelche Packstoffe oder Systeme verwendetwerden, ist zuerst eine Kostenfrage. Dabeispielt aber nicht nur der Preis für die Herstellungeine Rolle, oft muss auch für die Entsorgunggezahlt werden. Immer öfter wird daherdanach gefragt, wie sich bestimmte Verpackungsmaterialiengegenüber der Umwelt verhalten. Sind siekompostierbar, können sie recycelt werden,sind sie wiederverwertbar?Auch Menge und Art der Rohstoffe und diezur Herstellung notwendige Energie müssenberücksichtigt werden. Entstehen bei der Produktionunerwünschte Nebenprodukte odergefährliche und schwer beseitigende Abfälle?Wie lang sind die Transportwege für Rohstoffeund fertige Packmittel, welche Umweltbelastungenentstehen beim Transport?Vorteilen auf der einen Seite stehen oft Nachteilein anderen Bereichen gegenüber. Damitmöglichst viele Gesichtspunkte berücksichtigt und in die Bewertung einbezogen werden können,erstellt man "Produktionslinienanalysen" (PLA). Eine solche PLA verfolgt den Lebensweg eines Produktesvon den Rohstoffen bis zur Entsorgung.aus: Armin Kremer, Lutz Stäudel: Projekt Naturwissenschaften - Verpackung, Stuttgart 1996, S. 2440

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 10Produzieren in Kreisläufen der BiosphäreObere Graphik aus: Lotte Schilder Bär, Christoph Bignens: Hüllen füllen. Verpackungsdesign zwischen Bedarf und Verführung.Katalog der Ausstellung im Museum für Gestaltung Zürich. Zürich 1994Untere Graphik aus: Horst Eierdanz (Hrsg.): Perspektiven nachwachsender Rohstoffe in der Chemie. Weinheim 1996, S.XXIII41

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 11Informationsblatt zur LeinpflanzeEine kleine Geschichte des LeinsAls eine der ältesten Kulturpflanzen wurde Lein bereits 5000 bis 4000 v.Chr. von den Ägyptern,Babyloniern, Phöniziern und anderen Völkern angebaut. Einige Leinsamenfunde aus Mesopotamien(im heutigen Irak) sollen sogar 7000 Jahre alt sein. Die Mumien des alten Ägyptens wurden inLeinwandbinden gewickelt, altägyptische Darstellungen (ca. 3000 v. Chr.) zeigen typische Leinernteszenen.In Europa stammen die ältesten Leinsamenfunde aus der Schweiz: von den über 4000-jährigenPfahlbauten von Egolzwil. Leinstoffe waren bevorzugte Textilien der Antike.Im Mittelalter war Leinen ein wichtiges Handelsgut. In Deutschland entwickelte sich ab dem 15.Jahrhundert eine blühende Leinindustrie. Erst der Import der billigeren und leichter zu verarbeitendenBaumwolle im 19. Jahrhundert führte dazu, dass der Leinanbau drastisch reduziert wurde.Immer schon war neben der begehrten Leinfaser Lein auch als Öllieferant genutzt worden.Seinen systematischen Namen Linum usitatissimum, erhielt er von dem schwedischen NaturforscherCarl von Linné; die Bezeichnung heißt übersetzt ”der äußerst nützliche Lein”, wohl weilalle Teile dieser Pflanze durch den Menschen genutzt werden können.Linum usitatissimum L. gehört zur Familie der Linaceen oder Leingewächse, welche 22 Gattungenumfasst. Die ca. 200 Arten der Gattung Linum sind hauptsächlich in den gemäßigten und subtropischenGebieten heimisch. In trockeneren Gebieten wird bevorzugt Öllein angebaut, in feuchterenüberwiegt der Faserlein.Die Ansprüche des hier angebauten Leins an Klima und Boden sind nicht sehr hoch. Wegen seinesPfahlwurzelsystems können auch tiefgründige Böden gut genutzt werden. Lein bevorzugt neutralebis leicht saure Böden (pH 6 bis 7); zu hoher Stickstoffgehalt wirkt sich negativ auf sein Wachstumaus.42

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 12Verharzung - ReaktionsschemaVerharzen durch Bildung vonzwischenmolekularen BindungenAm Aufbau des Leinöls sind zu 7 bis 12 % gesättigte Säuren (Palmitin- und Stearinsäure) beteiligt; die einfachungesättigte Ölsäure hat einen Anteil von 15 bis 25 %; den größten Teil nehmen die mehrfach ungesättigtenFettsäuren Linol- und Linolensäure mit 62 bis 76 % ein.Leinöl - wichtige enthaltene FettsäurenH2-C--R1 CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH LinolsäureH - C--R2 CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH LinolensäureH2-C--R3 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH ÖlsäureDer Gehalt an ungesättigten Fettsäuren kann experimentell quantitativ bestimmt werden. Ein Maß hierfür istdie sog. Iodzahl; sie gibt an, wieviel Gramm Iod von 100 g Öl (an die Doppelbindungen der Fettsäuren) addiertwerden.Wie genau die Trocknung des Leinöls abläuft, ist -ausgenommen die Startreaktionen - nicht bekannt:Im ersten Schritt bildet sich durch Wasserstoffabspaltungein Radikal. Durch Reaktion mit Luftsauerstoffbilden sich Peroxyradikale. Bei der weiterenReaktion mit neuen Eduktmolekülen entstehtein Hydroperoxid sowie ein neues Radikal der Linolbzw.der Linolensäure. Die Kettenreaktion verläuftautokatalytisch.Es schließt sich ein Hydroperoxidzerfall an.Um den Trockenvorgang weiter zu beschleunigen,werden seit langem Sikkative (öllösliche Schwermetallsalze)eingesetzt. Dazu eignen sich alle Metalle,die leicht ihre Oxidationsstufe um eine Einheit verändernkönnen, z.B. Co 2+ /Co 3+ , Fe 2+ /Fe 3+ ,Mn 2+ /Mn 3+ , Mn 4+Im Beispiel reagiert Kobalt (III) mit einem Hydroperoxidzu einem Peroxyradikal und Kobalt (II).Kobalt (II) reagiert wiederum mit einem Hydroperoxidzu einem Alkoxyradikal und Kobalt (III). In derGesamtreaktion werden Radikale gebildet und Wasserabgespalten.Im weiteren Reaktionsverlauf findet durch Bildungvon C-O-C-Bindungen und C-C-Bindungen eine Vernetzung statt, und es entstehen thermisch stabile Verbindungenmit großer Eleastizität (Anstrichfilme, Harze, Linoleum).43

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“M 13Nachwachsende Rohstoffe - Elemente für ein RollenspielDie folgenden Kurzbeschreibungen von Interessen bzw. möglichen Standpunkten zu nachwachsenden Rohstoffenkönnen in einem Rollenspiel umgesetzt werden. Die Diskussion findet als Expertengespräch im Wirtschaftsministeriumstatt.Der Moderator aus dem Wirtschaftsministerium hat zu dieser Sitzung eingeladen. Er stellt zu Anfangfest, dass nachwachsende Rohstoffe langfristig die Basis für Treibstoffe und für die Herstellungvon organisch-chemischen Produkten bilden können.Der Bauer hat in den letzten Jahren fast ein Viertel seiner Anbaufläche für Getreide und Kartoffelnstillgelegt und freut sich, dass er diese Flächen jetzt zum Anbau vob Rohstoffpflanzen nutzenkann und dafür auch noch EG-Zuschüsse erhält.Der Öko-Bauer hält nichts vom „Industriepflanzenanbau“. Er will lieber weniger auf der zur Verfügungstehenden Fläche produzieren, dafür auf den Einsatz von Kunstdünger und Pestizidenverzichten.Der Hersteller von „Bio-Verpackungen“ betont, dass seine Produkte umweltfreundlich sind, dassbei der Herstellung kaum gefährliche Nebenprodukte anfallen und dass keine aggressiven Chemikalienin seiner Fabrik eingesetzt werden. Nach der Nutzung lassen sich die Produkte problemloskompostieren.Der Vertreter der Kunststoffverarbeitenden Industrie kritisiert, dass die neuen Produkte längstnoch nicht ausgereift sind. Er meint, dass die Herstellung hochwertiger Kunststoffe immer nachdas beste ist, was man mit Erdöl anfangen kann.Der Vertreter der chemischen Industrie erklärt, dass nachwachsende Rohstoffe bereits heute ingewissem Umfang genutzt werden. Auf das Erdöl kann die Industrie jedoch nicht verzichten.Nachwachsende Rohstoffe sind nicht in beliebiger Menge verfügbar, auch schwanken Qualitätund Preis.Der Vertreter des Dualen Systems Deutschland (DSD) möchte keine neuen Kunststoffe zwischenden bereits vorhandenen. Das Sortieren ist sowohl für den Verbrauchen wie auch für das DSD-System bereits heute schwierig genug.Der Umweltschützer ist prinzipiell für den Ausstieg aus der Erdölverarbeitung. NachwachsendeRohstoffe sind aber nur dann ein Gewinn für die Umwelt, wenn sie nicht unter den Bedingungender industriellen Landwirtschaft angebaut werden. Eine Gefahr sieht er auch darin, dass Rohstoffpflanzengenetisch manipuliert werden könnten.Der Agraringenieur aus dem Entwicklungsdienst sieht in der zunehmenden Nutzung von nachwachsendenRohstoffen die Gefahr einer neuen Ausbeutung der Drittweltländer als billigenRohstofflieferanten. Auch werden Umweltprobleme so in die Länder des Südens verschoben.Der Klimaforscher hält den Ausstieg aus der Erdölnutzung mit sofortiger oder späterer Verbrennungfür dringend notwendig. Die zunehmende CO 2 -Konzentration kann zu drastischen Veränderungendes Klimas führen, die längst noch nicht absehbar sind. Nachwachsende Rohstoffesind demgegenüber klimaneutral.Die einzelnen Rollen können von Kleingruppen weiter ausgearbeitet werden. Es empfiehlt sich, hierzu Originalmaterialienvon den entsprechenden Organisationen anzufordern und in die Argumentation einzubauen.Das Ergebnis der Diskussion kann (vom Publikum) in einer Tabelle festgehalten werden.Sowohl die Rollen wie auch die Spielsituation sind veränderbar (Podiumsdiskussion, Talkshow, Bürgerversammlungim Zusammenhang mit einer möglichen Industrieansiedlung).44

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“6. Außerschulische LernorteKontakte zu Firmen, die Kunststoffe herstellenbzw. verarbeiten, vermitteln dieentsprechenden Industrieverbände (sieheAdressenliste) sowie die örtlichen Industrie-und Handelskammern. Adressenvon Landwirten, die Rohstoffpflanzenanbauen, erhält man bei den regionalenBauernverbänden.7. MedienErkundungen im thematischen Zusammenhangkönnen auch durchgeführtwerden bei Verpackungsherstellern, imSupermarkt, bei örtlichen Entsorgungsbetriebenund beim DSD. Lohnend sind Besuchein regionalen Museen und im Hessenpark,wo Zeugnisse traditionellerHandwerkstechniken besichtigt werdenkönnen, z.B. Erntegeräte oder Ölpressen.Bei der nachstehenden Medienauswahl sind, soweit nichts anderes vermerkt, die Signaturen derhessischen Landesbildstelle angegeben.Die aktuellen Kontaktdaten und Bezugsbedingungen (für Hessen) findet man hier:http://medienzentren.bildung.hessen.de/Erdöl / fossile Rohstoffe / Kunststoffe- Entstehung von Erdöl und Erdgas (1984) 9 min, FWU;16-mm-Film 32 03527 / VHS 42 01637(Ausgehend von den Lebensvorgängen im Flachmeerwerden im Trick Sedimentationsvorgänge, die Umbildungorganischen Materials in Erdöl und Erdgas, dieBildung von Lagerstätten und deren Erkundung gezeigt.)- Wirtschaftsmacht Erdöl - Preise, Politik und Perspektiven(1991) 18 min, FWU; VHS 42 01367(Bedeutung des Öls für die Ölexport- und die Verbraucherländer;Zusammenhang von Krisen im Nahen Ostenund Ölvorkommen; Möglichkeiten zum Abbau derÖlabhängigkeit der westlichen Industrienationen.)- Erdöl - Rohstoff und Energieträger (1991) 14 min,FWU; 16-mm-Film 32 03958 / VHS 42 03958(Einsatzmöglichkeiten von Erdöl als Energieträger undRohstoff; Explorations- und Fördermethoden sowieder weitere Weg bis hin zur Raffinerie; fraktionierteDestillation in Realaufnahmen und im Trick.)- Erdölverarbeitung (1992) Arbeitsvideos mit 6 Kurzfilmen,insgesamt 30 min, FWU, VHS 42 01475(Atmosphärische Destillation / Vakuumdestillation /Cracken / Entschwefelung / Benzinveredelung /Schmierölverarbeitung)- Bekämpfung von Ölschäden (1993) 12 Farbdias, FWU,10 03181(mechanische und chemische Bekämpfungsmethoden,um die Folgen von Ölunfällen und Ölverschmutzungenzu mindern und zu beseitigen.)- PP-Recycling; Kreisläufe beim PET-Recycling; VHS,Bezug: Hoechst AG, Unternehmenskommunikation,65926 Frankfurt/M., Tel. 069 305-5752- Kunststoffe - zum Wegwerfen zu schade: Mit derUmwelt verträglich. VHS, 19 min, Produktion HoechstAG 1993. Verleih: intermedia. Belle Alliance-Str. 54,20259 Hamburg (Tel. 040-438085)- Streitfall Grüner Punkt, Dokumentarfilm, VHS, 17min., 1992Verleih: AV-Medien, Ev. Informationszentrum, Medienzentrale,Heinrich-Wimmer-Str. 4, 34131 Kassel(kritische Auseinandersetzung mit dem dualen Müllentsorgungssystem)Nachwachsende Rohstoffe- Nachwachsende Rohstoffe (1995) 15 min, FWU, 16-mm-Film 32 10332 / VHS 42 10332(nachwachsende Rohstoffe als Ergänzung bzw. Ersatzvon fossilen Rohstoffen; Produktbeispiele: Agrarfolienauf Stärkebasis, Bremsbeläge aus Leinfasern,PKW-Innenverkleidung aus Hanf, Raps-Diesel)- Nachwachsende Rohstoffe (1995) 12 Farbdias, FWU,10 03219(u.a. historische Beispiele für Werkzeuge und Alltagsgegenständeaus nachwachsenden Rohstoffen, der„ecological footprint“ Deutschlands, Biosprit betreffend,Farben und Lacke aus der Natur)- Weg vom Öl - Beispiele aus der Landwirtschaft (1984)15 min, FWU, VHS Nr. 42 00507(Biowärme, Strohverbrennung, Biogas als Beispielenfür erste Versuche, aus landwirtschaftlichen AbfallproduktenEnergie zu gewinnen.)- Das Leinölprojekt. AURO, Braunschweig 1994. 9 min(Bezug: AURO, Braunschweig. Preis: 20 DM)(Werbefilm des alternativen Farben- und LackherstellersAURO; umweltverträglichen Leinanbau; Leinöl alsRohstoff für verschiedene Anstrichmittel).45

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“7. Literaturhinweise (Stand 1995)- H. F. Bauer, M. Scherbaum, H. J. Bader: Industriepflanzenanbau - Nachwachsende Rohstoffe. Ein Vorschlagzur Behandlung des Themas „Pflanzenöle“ im Chemieunterricht der Hauptschule. In: Naturwissenschaftenim Unterricht - Physik/Chemie, 37.Jg., H. 47/1989, S. 19 - 27- Dieter Bockey, Wolfgang Jantzen: Biodiesel aus Raps. In: Unterricht Biologie H.215 (1996), S. 38-42- Rüdiger Blume, Herbert Sommerfeld: Abbaubare Folien auf Stärkebasis. In: Der Mathematische und NaturwissenschaftlicheUnterricht, 44. Jg., H. 2/1991, S. 93 - 96- H. Brinkmann: Einfache Schulversuche zum Thema „Treibstoffe“. In: Praxis der Naturwissenschaften - Chemie,40. Jg., H. 3/1991, S. 24 - 32- Centrale Marketing Gesellschaft der deutschen Agrarwissenschaften (CMA): Nachwachsende Rohstoffe,Bonn o.J. (kostenlose, sehr informative Broschüre zu Anbau und Nutzung nachwachsender Rohstoffe)- Reinhard Demuth (Hrsg.): Themenheft Nachwachsende Rohstoffe der Zeitschrift Praxis der Naturwissenschaften- Chemie, 45. Jg., H. 6/1996(verschiedene theoretische und praktische Beiträge, u.a. zur Ökobilanz, Versuche mit Huminsäuren, mit Chitinund mit Proteinen)- Manfred Eggersdorfer, Siegfried Warwel, Günter Wulff (Hrsg.): Nachwachsende Rohstoffe. Perspektiven fürdie Chemie. Weinheim 1993 (Beiträge zu einem Symposium, das sich 1992 mit der Einsetzbarkeit von nachwachsendenRohstoffen in der chemischen Produktion befasste)- Horst Eierdanz (Hrsg.): Perspektiven nachwachsender Rohstoffe in der Chemie. Verlag Chemie, Weinheim,1996 (Nachwachsende Rohstoffe und industrielle Nutzungsmöglichkeiten, Tenside, Kosmetik, Kunststoffe,Linoleum, genetisch veränderte Pflanzen; z.T. auch für Schüler gut lesbare Artikel)- Enquete-Kommission "Schutz des Menschen und der Umwelt" des Deutschen Bundestages (Hrsg.): Verantwortungfür die Zukunft. Wege zum nachhaltigen Umgang mit Stoff- und Materialströmen, Economica Verlag,Bonn 1993- Enquete-Kommission „Schutz der Erdatmosphäre“ des Deutschen Bundestages (Hrsg.): Klimaänderung gefährdetglobale Entwicklung. Zukunft sichern - Jetzt handeln, Economica Verlag, Bonn 1992- Dieter Eschenhagen (Hrsg.): Nutzpflanzen. Unterricht Biologie H. 74 (1982)- Hermann Fischer: Plädoyer für eine Sanfte Chemie. Über den nachhaltigen Gebrauch der Stoffe, Verlag C.F.Müller, Karlsruhe 1993(programmatische Schrift zu einem veränderten Umgang mit Rohstoffen und der Natur)- M. Hesse: Nachwachsende Rohstoffe aus dem Industriepflanzenanbau. In: Praxis der Naturwissenschaften -Biologie, 36. Jg., H. 8/1987, S. 34 - 42- Armin Kremer, L. Stäudel: Projekt Naturwissenschaften - Verpackung, Klett Verlag, Stuttgart 1996(Vorschläge zur projektartigen Bearbeitung des Themas Verpackung)- R. Peter: Eine Kolonne für die fraktionierte Destillation von Rohöl. In: Praxis der Naturwissenschaften -Chemie, 37. Jg., H. 6/1988, S. 43 - 46- R. Peter: Demonstrationsversuch zum katalytischen Cracken und Reformieren. In: Praxis der Naturwissenschaften- Chemie, 38. Jg., H. 1/1989, S. 41 - 44- Wilfried Probst (Hrsg.): Neue Kulturpflanzen. Unterricht Biologie H. 206 (1995)- Peter Rode, Edith Fellner: Hecheln und Spinnen - Flachs. Eine Handreichung des Modellversuchs SchUB.Berlin 1995 (Informationen zur Leinpflanze und ihrer Verwendung, Ansätze für den Unterricht)- L. Ruminski: Tertiäre Erdölförderung ... bis auf den letzten Rest. In: Bild der Wissenschaft, 23. Jg., H. 1/1986,S. 66 - 73 (Nutzung von Öl-Sand-Gemengen, Ölschiefer u.a.)- Ludwig Schenk: Kohlenhydrate - Mono- und Disaccharide. In: RAAbits Chemie, I L2.1, Heidelberg 199546

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“- Ludwig Schenk: Kohlenhydrate - Stärke und Cellulose. In: RAAbits Chemie, I L2.2, Heidelberg 1995- Lutz Stäudel, Daniela Sauer: Nachwachsende Rohstoffe. In: RAAbits Chemie, Grundwerk, III A, Heidelberg1994(Unterrichtsreihe für die S I; Schwerpunkte: Treibhauseffekt, Verpackung, nachwachsende Rohstoffe)- Lutz Stäudel, Daniela Sauer: Rollenspiel zum Thema Verpackungsmaterialien auf Stärkebasis. In: RAAbitsChemie, 2. Ergänzungslieferung, IV/A 1,2, Heidelberg 1995,- Lutz Stäudel: Nachwachsende Rohstoffe - nachhaltige Bildung. In: FWU-Magazin, 7. Jg., H. 4/1995, S. 30 - 35(Vorschläge für verschiedene Unterrichtsreihen, medien- und experimentgestützt)- Lutz Stäudel, Klaudia Mander, Martina Rudolph: Das Leinöl-Projekt - fächerübergreifender Unterricht für dieMittel- und Oberstufe. In: Praxis der Naturwissenschaften - Chemie, 44. Jg., H. 6/1995, S. 8 - 12- Wilfried Stichmann (Hrsg.): Naturmaterialien aus fremden Ländern. Unterricht Biologie H. 159 (1990)8. Adressen- Arbeitsgemeinschaft Deutsche Kunststoff-Industrie (AKI), Karlstraße 21, 60329 Frankfurt(Foliensammlung Kunststoffe, Lehrbuch „Kunststoffe - Werkstoffe unserer Zeit“, Probensammlung; kostenlos)- AURO GmbH, Postfach 1238, 38002 Braunschweig(Faltblätter zu Farben und Anstrichen auf Naturstoffbasis, Film zum Leinöl)- Bayer AG, Abt. ZF Q 18, 51368 Leverkusen(Broschüren zur Kunststoffherstellung, kostenlos)- Biotec Biologische Naturverpackungen GmbH, Blinder Weg 30, 46446 Emmerich(Materialproben von Verpackungen auf Stärkebasis)- BP Oil Deutschland GmbH, Postfach 600 340, 22291 Hamburg(Informationsschriften und Medien zu Erdöl, -förderung, -verarbeitung, -verbrauch; u.a. jährlich aktualisiert:Zahlen aus der Mineralölwirtschaft, überwiegend kostenlos; ähnlich: Shell, Aral)- Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwerk (C.A.R.M.E.N.), Technologiepark 13, 97222Rimpar (diverse aktuelle Broschüren zu nachwachsenden Rohstoffen, kostenlos)- Deutsches Lackinstitut GmbH, Karlstraße 21, 60329 Frankfurt(diverse Broschüren, u.a. Fakten zu Lacken und Farben Nr. 3: Biolacke und Naturfarben)- DLW Deutsche Linoleum Werke, Postfach 1243, 27732 Delmenhorst(Broschüren und auf Anfrage Materialproben aus der Linoleumproduktion)- Industrieverband Agrar e.V., Öffentlichkeitsarbeit, Karlstraße 21, 60329 Frankfurt(u.a. Broschüre „Intensität der pflanzenbaulichen Produktion in den EG-Ländern in den 90er Jahren“, Posterzu Düngung und Pflanzenschutz, Folien; kostenlos)- Mineralölwirtschaftsverband e.V. (MWV), Steindamm 71, 20099 Hamburg(Broschüren und andere Informationsmaterialien zu Erdöl, -gewinnung, -verarbeitung, kostenlos)- Verband der Chemischen Industrie e.V. (VCI), Information und Kommunikation, Karlstraße 21, 60329 Frankfurt(Faltblätter, Broschüren, Videos, z.T. kostenlos, u.a.: Kohle als Chemierohstoff (Nr. 2/84), Fakten zur Chemiediskussion(46): Nachwachsende Rohstoffe)- Verband Kunststofferzeugende Industrie e.V., Öffentlichkeitsarbeit, Karlstraße 21, 60329 Frankfurt(diverse Faltblätter, Broschüren, Folien, Probensammlungen zur Kunststoffherstellung, z.T. kostenlos)- Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung (W.E.G.), Brühlstraße 9, 30169 Hannover(Broschüren und andere Informationsmaterialien zu Erdöl, -gewinnung, -verarbeitung, kostenlos)47

Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Auszug aus dem Rahmenplan NaturwissenschaftenSELSNGRahmenthema: Fossile und nachwachsende Rohstoffe (9/10)Zielsetzungen für den UnterrichtFür Teile der stofflichen Produktion ist eine Umstellung vom Rohstoff Erdöl auf nachwachsende Rohstoffe zuerwarten. Die ist möglich, da beide aus Kohlenstoffverbindungen aufgebaut sind, die sich zu ähnlichen Produktenweiterverarbeiten lassen. Mit dem Wechsel der Rohstoffbasis sollen einerseits die begrenzten Erdölressourcengeschont, zum anderen aber auch eine umwelt- und sozialverträgliche Wirtschaftweise gefördertwerden.Diesen Vorteilen und einer Vermeidung von zusätzlichem CO 2 -Ausstoß stehen aber offene Fragen gegenüber,die Aspekte betreffen wie:- Nutzung stillgelegter Agrarflächen / Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion- Umweltverträglichkeit des Anbaus / Entsorgungsprobleme- Verträglichkeit für Menschen und Natur- neue (politische) Abhängigkeiten (Dritte Welt als Anbaugebiet),- steigender Bedarf / Begrenztheit der nachwachsenden RessourcenUnter naturwissenschaftlichem Aspekt werden an Beispielen charakteristische Eigenschaften rohstoffliefernderPflanzen, deren Kulturbedingungen sowie der chemische Aufbau der produzierten Rohstoffe mitErdölderivaten verglichen.Der Technikaspekt thematisiert die Möglichkeiten und Verfahren der Rohstofferschließung, ihrer Weiterverarbeitungund deren ökonomische Bedeutung und Chancen der Vermarktung. An ausgewählten Beispielensollen die zugehörigen Technologien bzw. Verfahren praktisch erarbeitet werden.Der Umweltaspekt beleuchtet die Möglichkeiten umweltverträglicher Produktion auf der Basis fossiler undnachwachsender Rohstoffe und deren Grenzen bei massenhafter industrieller Nutzung.Verbindliche Inhalte- Photosynthese als Grundlage der Biomassebildung- Kohlenwasserstoffverbindungen als Energielieferanten des organischen Lebens, als Strukturbildner inPflanzen (Zellulose, Stärke, Zucker) und als technische Rohstoffe- Kohlenstoffkreislauf, Kohlenstoffbilanzen- Beispiele für Nutzpflanzen, die nachwachsende Rohstoffe liefern- historische und moderne Verarbeitungsverfahren für fossile und nachwachsende Rohstoffe am Beispiel- Kohlenstoffverbindungen als Werkstoffe (Kunststoffe)- Strukturbetrachtungen an Kohlenstoffverbindungen *)Mögliche Themen **)„Öle, Fette und Duftstoffe für Pflege und Schönheit“„Seife aus Talg - neue Waschmittel aus Zuckerrüben und Raps“„Mit Lein bauen, streichen, weben, schmieren und bremsen“„Verpackungen aus Erdöl, Cellulose oder Stärke?“*) Nur für den gymnasialen Bildungsgang**) Bei der Bearbeitung der Themen ist darauf zu achten, dass Aspekte von Phasen und Grenzflächen, Mischbarkeit undEmulgiervermögen sowie der Zusammenhang von Eigenschaften und Struktur von Lösungsmitteln auf Teilchenebeneeinbezogen werden.48