Frage (Klassenstufe 7-11)

Rocket Science - im wahrsten Sinne des Wortes
Recycling, Kreislaufwirtschaft, Wiederverwertung – diese Begriffe
beschreiben die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Abfällen.
Dabei denkt man zunächst an Konsumgüter wie Papier oder
Mehrwegflaschen in der Getränkeindustrie.
Doch nicht nur, wenn es um Abfälle und Abfallprodukte klassischer
Konsumgüter geht, sind Stoffkreisläufe von großer Bedeutung. Wie
sieht es in anderen Sphären aus? Zum Beispiel im All?
Recycling auf einer Raumstation – wie jetzt? Mondstaubformel und
Marsorbitkalkulationen auf Ökopapier? Und ob! Wenn man unter
Naturwissenschaftlern von „Raumfahrttechnik“ spricht, so ist damit
Hochkomplexes und Außergewöhnliches gemeint. Kreislaufführung
von lebenswichtigen Stoffen auf einer Raumstation ist
Raumfahrttechnik im wahrsten Sinne des Wortes. Um zum Beispiel
Quelle: NASA
genügend Luft zum Atmen sowie Wasser zum Trinken und
Waschen für eine mehrwöchige Mission auf einer Raumstation zu haben, ist ein Kreislauf von Luft und Wasser
unabdingbar. Natürlich könnten Wasser und Luft auch per Rakete von der Erde zu einer über 400 km entfernten
Raumstation nachgeliefert werden, doch dies ist empfindlich teuer – selbst in Maßstäben von Raumfahrtbudgets.
Achtung 7. Klasse! Ihr müsst dieses mal auch 2 Fragen beantworten!
Frage (Klassenstufe 7-11)
Mal ehrlich, wollte nicht jeder schon einmal auf eine Mission zum Mond? Wochen in der Schwerelosigkeit und glückselig
auf die weit entfernte Erde blicken? Doch wie sieht es mit der Ernährung aus? Kulinarische Pasten aus Tuben zum
Frühstück, Mittagessen und Abendessen; für den Ausblick - geschenkt. Trinkwasser kann man sich allerdings nicht
schenken.
Es gibt verschiedene Methoden, Wasser aufzubereiten, chemische, physikalische, mechanische und biologische. Sie
alle finden auch in irdischen Kläranlagen Anwendung. Sucht euch aus den vorgegebenen Beispielen pro Methode
je eines aus und ordnet es einer Methode zu.
Beispiele:
Einsatz von Rechen, Oxidation, anaerobe Abwasserreinigung, Filtration, Osmose, Adsorption, Desinfektion,
biochemische Oxidation, Flockung, Sedimentation, Sieben, Flotation, Ionenaustausch, Schlammfaulung,
Vakuumverfahren, Belebtschlammverfahren, thermische Einwirkungen, Entcarbonisierung, Schlammfaulung,
Elektrodeionisation
Methoden:
Mechanische Aufbereitung
Lösung:
mögliche Antworten: Rechen, Siebe, Filter
Physikalische Methoden
Lösung:
mögliche Antworten: Sedimentation, Flotation, Adsorption, Vakuumverfahren, thermische Einwirkungen, Osmose
1
Chemische Methoden
Lösung:
mögliche Antworten:Oxidation, Desinfektion, Flockung, Entcarbonisierung, Ionenaustausch, Elektrodeionisation
Biologische Methoden
Lösung:
mögliche Antworten: biochemische Oxidation, Schlammfaulung, Belebtschlammverfahren, anaerobe Abwasserreinigung
Es gibt einige Wege, wie auf einer Raumstation Wasser wiedergewonnen werden kann. Im Folgenden sind sie
beschrieben. Einer jedoch ist frei erfunden.
Finde die falsche Antwort und wähle sie aus:
Schweiß – bei Außeneinsätzen wird der Schweiß der Astronauten in den Raumanzügen aufgefangen und später wieder
aufbereitet
Urin - Der Urin wird destilliert und danach mit dem restlichen Abwasser zusammen in einem Prozessor weiterbehandelt
und gefiltert. Letzte organische Substanzen und Lösungsmittel im Wasser werden in Kohlendioxid, Wasser und Ionen
umgewandelt. Nun kann das Wasser wieder getrunken werden.
Tube - Die Tuben für das Astronauten- Essen sind nachher nicht einfach Abfall: Bei Unterdruck zersetzen sie sich unter
anderem zu Wasser.
Kondenswasser - aus der Kabinenluft
Duschwasser - Zum Abtrocknen wird kein Handtuch genutzt, sondern eine Art Staubsauger leitet das Wasser zurück zur
Trinkwasseraufbereitung.
Lösung:
Falsch ist, dass sich Tuben unter Druck zersetzen und Wasser freigeben. Hier hätten wir es außerdem nicht mit einem
echten Kreislauf zu tun.
Zusatzfrage (Klassenstufen 9-11)
Nicht nur das Wasser in einer Raumstation muss recycelt werden, auch die Luft zum Atmen! Füllt den folgenden
Lückentext zur künstlichen Sauerstoffgewinnung aus, indem ihr einen Begriff, der in den Klammern steht, auswählt:
Wir atmen (Kohlendioxid/ Sauerstoff)
Lösung:
Sauerstoff
ein und (Kohlenstoffdioxid/ Sauerstoff)
Lösung:
Kohlenstoffdioxid
wieder aus. Pflanzen recyceln (Kohlenstoffdioxid/ Sauerstoff)
Lösung:
Kohlenstoffdioxid
2
Kohlenstoffdioxid
wieder zu (Kohlendioxid/ Sauerstoff)
Lösung:
Sauerstoff
durch (Photosynthese/ Photovoltaik).
Lösung:
Photosynthese
Auf der Erde, wo eine riesige Fläche mit Pflanzen bedeckt ist, kann der nötige Sauerstoffbedarf für Tiere und
Menschen gedeckt werden. Auf einer Raumstation ist dies natürlich mit Pflanzen nicht möglich. Hier sind
alternative Lösungen gefragt. Eine Möglichkeit, Sauerstoff „künstlich“ herzustellen, ist die (Elektrolyse/ Katalyse).
Lösung:
Elektrolyse
Hierbei wird aus Wasser Sauerstoff erzeugt. Ein elektrischer Strom wird durch Wasser geleitet; auf der einen Seite
ist die positiv geladen Elektrode, die (Anode/ Kathode)
Lösung:
Anode
und auf der anderen Seite die negativ geladene Elektrode, die (Kathode/ Anode).
Lösung:
Kathode
Für die Elektrolyse wird eine (Gleichspannungs/ Wechselspannungs)Lösung:
Gleichspannungs
quelle benötigt. Eine geringe Konzentration von Salz im Wasser fördert die Elektrizität, da das Wasser alleine eine
(geringe/ hohe)
Lösung:
geringe
3
Leitfähigkeit besitzt. Das Wasser wird in Wasserstoff und (Sauerstoff/ Kohlenstoff)
Lösung:
Sauerstoff
gespalten. Die Energie für die Elektrolyse auf der ISS wird aus Quantensingularitäten/ Solarenergie/ Kernfusion/
einem Antimaterie Reaktor
bezogen.
Lösung:
Solarenergie
Zusatzfrage (Klassenstufen 10-11)
Der größte Teil des Sauerstoffs in einer Raumstation wird durch Elektrolyse bereitgestellt. In der Abbildung ist der
Prozess der Elektrolyse dargestellt.
+
Ordnet den Zahlen 1 bis 4 die folgenden Begriffe zu: Kathode, Anode, H , OH
1.
Lösung:
Anode
2.
Lösung:
Kathode
4
-
3.
Lösung:
OH
-
4.
Lösung:
H
+
Zusatzfrage (Klasse 11)
Wie bei Jedipedia zu lesen ist, waren „beide Todessterne aus Star Wars (Episoden IV und VI) mit den effizienten, aber
instabilen Reaktorkernen ausgestattet, und beide Male war es der Rebellen- Allianz möglich, den Reaktor zu lokalisieren
und mit geringer Feuerkraft zu zerstören. Auch die Tatsache, dass das Imperium beim zweiten Todesstern auf eine
Ventilationsöffnung verzichtete, die dem ersten Todesstern noch zum Verhängnis wurde, konnte den Verlust der
Raumstation nicht verhindern. Die Gewalt der explodierenden Reaktorkerne sorgte für eine totale Zerstörung.“
Der Todesstern, das absolute Machtinstrument des Imperiums, ist eine der größten Raumstationen, die der Mensch sich
erdacht hat – und sie weist eine gravierende Sicherheitslücke auf. Nach unseren eigenen Schätzungen hätte der zweite
Todesstern bei Fertigstellung einen Radius von etwa 800 km gehabt – bekanntlich kam es nicht dazu. Um das
Sicherheitskonzept, die Unabhängigkeit der Energieversorgung zu verbessern und um grüner zu werden, hätten
Solarmodule dienen können.
(Auch wir waren im Kino: in Episode VII gibt es natürlich längst etwas Besseres als den Todesstern. Die Starkiller- Basis,
eine noch größere Kampfstationen als die alten Todessterne, bezieht die benötige Energie direkt aus einer Sonne. "Ich
glaube, dass das meiste davon ein Haufen Hokuspokus ist, wenn du mich fragst." (Han Solo) und das Imperium ist durch
andere Bösewichte abgelöst – aber wir sind Fans der guten alten Episoden IV bis VI. – Anm. d. Red.)
Wie groß müsste die Fläche der Solarmodule sein, um die allgemeine Stromversorgung des Todessterns (600 TWh/
aErde), Versorgung des Schutzschildes und der Waffensysteme (300 GWh/ aErde ) zu gewährleisten? Das Imperium
hat es geschafft die Solarmodule zu revolutionieren: Ein Modul der Fläche 1,5 m2 bringt einen Ertrag von 2000
Wh pro TagErde.
Lösung:
600 TWh + 0,3 TWh = 600,3 TWh pro Jahr
Geteilt durch 365 Tage = 1,64 TWh pro Tag
-9
2 * 10 TWh pro Einheit => 1,64 / 0,000000002 = 820.000.000 Module
2
2
=> mal 1,5 m ergibt eine Fläche von 1,23 Milliarden m
(Wer die Oberfläche des Todessterns aus unserem geschätzten Radius berechnet hat, stellt fest, dass diese nicht ausreicht,
auch, wenn man sie ganz mit Solarmodulen bedeckt. Wie wir inzwischen wissen, hat die 1. Ordnung allerdings einen
anderen Weg gefunden, Energie aus der Sonne zu ziehen - dieser ist allerdings wenig nachhaltig.)
Quelle: http:// dechemax.de/- p-122606- quickedithide-1- frage-7.htm? rewrite_engine=id
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