Re:aktiv – Chemie 8. Klasse Kapitel 6: Stoffe als globale Ressource Sekundarschule BL
Kapitel 6

Stoffe als globale Ressource

Woher kommen die Stoffe, die wir täglich brauchen? Wie nutzen wir sie – und was passiert, wenn sie aufgebraucht sind?

Lernziele

  • Ich kenne verschiedene Rohstofftypen und kann Beispiele nennen.
  • Ich kann den Weg vom Rohstoff zum Produkt beschreiben.
  • Ich verstehe den Kohlenstoffkreislauf.
  • Ich weiss, warum Recycling chemisch wichtig ist.
  • Ich kenne Grundlagen der Nachhaltigkeit.
Lehrplan 21: NT.3.3

Inhaltsverzeichnis

  1. Einleitung: Dein Smartphone und die Welt
  2. 6.1 Rohstoffe – die Grundlage unserer Wirtschaft
  3. 6.2 Vom Rohstoff zum Produkt (Aluminium & Erdöl)
  4. 6.3 Wasser als Ressource
  5. 6.4 Der Kohlenstoffkreislauf
  6. 6.5 Fossile Brennstoffe und Klimawandel
  7. 6.6 Recycling, Kreislaufwirtschaft und Green Chemistry
  8. Kapitelabschluss-Test
  9. Zusammenfassung und Glossar

Lernziele

Stoffe als globale Ressource

Nimm dein Smartphone in die Hand – sofern du gerade eines bei dir hast – und betrachte es einmal nicht als Gerät zum Chatten, Fotografieren oder Musikhören, sondern als eine Sammlung chemischer Elemente. In diesem kleinen Gehäuse stecken über 30 verschiedene Elemente aus dem Periodensystem: Lithium in der Batterie, Silizium im Prozessor, Kupfer in den Leiterbahnen, seltene Erden wie Neodym für den Lautsprecher, Indium im Touchscreen, Gold an den Kontaktstellen, Tantal in den Kondensatoren. Viele dieser Stoffe werden in Minen auf der ganzen Welt abgebaut – in Australien, in der Demokratischen Republik Kongo, in Chile, in China. Dein Smartphone ist ein wahrhaft globales Produkt, und es beginnt seine Reise tief unter der Erde.

Doch es geht nicht nur um Smartphones. Schau dich einmal in deinem Zimmer um: Der Schreibtisch aus Holz, der Stuhl mit Metallbeinen und Kunststoffsitz, die Glasflasche auf dem Tisch, das T-Shirt aus Baumwolle, die PET-Flasche im Rucksack – all diese Dinge bestehen aus Stoffen, die irgendwo auf der Welt als Rohstoff gewonnen wurden. Manche davon wachsen nach, wie das Holz im Wald. Andere brauchten Millionen von Jahren, um zu entstehen, wie das Erdöl, aus dem Kunststoffe hergestellt werden. Wieder andere werden aus Gestein herausgelöst, wie die Metallerze.

Wasser – scheinbar unendlich vorhanden, wenn man auf den Rhein in Basel oder auf den Zürichsee blickt. Doch trinkbares Wasser, sauberes Grundwasser, ist eine kostbare Ressource. Weltweit haben über zwei Milliarden Menschen keinen sicheren Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die Schweiz ist da privilegiert: Sie gilt als «Wasserschloss Europas», weil vier grosse Flüsse hier entspringen. Aber auch hier müssen wir das Grundwasser schützen, denn Pestizide, Medikamentenrückstände und Mikroplastik gefährden die Qualität unseres Wassers.

Und dann ist da das Erdöl – jener Rohstoff, der nicht nur unsere Autos antreibt, sondern auch in Plastikflaschen, Medikamenten, Kosmetik und sogar Kleidung steckt. Erdöl geht uns alle an, denn seine Verbrennung setzt riesige Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2) frei und verstärkt den Treibhauseffekt. Der Kohlenstoffkreislauf der Erde gerät aus dem Gleichgewicht. In diesem Kapitel wollen wir verstehen, woher unsere Stoffe kommen, wie sie verarbeitet werden, warum Recycling so wichtig ist und was Nachhaltigkeit aus chemischer Sicht bedeutet. Denn die Chemie liefert nicht nur Probleme – sie liefert auch Lösungen.

6.1 Rohstoffe – die Grundlage unserer Wirtschaft

Rohstoff: Ein Rohstoff ist ein natürlich vorkommender Stoff, der wirtschaftlich genutzt und zu Produkten weiterverarbeitet wird. Rohstoffe sind das Ausgangsmaterial für nahezu alle Gegenstände unseres Alltags.

Rohstoffe lassen sich nach ihrer Entstehung und Verfügbarkeit in drei grosse Gruppen einteilen: nachwachsende Rohstoffe, fossile Rohstoffe und mineralische Rohstoffe. Diese Einteilung ist wichtig, denn sie bestimmt, ob ein Rohstoff theoretisch unbegrenzt verfügbar ist oder ob er eines Tages aufgebraucht sein wird.

Nachwachsende Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe stammen aus der belebten Natur und können sich innerhalb menschlicher Zeiträume erneuern. Dazu gehören Holz (für Bau, Papier, Möbel), Baumwolle (für Textilien), Naturkautschuk (für Reifen und Dichtungen), Stärke (als Klebstoff und Rohstoff für Biokunststoffe), Pflanzenöle (für Nahrung, Biodiesel, Seife) sowie Wolle und Seide. Ihr grosser Vorteil: Wenn sie nachhaltig bewirtschaftet werden, stehen sie theoretisch unbegrenzt zur Verfügung. Allerdings braucht auch ihr Anbau Fläche, Wasser und Energie.

Fossile Rohstoffe

Fossile Rohstoffe sind über Millionen von Jahren aus abgestorbenen Lebewesen entstanden. Die drei wichtigsten sind Erdöl, Erdgas und Kohle. Sie dienen als Energieträger (Heizen, Strom, Treibstoff) und als chemische Rohstoffe (Kunststoffe, Medikamente, Dünger). Ihr grösstes Problem: Sie sind nicht erneuerbar – was in Millionen Jahren entstanden ist, kann nicht in wenigen Jahrzehnten nachgebildet werden. Zudem setzt ihre Verbrennung CO2 frei, das zum Klimawandel beiträgt. Die Menschheit verbraucht fossile Rohstoffe gegenwärtig etwa eine Million Mal schneller, als sie entstehen.

Mineralische Rohstoffe

Mineralische Rohstoffe werden aus der Erdkruste gewonnen. Dazu gehören Erze (Eisenerz, Bauxit für Aluminium, Kupfererz), Sand und Kies (Beton, Glas), Kalkstein (Zement, Baustoffe) und Steinsalz (Nahrung, Chemie-Industrie). Erze enthalten Metalle in chemisch gebundener Form – sie müssen aufwendig verhüttet (aufgeschmolzen und reduziert) werden, um das reine Metall zu gewinnen. Mineralische Rohstoffe erneuern sich nicht oder nur extrem langsam durch geologische Prozesse.

Die Schweiz und ihre Rohstoffe

Die Schweiz besitzt nur wenige eigene Rohstoffe. Nennenswert sind Kalkstein (für die Zementindustrie), Kies und Sand (für den Bau), Salz (die Schweizer Rheinsalinen in Pratteln BL!) sowie Holz aus den Schweizer Wäldern. Metalle, Erdöl und Erdgas müssen fast vollständig importiert werden. Die Schweiz ist daher wirtschaftlich stark von globalen Handelswegen abhängig. Umso wichtiger ist es, mit Rohstoffen sparsam umzugehen und Recycling zu fördern!

Rohstofftyp Beispiele Erneuerbar? Zeitraum der Entstehung
Nachwachsend Holz, Baumwolle, Kautschuk, Stärke Ja (Monate bis Jahrzehnte) Jahre bis Jahrzehnte
Fossil Erdöl, Erdgas, Kohle Nein (praktisch nicht) Millionen Jahre
Mineralisch Eisenerz, Bauxit, Sand, Kalk, Salz Nein (geologische Zeiträume) Millionen bis Milliarden Jahre
Hefteintrag: Rohstofftypen

Rohstoff = natürlich vorkommender Stoff, der wirtschaftlich genutzt wird.

Drei Rohstofftypen:

1. Nachwachsende Rohstoffe (erneuerbar): Holz, Baumwolle, Kautschuk, Stärke

2. Fossile Rohstoffe (nicht erneuerbar, Mio. Jahre alt): Erdöl, Erdgas, Kohle

3. Mineralische Rohstoffe (nicht erneuerbar): Erze, Sand, Kalk, Salz

Schweiz: wenig eigene Rohstoffe (Kalk, Kies, Salz, Holz) → stark importabhängig

Aufgaben zu 6.1

6.1a★ WISSEN Nenne je zwei Beispiele für nachwachsende, fossile und mineralische Rohstoffe.
6.1b★ WISSEN Erkläre mit eigenen Worten, was ein Rohstoff ist. Nenne drei Gegenstände in deinem Schulzimmer und ordne sie je einem Rohstoff zu.
6.1c★★ VERSTEHEN Erkläre, warum fossile Rohstoffe als «nicht erneuerbar» gelten, obwohl sie aus natürlichen Prozessen entstanden sind. Verwende die Begriffe «Entstehungszeit» und «Verbrauchsrate» in deiner Antwort.
6.1d★★★ ANWENDEN E/P Die Schweiz besitzt kaum eigene Rohstoffe. Erstelle eine Tabelle mit fünf Alltagsgegenständen aus deinem Haushalt. Gib für jeden an: (a) Hauptmaterial, (b) Rohstofftyp, (c) mögliches Herkunftsland des Rohstoffs.
6.1e★★★★ ANALYSIEREN P Baumwolle ist ein nachwachsender Rohstoff. Trotzdem ist Baumwollanbau nicht immer «nachhaltig». Recherchiere und diskutiere: Welche ökologischen Probleme sind mit dem Baumwollanbau verbunden (Wasser, Pestizide, Fläche)? Warum reicht die Einteilung «nachwachsend = gut» nicht aus?

6.2 Vom Rohstoff zum Produkt

Beispiel 1: Aluminium

Aluminium ist nach Eisen das am häufigsten verwendete Metall der Welt. Es ist leicht, stabil, korrosionsbeständig und gut recyclebar. Doch der Weg vom Rohstoff zum fertigen Aluminiumprodukt ist lang und energieintensiv. Aluminium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern ist chemisch gebunden im Mineral Bauxit. Bauxit enthält vor allem Aluminiumoxid (Al2O3), zusammen mit Eisenoxiden und Silicaten, die ihm die typisch rötliche Farbe verleihen.

Schritt 1: Bauxit-Abbau

Bauxit wird im Tagebau abgebaut, hauptsächlich in Australien, Guinea, Brasilien und Jamaika. Riesige Flächen tropischen Regenwaldes werden dafür teilweise gerodet – ein gravierendes Umweltproblem. Für eine Tonne Aluminium braucht man etwa vier bis fünf Tonnen Bauxit.

Schritt 2: Bayer-Verfahren – Aluminiumoxid gewinnen

Im Bayer-Verfahren wird Bauxit bei hohen Temperaturen in konzentrierter Natronlauge (NaOH) aufgelöst. Dabei entsteht lösliches Natriumaluminat. Die unlöslichen Bestandteile – vor allem Eisenoxide – werden als Rotschlamm abgetrennt. Dieser giftige Abfall ist ein grosses Umweltproblem: Weltweit fallen jährlich über 150 Millionen Tonnen davon an. Aus der gereinigten Lösung wird dann reines Aluminiumoxid (Al2O3) ausgefällt und getrocknet.

Schritt 3: Schmelzflusselektrolyse – reines Aluminium

Im letzten Schritt wird Aluminiumoxid durch Schmelzflusselektrolyse (Hall-Héroult-Verfahren) in reines Aluminium umgewandelt. Dabei wird Al2O3 in geschmolzenem Kryolith (Na3AlF6) bei etwa 960 °C aufgelöst und mit starkem elektrischem Strom zersetzt. An der Kathode scheidet sich flüssiges Aluminium ab. Dieser Prozess verbraucht enorm viel elektrische Energie: Für eine Tonne Aluminium werden rund 13 000 bis 15 000 Kilowattstunden Strom benötigt – genug, um einen durchschnittlichen Schweizer Haushalt vier Jahre lang mit Strom zu versorgen!

Merke: Aluminium-Recycling

Das Einschmelzen von Aluminium-Schrott (Recycling) benötigt nur etwa 5 % der Energie, die für die Herstellung aus Bauxit nötig wäre – eine Energieersparnis von 95 %! Deshalb ist Aluminium-Recycling ökologisch und wirtschaftlich äusserst sinnvoll. Jede recycelte Aludose spart genug Energie, um einen Fernseher drei Stunden lang laufen zu lassen.

Anwendungen von Aluminium

Aluminium-Lebenszyklus Kreislaufdiagramm des Aluminiums: Bauxit-Abbau über Bayer-Verfahren und Schmelzflusselektrolyse zum Produkt, dann Sammlung, Recycling und zurück zum neuen Produkt. Recycling benötigt nur 5 % der Ausgangsenergie. Aluminium-Lebenszyklus Bauxit-Abbau (Tagebau) Al₂O₃ im Gestein Bayer-Verfahren Bauxit + NaOH → Al₂O₃ (rein) Schmelzfluss- elektrolyse 960 °C · 15 000 kWh/t → Al (rein, flüssig) Al-Produkt Dose · Folie Fenster · Kabel Nutzung & Sammlung Altmetall Sammlung & Sortierung Recycling Einschmelzen bei 660 °C nur 5 % der Energie! → neues Produkt Energievergleich Neu: 15 000 kWh/t Recycling: 750 kWh/t Ersparnis: 95 % (pro Tonne Aluminium) Primärproduktion (energieintensiv) Materialfluss / Kreislauf Nutzung & Entsorgungspfad Quelle: Aluminium-Industrie; 1 t Aluminium aus Bauxit ≈ 15 000 kWh; aus Schrott ≈ 750 kWh
Abb.: Lebensweg des Aluminiums – Primärproduktion (oben) und Recycling-Kreislauf (unten). Recycling spart bis zu 95 % Energie.

Beispiel 2: Erdöl

Entstehung von Erdöl

Erdöl entstand vor 50 bis 500 Millionen Jahren aus winzigen Meeresorganismen – vor allem Plankton (mikroskopisch kleine Algen und Kleinstlebewesen). Als diese Organismen starben, sanken sie auf den Meeresboden und wurden von Sedimenten (Sand, Ton) bedeckt. Unter Ausschluss von Sauerstoff, bei hohen Temperaturen und enormem Druck, verwandelten sich die organischen Reste über Jahrmillionen in ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen – das Erdöl. Erdöl ist also gespeicherte Sonnenenergie aus einer längst vergangenen Zeit!

Fraktionierte Destillation in der Raffinerie

Rohes Erdöl (Rohöl) ist ein Gemisch aus Hunderten verschiedener Kohlenwasserstoffe. Um daraus nutzbare Produkte zu gewinnen, wird es in einer Raffinerie durch fraktionierte Destillation aufgetrennt – ein Trennverfahren, das du bereits aus Kapitel 2 kennst! Das Prinzip: Rohöl wird auf etwa 400 °C erhitzt und in einen hohen Destillationsturm geleitet. Die verschiedenen Bestandteile haben unterschiedliche Siedetemperaturen und kondensieren daher in verschiedenen Höhen des Turms.

Fraktion Siedebereich Verwendung
Gase (Methan, Propan, Butan) < 30 °C Heizgas, Camping-Gas, Petrochemie
Benzin (Naphtha) 30–180 °C Treibstoff für Autos, Lösungsmittel
Kerosin 180–250 °C Flugzeugtreibstoff
Diesel 250–350 °C Treibstoff für LKW, Busse, Schiffe
Heizöl 350–500 °C Heizung, Schiffstreibstoff
Bitumen (Rückstand) > 500 °C Strassenbelag, Abdichtung

Erdöl als Basis für Kunststoffe

Nicht nur als Treibstoff ist Erdöl bedeutend – rund 8 % des weltweit geförderten Erdöls wird zu Kunststoffen (Plastik) verarbeitet. Aus der Benzin-Fraktion (Naphtha) werden durch chemische Verfahren (Cracken, Polymerisation) Kunststoffe wie Polyethylen (PE – Plastiktüten, Flaschen), Polypropylen (PP – Lebensmittelverpackungen), PET (Getränkeflaschen) und Polystyrol (PS – Styropor) hergestellt. Auch Medikamente, Kosmetik, Farben, Waschmittel und Textilfasern (Polyester) basieren auf Erdöl. Plastik ist in unserem Alltag allgegenwärtig – und das ist aus Sicht der Nachhaltigkeit ein ernstes Problem, wie wir noch sehen werden.

Vom Erdöl zum Kunststoff – Prozesskette Prozesskette: Erdöl-Förderung unter der Erde, Raffinerie mit fraktionierter Destillation, Naphtha-Fraktion, Cracken zu Ethen (CH₂=CH₂), Polymerisation zu Polyethylen (–CH₂–CH₂–)n. Endprodukte: Plastiktüte, Flasche, Folie. Vom Erdöl zum Kunststoff Erdöl- Förderung Rohöl (Gemisch) Raffinerie Fraktionierte Destillation Naphtha 30–180 °C Cracken Spaltung langer Kohlenwasserstoffe Ethen CH₂=CH₂ Polymerisation viele Ethen-Moleküle → PE-Kette PE (–CH₂– CH₂–)n Kunststoff Produkte Tüten · Flaschen Folien · Rohre Wichtige Reaktionen Cracken: C₁₀H₂₂ → C₂H₄ + C₈H₁₈ (lange Kette → kurze Ketten) Polymerisation: n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)n (Ethen → Polyethylen) Naphtha (30–180 °C) ist die Ausgangsfraktion für die meisten Kunststoffe · ca. 8 % des Rohöls werden zu Kunststoff
Abb.: Prozesskette vom Rohöl zum Kunststoff Polyethylen (PE) in vier Schritten.
Hefteintrag: Vom Rohstoff zum Produkt

Aluminium: Bauxit → Aluminiumoxid (Bayer-Verfahren) → Aluminium (Schmelzflusselektrolyse)

Recycling spart 95 % Energie!

Erdöl: fossiler Rohstoff aus Meeresorganismen (Mio. Jahre alt)

Fraktionierte Destillation → Benzin, Diesel, Kerosin, Kunststoffe

Aufgaben zu 6.2

6.2a★ WISSEN Beschreibe die drei Schritte der Aluminium-Herstellung aus Bauxit. Benenne jeweils das Verfahren und das Zwischenprodukt.
6.2b★ WISSEN Erdöl wird in der Raffinerie durch fraktionierte Destillation aufgetrennt. Nenne vier Fraktionen mit ihrem ungefähren Siedebereich und ihrer Verwendung.
6.2c★★ VERSTEHEN Erkläre, warum Aluminium-Recycling so viel Energie spart. Welcher der drei Herstellungsschritte ist besonders energieintensiv und warum fällt er beim Recycling weg?
6.2d★★★ ANWENDEN E/P Vergleiche die lineare Wirtschaft mit der Kreislaufwirtschaft anhand einer Aluminiumdose. Zeichne zwei Flussdiagramme (eines für jedes Modell) und berechne: Wenn die Herstellung einer neuen Dose 15 MJ Energie kostet und Recycling nur 5 % davon – wie viel Energie wird bei 1000 recycelten Dosen gespart?
6.2e★★★★ ANALYSIEREN P Erdöl dient sowohl als Energieträger (Benzin, Heizöl) als auch als Rohstoff für Produkte (Kunststoffe, Medikamente). Diskutiere: Sollte man Erdöl lieber verbrennen oder als Rohstoff nutzen? Begründe deine Meinung mit chemischen Argumenten.
6.2f ★★★★★ ERSCHAFFEN P Entwirf einen Fahrplan, wie dein Haushalt in einem Jahr auf eine Woche ohne Plastikverpackung kommen kann. Beschreibe konkrete Schritte Monat für Monat, nenne Alternativen zu typischen Plastikverpackungen und erkläre, welche chemischen Vorteile diese Alternativen haben.

6.3 Wasser als Ressource

Wasser ist der wichtigste Stoff auf unserem Planeten. Ohne Wasser gäbe es kein Leben. Rund 71 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt – doch 97,5 % davon ist Salzwasser. Von den verbleibenden 2,5 % Süsswasser sind wiederum rund zwei Drittel in Gletschern und Eiskappen gebunden. Nur etwa 0,3 % des gesamten Wassers auf der Erde ist direkt als Trinkwasser verfügbar – eine winzige Menge!

Der Wasserkreislauf

Wasser bewegt sich in einem ständigen Kreislauf, dem Wasserkreislauf (hydrologischer Kreislauf). Die Sonne liefert die Energie: Sie erwärmt Oberflächenwasser in Meeren, Seen und Flüssen. Das Wasser verdunstet und steigt als Wasserdampf in die Atmosphäre auf. In der Höhe kühlt der Dampf ab und kondensiert zu winzigen Wassertröpfchen – es bilden sich Wolken. Wenn die Tröpfchen gross genug werden, fallen sie als Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel) auf die Erde zurück. Ein Teil fliesst über Bäche und Flüsse zurück ins Meer (Oberflächenabfluss), ein Teil versickert im Boden und bildet Grundwasser. Der Kreislauf beginnt von vorne.

Der Wasserkreislauf – Illustration

Wasserkreislauf Illustration des natürlichen Wasserkreislaufs: Verdunstung von Meer und See, Wolkenbildung durch Kondensation, Niederschlag als Regen und Schnee, Oberflächenabfluss über Flüsse sowie Versickerung ins Grundwasser. Grundwasser See / Meer Kläranlage Verdunstung Niederschlag Abfluss Versickerung Wolkenbildung & Kondensation

Trinkwasseraufbereitung

Rohwasser – ob aus Grundwasser, Seewasser oder Flusswasser – muss aufbereitet werden, bevor es als Trinkwasser in unsere Leitungen kommt. Die wichtigsten Verfahren sind:

Trinkwasserkreislauf – Von der Quelle zur Schule und zurück Kreislaufdiagramm: Grundwasser und Quelle werden im Wasserwerk aufbereitet (Filtration, Aktivkohle, UV-Desinfektion), dann als Trinkwasser in die Schule geliefert. Abwasser gelangt zur Kläranlage (mechanisch, biologisch, chemisch gereinigt) und zurück in den Fluss und ins Grundwasser. Trinkwasser – Von der Quelle bis zur Schule Grundwasser & Quelle Rohwasser Wasserwerk 1. Sandfiltration 2. Aktivkohlefiltration 3. Chlorung / Ozonierung 4. UV-Desinfektion → Trinkwasser (sauber) Trinkwasser Schule Trinken · Kochen WC · Reinigung Abwasser Kläranlage 1. Mechanisch: Rechen, Sandfang 2. Biologisch: Bakterien bauen ab 3. Chemisch: Fällung gereinigt Fluss / See Selbstreinigung Versickerung → Grundwasser Wusstest du? Die Schweiz verbraucht ~300 Liter Wasser pro Person & Tag 80 % stammt aus Grundwasser «Wasserschloss Europas» Aufbereitungs-/Kreislaufpfad Wasserfluss Versickerung
Abb.: Trinkwasserkreislauf – Aufbereitung im Wasserwerk, Nutzung in der Schule, Reinigung in der Kläranlage und Rückführung ins Grundwasser.

Wasserverschmutzung – unsichtbare Gefahren

Viele Schadstoffe im Wasser sind mit blossem Auge nicht sichtbar. Zu den grössten Problemen gehören:

Die Schweiz – das Wasserschloss Europas

Die Schweiz verfügt über grosse Süsswasserreserven. Rhein, Rhone, Inn und Tessin entspringen in den Schweizer Alpen und versorgen halb Europa mit Wasser. Rund 80 % des Schweizer Trinkwassers stammen aus Grundwasser und Quellen – von hervorragender Qualität. Dennoch ist Grundwasserschutz wichtig: In landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten (z. B. Mittelland) wurden erhöhte Konzentrationen von Pestizid-Abbauprodukten gemessen. Weltweit haben über 2 Milliarden Menschen keinen sicheren Zugang zu sauberem Trinkwasser. Meerwasserentsalzung (z. B. durch Umkehrosmose) ist eine chemisch-technische Lösung, die aber viel Energie benötigt.

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Experiment: Einen Wasserfilter bauen

Fragestellung

Wie können wir verschmutztes Wasser mit einfachen Mitteln reinigen? Welche Filterschichten entfernen welche Verunreinigungen?

Material

  • 1 grosse PET-Flasche (1,5 L)
  • Schere oder Cutter
  • Watte (Baumwollwatte)
  • Feiner Sand
  • Grober Kies (gewaschen)
  • Aktivkohle (aus der Apotheke oder Tierhandlung)
  • Becherglas oder Auffanggefäss
  • Schmutziges Wasser (z. B. mit Erde, Blättern, Tinte)

Durchführung

  1. Schneide die PET-Flasche unterhalb der Schulter durch. Der obere Teil (mit Deckel) wird umgedreht und dient als Trichter.
  2. Entferne den Deckel nicht (oder bohre ein kleines Loch hinein), damit das Wasser langsam durchfliesst.
  3. Schichte die Filtermaterialien von unten nach oben in den Trichter:
    • Unterste Schicht: Watte (ca. 2 cm) – hält feine Partikel zurück
    • Zweite Schicht: Aktivkohle (ca. 3 cm) – adsorbiert gelöste Schadstoffe und Farbstoffe
    • Dritte Schicht: Feiner Sand (ca. 5 cm) – filtert Schwebstoffe
    • Oberste Schicht: Grober Kies (ca. 3 cm) – hält grobe Verunreinigungen zurück
  4. Stelle den Trichter auf das Auffanggefäss.
  5. Giesse langsam das schmutzige Wasser in den Filter und beobachte.
  6. Lass das Wasser mehrmals durch den Filter laufen (2–3 Durchgänge).
Sicherheit: Das gefilterte Wasser ist NICHT trinkbar! Es wurde nur mechanisch gereinigt, aber nicht desinfiziert (Bakterien können noch vorhanden sein).

Beobachtung und Auswertung

Beobachtung Notizen
Farbe des Wassers vorher
Farbe des Wassers nachher
Trübung vorher / nachher
Geruch vorher / nachher
Verbesserung nach 2. Durchgang?
Welche Schicht hat am meisten bewirkt?

Auswertungsfragen

  1. Welche Filterschicht entfernt die groben Verunreinigungen? Welche die feinen?
  2. Was ist die Aufgabe der Aktivkohle? Warum ist sie besonders wichtig?
  3. Warum ist das gefilterte Wasser trotzdem nicht trinkbar?
  4. Vergleiche deinen Filter mit der Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk. Welche Schritte fehlen?
  5. Bezug zu Kapitel 2: Welches Trennverfahren wendest du beim Filtern an? Nenne den Fachbegriff.

Aufgaben zu 6.3

6.3a★ WISSEN Beschreibe den Wasserkreislauf in vier Schritten. Verwende dabei die Begriffe: Verdunstung, Wolkenbildung, Niederschlag, Abfluss.
6.3b★ WISSEN Wie viel Prozent des gesamten Wassers auf der Erde ist direkt als Trinkwasser verfügbar? Nenne vier Verfahren der Trinkwasseraufbereitung.
6.3c★★ VERSTEHEN Erkläre für jedes der vier Verfahren der Trinkwasseraufbereitung, welche Art von Verunreinigung es entfernt und auf welchem Prinzip es beruht.
6.3d★★★ ANWENDEN E/P In deinem Experiment hast du einen Wasserfilter gebaut. Vergleiche deinen Filter mit der Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk. Welche Schritte fehlen in deinem Filter? Warum ist das gefilterte Wasser trotzdem nicht trinkbar?
6.3e★★★★ ANALYSIEREN P Mikroplastik, Medikamentenrückstände und Nitrat sind «unsichtbare» Schadstoffe im Wasser. Wähle einen dieser Schadstoffe und analysiere: Woher kommt er, warum ist er problematisch, und welche Massnahmen könnten helfen, ihn zu reduzieren? Berücksichtige sowohl technische als auch persönliche Handlungsmöglichkeiten.

6.4 Der Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff (C) ist das zentrale Element des Lebens. Alle organischen Verbindungen – Zucker, Fette, Proteine, DNA – enthalten Kohlenstoff. Aber Kohlenstoff kommt nicht nur in Lebewesen vor, sondern auch in der Atmosphäre (als CO2), in den Ozeanen (als gelöstes CO2 und Carbonat), im Boden (als Humus) und tief in der Erde (als Kohle, Erdöl, Erdgas und Kalkstein). Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt, wie Kohlenstoff zwischen diesen verschiedenen «Speichern» (auch Reservoirs genannt) ausgetauscht wird.

Fotosynthese – CO2 wird aufgenommen

Grüne Pflanzen, Algen und Cyanobakterien betreiben Fotosynthese. Sie nehmen Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft und Wasser (H2O) auf und wandeln diese mithilfe von Lichtenergie in Glucose (Traubenzucker, C6H12O6) und Sauerstoff (O2) um:

6 CO2 + 6 H2O  ⟶  C6H12O6 + 6 O2

(Kohlenstoffdioxid + Wasser → Glucose + Sauerstoff) — Lichtenergie wird benötigt

Zellatmung – CO2 wird freigesetzt

Alle Lebewesen – Pflanzen, Tiere, Pilze, Bakterien, auch wir Menschen – betreiben Zellatmung. Dabei wird Glucose unter Verbrauch von Sauerstoff zu CO2 und Wasser abgebaut. Die dabei freiwerdende Energie nutzen die Zellen für ihre Lebensprozesse:

C6H12O6 + 6 O2  →  6 CO2 + 6 H2O + Energie

(Glucose + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser + Energie)

Fotosynthese und Zellatmung sind also Gegenreaktionen: Was die eine Reaktion aufnimmt, setzt die andere frei. In einem natürlichen Gleichgewicht halten sie sich die Waage.

Verbrennung fossiler Brennstoffe – zusätzliches CO2

Wenn wir fossile Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) verbrennen, setzen wir Kohlenstoff frei, der Millionen Jahre lang tief in der Erde gespeichert war. Dieses «uralte» CO2 kommt zusätzlich zum natürlichen Kreislauf in die Atmosphäre – und genau das ist das Problem. Die Verbrennung ist eine Oxidation, die du aus Kapitel 4 kennst. Die Menge an CO2 in der Atmosphäre steigt seit der Industrialisierung (ca. 1850) stetig an.

Kohlenstoff-Senken

Kohlenstoff-Senken sind natürliche Speicher, die CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen:

Der Kohlenstoffkreislauf – Interaktive Illustration

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Kohlenstoffkreislauf Illustration des Kohlenstoffkreislaufs: Photosynthese bindet CO₂ aus der Atmosphäre, Atmung und Verbrennung setzen CO₂ frei, Ozeane speichern Kohlenstoff, fossile Brennstoffe geben beim Verbrennen langfristig gespeichertes CO₂ in die Atmosphäre zurück. Atmosphäre — CO₂ (~420 ppm, steigend) Pflanzen Tiere & Menschen Verbrennung Boden & Humus (Zersetzung durch Mikroorganismen) Fossile Speicher Kohle · Erdöl · Erdgas (Millionen Jahre alt) Ozeane (grösster CO₂-Speicher) Fotosynthese Zellatmung Verbrennung Nahrungskette Absterben Mio. Jahre Förderung CO₂-Aufnahme Atmung Zersetzung
Hefteintrag: Der Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff (C) kommt vor in: Atmosphäre (CO₂), Lebewesen, Boden, Ozeanen, fossilen Lagerstätten.

Fotosynthese (CO₂ wird aufgenommen):

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Zellatmung (CO₂ wird freigesetzt):

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie

Problem: Verbrennung fossiler Brennstoffe setzt zusätzliches CO₂ frei

→ Natürlicher Kreislauf gerät aus dem Gleichgewicht → Treibhauseffekt verstärkt

Kohlenstoff-Senken: Ozeane, Wälder, Boden (nehmen CO₂ auf)

Aufgaben zu 6.4

6.4a★ WISSEN Nenne die fünf wichtigsten Kohlenstoff-Reservoirs (Speicher) und gib für jedes ein Beispiel an, in welcher chemischen Form der Kohlenstoff dort vorliegt.
6.4b★ WISSEN Schreibe die Reaktionsgleichungen für die Fotosynthese und die Zellatmung auf. Benenne die Edukte und Produkte beider Reaktionen.
6.4c★★ VERSTEHEN Erkläre den Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung. Warum werden sie als «Gegenreaktionen» bezeichnet? Was bedeutet das für den natürlichen Kohlenstoffkreislauf?
6.4d★★★ ANWENDEN E/P Zeichne den Kohlenstoffkreislauf und beschrifte alle wichtigen Stationen (Atmosphäre, Pflanzen, Tiere, Boden, fossile Speicher, Ozeane). Markiere mit grünen Pfeilen, wo CO2 aufgenommen wird, und mit roten Pfeilen, wo es freigesetzt wird.
6.4e★★★★★ ERSCHAFFEN P Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre ist von 280 ppm (vor der Industrialisierung) auf über 420 ppm gestiegen. Entwickle einen Vorschlag, wie man die Kohlenstoff-Senken (Ozeane, Wälder, Boden) stärken könnte. Berücksichtige dabei sowohl naturbasierte Lösungen als auch technische Ansätze und bewerte deinen Vorschlag hinsichtlich Machbarkeit.

Lückentext: Kohlenstoffkreislauf

Pflanzen nehmen aus der Luft auf und wandeln es in Glucose um.

Diesen Vorgang nennt man .

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird der gespeicherte freigesetzt.

Der natürliche Kohlenstoffkreislauf ist durch menschliche Aktivitäten aus dem geraten.

6.5 Fossile Brennstoffe und Klimawandel

Die chemische Reaktion der Verbrennung

Fossile Brennstoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen – Molekülen, die nur aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) aufgebaut sind. Bei der Verbrennung reagieren sie mit Sauerstoff (O2). Die allgemeine Reaktionsgleichung lautet (vereinfacht für Methan als Beispiel):

CH4 + 2 O2  →  CO2 + 2 H2O + Energie

(Methan + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser + Energie)

Bei jeder vollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs entstehen immer CO2 und H2O. Dies ist eine exotherme Reaktion – es wird Energie frei (Wärme und Licht), wie du in Kapitel 4 gelernt hast.

Der Treibhauseffekt

Die Erde wird von der Sonne erwärmt. Ein Teil dieser Wärme strahlt als Infrarotstrahlung zurück ins Weltall. Bestimmte Gase in der Atmosphäre – sogenannte Treibhausgase – absorbieren einen Teil dieser Wärmestrahlung und strahlen sie zurück zur Erdoberfläche. Die wichtigsten Treibhausgase sind:

Der natürliche Treibhauseffekt ist lebenswichtig: Ohne ihn wäre die Durchschnittstemperatur der Erde bei eisigen −18 °C statt angenehmen +15 °C. Das Problem ist der verstärkte Treibhauseffekt: Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und andere menschliche Aktivitäten steigt die Konzentration der Treibhausgase. Die Folge: Die Erde erwärmt sich zusätzlich.

Folgen des Klimawandels

Alternativen zu fossilen Brennstoffen

Um den Klimawandel zu begrenzen, müssen wir den Verbrauch fossiler Brennstoffe drastisch reduzieren. Alternativen sind:

Vertiefung: Wasserstoff – der Energieträger der Zukunft?

Wasserstoff (H2) gilt als einer der vielversprechendsten Energieträger der Zukunft. Und das aus einem einfachen chemischen Grund: Bei seiner Verbrennung entsteht ausschliesslich Wasser – kein CO2, kein Feinstaub, kein Russ:

2 H2 + O2  →  2 H2O + Energie

Wasserstoff kann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden – in Autos, Bussen, Zügen und sogar Flugzeugen. In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff kontrolliert mit Sauerstoff und erzeugt dabei direkt elektrische Energie, ohne Verbrennung. Der Wirkungsgrad ist höher als bei einem Verbrennungsmotor.

Doch es gibt eine wichtige Herausforderung: Woher kommt der Wasserstoff? H2 kommt auf der Erde kaum in freier Form vor – er muss erst hergestellt werden. Die umweltfreundlichste Methode ist die Elektrolyse von Wasser: Wasser wird mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt (2 H2O → 2 H2 + O2). Wenn dieser Strom aus erneuerbaren Quellen (Solar, Wind, Wasser) stammt, spricht man von «grünem Wasserstoff». Leider wird heute der meiste Wasserstoff noch aus Erdgas gewonnen («grauer Wasserstoff»), wobei CO2 entsteht. Erst wenn die Produktion von grünem Wasserstoff wirtschaftlich und in grossem Massstab möglich wird, kann Wasserstoff sein volles Potential als klimaneutraler Energieträger entfalten.

Fossile vs. Erneuerbare Energieträger

Erdöl, Erdgas und Kohle

Fossile Brennstoffe sind über Millionen von Jahren aus abgestorbenen Organismen entstanden. Ihre Vorräte sind endlich – sie werden schneller verbraucht, als sie sich nachbilden können. Bei ihrer Verbrennung wird CO2 freigesetzt, das über Jahrmillionen im Untergrund gespeichert war. Dies verstärkt den Treibhauseffekt und trägt massgeblich zum Klimawandel bei.

Erneuerbare Energien

Solar-, Wind-, Wasser- und Biomasseenergie regenerieren sich fortlaufend. Sie sind praktisch unerschöpflich und verursachen bei der Nutzung einen deutlich geringeren CO2-Fussabdruck als fossile Energieträger. In der Schweiz stammt bereits ein grosser Teil des Stroms aus Wasserkraft.

Warum der Umstieg so wichtig ist

Der verstärkte Treibhauseffekt durch fossile Brennstoffe führt zum Klimawandel mit gravierenden Folgen: schmelzende Gletscher, steigende Meeresspiegel, häufigere Extremwetter. Das international vereinbarte 2-Grad-Ziel begrenzt die Erderwärmung. Die Schweizer Energiestrategie 2050 setzt auf den schrittweisen Ausstieg aus fossilen Energien und den Ausbau erneuerbarer Quellen.

Aufgaben zu 6.5

6.5a★ WISSEN Was entsteht bei der vollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs? Schreibe die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan (CH4) auf.
6.5b★ WISSEN Nenne vier Treibhausgase und gib jeweils an, woher sie hauptsächlich stammen.
6.5c★★ VERSTEHEN Unterscheide den natürlichen Treibhauseffekt vom verstärkten Treibhauseffekt. Warum ist der natürliche Treibhauseffekt lebensnotwendig, während der verstärkte problematisch ist?
6.5d★★★ ANWENDEN E/P Die Schweizer Gletscher haben seit 1850 über 60 % ihres Volumens verloren. Erkläre die Ursache-Wirkungs-Kette: Wie führt die Verbrennung von Erdgas in einer Heizung letztendlich zur Gletscherschmelze? Benenne jeden Schritt.
6.5e★★★★ ANALYSIEREN P Wasserstoff wird als «Energieträger der Zukunft» bezeichnet. Analysiere die Vor- und Nachteile von Wasserstoff gegenüber fossilen Brennstoffen. Berücksichtige dabei: die chemische Reaktion bei der Verbrennung, die Herstellungsmethoden (grüner vs. grauer Wasserstoff) und die Energiebilanz.

6.6 Recycling, Kreislaufwirtschaft und Green Chemistry

Linear vs. Kreislauf

Die bisherige Wirtschaft funktioniert oft nach dem Prinzip «Produzieren → Nutzen → Wegwerfen» – ein lineares Modell, das enorme Mengen an Rohstoffen verbraucht und Abfall erzeugt. Die Kreislaufwirtschaft verfolgt ein anderes Ziel: Materialien sollen möglichst lange im Kreislauf gehalten werden. Statt Abfall zu produzieren, wird er als Rohstoff für neue Produkte genutzt. Das schliesst den Kreislauf.

Chemische Trennverfahren im Recycling

Recycling basiert auf denselben Trennverfahren, die du in Kapitel 2 kennengelernt hast! Beim Sortieren von Abfällen werden etwa Magnetabscheider für Eisen, Wirbelstromabscheider für Aluminium, Flotation für Kunststoffe und Destillation für Lösungsmittel eingesetzt. Die Chemie liefert die Werkzeuge für effizientes Recycling.

PET-Recycling in der Schweiz

Die Schweiz ist beim PET-Recycling Weltspitze: Über 83 % aller PET-Getränkeflaschen werden gesammelt und recycelt. Die leeren Flaschen werden sortiert, zerkleinert, gewaschen und eingeschmolzen. Aus dem so gewonnenen PET-Granulat (rPET) werden neue Flaschen, Textilfasern (Fleece-Jacken!), Folien oder Verpackungen hergestellt. Eine PET-Flasche kann so mehrfach im Kreislauf geführt werden.

Vertiefung: Recycling in der Schweiz – Wie PET-Flaschen ein neues Leben bekommen

Jeden Tag werden in der Schweiz rund 3,5 Millionen PET-Flaschen verkauft. Über 83 % davon finden ihren Weg zurück in die Sammelstellen bei Supermärkten, Bahnhöfen und in Gemeinden. Doch was passiert dann mit den leeren Flaschen? Zunächst werden sie in grossen Sortieranlagen nach Farbe und Material getrennt. Dann werden sie geschreddert – das heisst, sie werden in kleine Flocken zerkleinert. Diese Flocken werden gründlich gewaschen, um Etikettenreste, Kleber und Verschmutzungen zu entfernen. Danach werden die sauberen PET-Flocken eingeschmolzen und zu kleinen Kügelchen geformt, dem sogenannten Granulat.

Aus diesem Granulat werden nun neue Produkte hergestellt: neue PET-Flaschen (Flasche-zu-Flasche-Recycling), Textilfasern für Fleece-Jacken und Sporttrikots, Folien für Verpackungen oder sogar Füllmaterial für Kissen. Es braucht etwa 25 recycelte PET-Flaschen, um genug Material für ein Fleece-Shirt zu gewinnen. Das Besondere an der Schweiz: Das PET-Recycling wird durch ein freiwilliges System finanziert, das ohne gesetzliche Pfandpflicht funktioniert – und trotzdem weltweit Spitzenwerte erreicht.

Weitere Recycling-Formen

Upcycling vs. Downcycling

Nicht jedes Recycling ist gleich wertvoll. Beim Upcycling wird ein Material zu einem höherwertigen Produkt verarbeitet (z. B. aus einer PET-Flasche wird ein Fleece-Pullover). Beim Downcycling sinkt die Qualität des Materials bei jedem Durchlauf (z. B. hochwertiges Schreibpapier wird zu Karton, dann zu Eierkarton). Das Ziel der Kreislaufwirtschaft ist es, möglichst viel Upcycling und echtes Recycling zu ermöglichen.

Nachhaltigkeit und Green Chemistry

Nachhaltigkeit bedeutet, die Bedürfnisse der heutigen Generation zu befriedigen, ohne die Möglichkeiten zukünftiger Generationen zu gefährden. In der Chemie gibt es dafür einen eigenen Ansatz: die Green Chemistry (Grüne Chemie). Sie formuliert Prinzipien, wie chemische Prozesse umweltfreundlicher gestaltet werden können. Hier sind drei besonders wichtige Prinzipien, die auch Einsteiger verstehen können:

Drei Prinzipien der Green Chemistry

1. Abfall vermeiden statt entsorgen: Es ist besser, einen chemischen Prozess so zu gestalten, dass von Anfang an möglichst wenig Abfall entsteht, als den Abfall nachher aufwendig zu entsorgen. Ein Beispiel: Katalysatoren ermöglichen Reaktionen mit weniger Nebenprodukten.

2. Ungiftige Stoffe bevorzugen: Wo immer möglich, sollen ungiftige und umweltverträgliche Chemikalien verwendet werden. Statt giftiger Lösungsmittel kann man oft Wasser oder CO2 als überkritisches Fluid einsetzen. Statt gefährlicher Pestizide gibt es biologische Alternativen.

3. Energie sparen bei chemischen Prozessen: Viele chemische Reaktionen erfordern hohe Temperaturen oder hohen Druck – das kostet viel Energie. Durch bessere Katalysatoren und clevere Verfahren kann der Energieverbrauch gesenkt werden.

Was kann ICH tun?

Auch als Schülerin oder Schüler kannst du einen Beitrag leisten. Hier sind konkrete Ideen:

Merke: Nachhaltigkeit ist kein Verzicht

Nachhaltigkeit bedeutet nicht, auf alles zu verzichten. Es bedeutet, klüger mit unseren Ressourcen umzugehen. Die Chemie bietet dafür viele Lösungen: bessere Materialien, effizientere Prozesse, innovative Recycling-Verfahren und erneuerbare Energien. Du als zukünftige Generation hast die Chance, diese Lösungen weiterzuentwickeln!

Aufgaben zu 6.6

6.6a★ WISSEN Was bedeutet «Recycling»? Nenne drei Materialien, die in der Schweiz recycelt werden, und beschreibe kurz, wie der Recycling-Prozess jeweils abläuft.
6.6b★ WISSEN Erkläre den Unterschied zwischen Upcycling und Downcycling. Gib für jedes ein konkretes Beispiel aus dem Alltag an.
6.6c★★ VERSTEHEN Erkläre den Unterschied zwischen der linearen Wirtschaft und der Kreislaufwirtschaft. Warum ist das lineare Modell langfristig nicht tragbar? Verwende den Weg einer PET-Flasche als Beispiel.
6.6d★★★ ANWENDEN E/P Die drei Prinzipien der Green Chemistry lauten: Abfall vermeiden, ungiftige Stoffe bevorzugen, Energie sparen. Wähle ein Alltagsprodukt (z. B. Waschmittel, Verpackung, Batterie) und entwickle Vorschläge, wie es nach diesen Prinzipien verbessert werden könnte.
6.6e★★★★ ANALYSIEREN P «Ein Smartphone enthält über 30 Elemente.» Recherchiere fünf Elemente, die in Smartphones verbaut sind, und gib für jedes an: In welchem Bauteil es steckt, woher der Rohstoff kommt und ob er recycelt werden kann. Diskutiere: Warum ist «Urban Mining» bei Elektronikschrott besonders wichtig?
6.6f ★★★★★ ERSCHAFFEN P Entwirf ein Konzept für das Recycling von alten Smartphones in eurer Klasse. Welche Bauteile werden wiederverwendet, welche fachgerecht entsorgt? Erstelle einen Schritt-für-Schritt-Plan, der erklärt, wie die wertvollen Rohstoffe (Lithium, Gold, seltene Erden) zurückgewonnen werden könnten, und nenne drei chemische Trennverfahren, die dabei zum Einsatz kommen.

6.7 Materialien im Kreislauf – fünf Stoffe im Vergleich

Hinter jedem Material steckt eine Geschichte: Woher kommt es? Was wird daraus gemacht? Kann es recycelt werden? Und wie viel Energie kostet das? Klappe die fünf Karten auf und vergleiche.

Allgemeiner Stoffkreislauf: Extraktion, Produktion, Nutzung, Recycling, Wiederverwendung Kreisdiagramm mit fünf verbundenen Phasen im Uhrzeigersinn: Extraktion (Rohstoffgewinnung), Produktion (Verarbeitung), Nutzung (Gebrauch), Recycling (Aufbereitung), Wiederverwendung (neues Produkt). Pfeile zeigen den Kreislauf. Stoffkreislauf – Cradle to Cradle 1. Extraktion Rohstoffgewinnung 2. Produktion Verarbeitung 3. Nutzung Gebrauch, Konsum 4. Recycling Aufbereitung 5. Wieder- verwendung Abfall (linear)

Abb. 6.7a: Im Kreislaufmodell (Cradle to Cradle) wird Abfall zum Rohstoff. Das lineare Modell endet im Abfall (gestrichelt).

Stoffstromanalyse: Input, Prozess, Output und Abfall Schema zeigt einen Produktionsprozess mit drei Boxen: Input (Rohstoffe, Energie, Wasser), Prozess (Produktion/Verarbeitung) und Output (Produkt, Abwärme). Unten: Abfall/Verluste als senkrechter Pfeil nach unten. Stoffstromanalyse INPUT Rohstoffe Energie Wasser PROZESS Produktion Verarbeitung OUTPUT Produkt Abwärme Abfall / Verluste

Abb. 6.7b: Stoffstromanalyse – In einem idealen Kreislauf werden Abfälle minimiert und als neuer Input zurückgeführt.

♻ Aluminium

Gewinnung

Aluminium steckt im Mineral Bauxit, das vor allem in Australien, Guinea, Brasilien und Jamaika abgebaut wird. Pro Tonne Aluminium werden etwa 4–5 Tonnen Bauxit benötigt. Zuerst wird das Bauxit nach dem Bayer-Verfahren zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufbereitet. Dann folgt die energieintensive Schmelzflusselektrolyse: Mit elektrischem Strom wird das Aluminiumoxid bei 960 °C in reines Aluminium (Al) zerlegt. Die Umweltbelastung durch den Abbau ist erheblich – tropische Regenwälder werden gerodet.

Nutzung

Aluminium ist leicht (Dichte: 2,7 g/cm³), formbar und korrosionsbeständig. Deshalb findet es sich überall: in Getränkedosen und Alufolie, im Flugzeugbau (Rumpf, Flügel), in Autoteilen, in Fensterprofilen, Fahrradrahmen und Verpackungsfolien. Auch Smartphone-Gehäuse und Laptop-Schalen bestehen oft aus Aluminium-Legierungen. Weltweit werden jährlich über 65 Millionen Tonnen Primär-Aluminium produziert.

Rückführung

Aluminium ist eines der besten recycelbaren Materialien überhaupt: Es lässt sich ohne Qualitätsverlust beliebig oft einschmelzen. Alte Dosen, Alufolie und Bauteile werden gesammelt, sortiert, gereinigt und bei etwa 700 °C eingeschmolzen. Das Recycling-Aluminium (Sekundäraluminium) ist qualitativ identisch mit Primäraluminium. Die Schweiz hat eine Recyclingquote von rund 91 % für Aluminium-Verpackungen.

Energieaufwand

Primäraluminium braucht enorm viel Strom: ca. 14–15 kWh pro Kilogramm (entspricht dem Strom eines Haushalts für drei Tage). Recycling-Aluminium benötigt nur 0,7 kWh/kg – eine Ersparnis von 95 %. Das macht Aluminium-Recycling zu einem der effizientesten Recyclingprozesse der Welt. Deshalb lohnt es sich immer, leere Dosen und Alufolie in die Aluminium-Sammelstelle zu geben.

🧴 Kunststoff (PET)

Gewinnung

Kunststoffe wie PET (Polyethylenterephthalat) basieren auf Erdöl, einem fossilen Rohstoff. Das Rohöl wird in Raffinerien durch fraktionierte Destillation aufgetrennt. Bestimmte Fraktionen werden anschliessend geknackt (Cracken) und zu Monomeren verarbeitet. Diese Monomere – z. B. Ethylen oder Terephthalsäure – werden in langen Ketten zu Polymeren verbunden (Polymerisation). Für 1 kg PET werden etwa 1,9 kg Rohöl benötigt.

Nutzung

PET ist der meistverwendete Kunststoff für Getränkeflaschen. Er ist leicht, bruchsicher, hygienisch und gasdicht – ideal für kohlensäurehaltige Getränke. Aber PET steckt auch in Fleece-Textilien, Verpackungsfolien, Lebensmittelbehältern und Medizinprodukten. In der Schweiz kommen täglich 3,5 Millionen PET-Flaschen in den Verkehr.

Rückführung

PET ist gut recyclebar: Flaschen werden gesammelt, sortiert, geschreddert (PET-Flocken), gewaschen und eingeschmolzen zu rPET-Granulat. Daraus entstehen neue Flaschen (Flasche-zu-Flasche), Fleece-Jacken (aus 25 Flaschen entsteht ein Fleece-Shirt) oder Verpackungsfolien. Die Schweizer PET-Recyclingquote liegt bei über 83 % – Weltspitze. Beim mechanischen Recycling kann die Qualität mit jedem Durchgang leicht sinken (Downcycling).

Energieaufwand

Die Produktion von 1 kg Primär-PET erzeugt etwa 2,3 kg CO₂. Recycling-PET produziert nur ca. 0,6 kg CO₂/kg – eine CO₂-Einsparung von rund 75 %. Beim Recycling wird auch keine neue fossile Ressource verbraucht, was den ökologischen Fussabdruck deutlich senkt. Chemisches Recycling (Depolymerisation) kann sogar die Qualität vollständig erhalten, ist aber noch teurer.

🫙 Glas

Gewinnung

Glas besteht hauptsächlich aus Quarzsand (SiO₂), Soda (Na₂CO₃) und Kalk (CaCO₃). Quarzsand ist in der Schweiz und Europa ausreichend verfügbar. Das Gemisch wird bei ca. 1500 °C in Glasschmelzöfen erschmolzen und zu Flaschen, Gläsern oder Fensterscheiben geformt. Die Rohstoffe sind mineralisch und praktisch unbegrenzt verfügbar – das grosse Problem ist der hohe Energiebedarf beim Schmelzen.

Nutzung

Glas ist chemisch inert, geschmacksundurchlässig und leicht zu reinigen. Es wird für Getränkeflaschen, Konservengläser, Fensterscheiben, Laborgeräte, Brillengläser und Glasfaserkabel genutzt. Besonders im Lebensmittelbereich ist Glas wegen seiner neutralen Eigenschaften beliebt. Ein Nachteil: Glas ist schwer und zerbrechlich, was den Transport teuer macht.

Rückführung

Altglas wird nach Farbe sortiert (weiss, grün, braun), in Schmelzöfen bei über 1500 °C eingeschmolzen und zu neuen Produkten geformt. Glas ist theoretisch unendlich recyclebar ohne Qualitätsverlust. Die Schweizer Glasrecyclingquote liegt bei 95 %. Nicht recyclebar: Spiegel (Metallbeschichtung), Fensterglas (andere Zusammensetzung), hitzebeständiges Glas (z. B. Backformen).

Energieaufwand

Primärglas braucht etwa 5–8 kWh/kg. Beim Recycling sinkt der Energiebedarf um ca. 25–30 %, weil die Scherben schneller schmelzen als die Rohmischung. Zudem spart jede Tonne Altglas etwa 1,2 Tonnen Rohstoffe. Im Vergleich zu Aluminium ist die Energieersparnis durch Glas-Recycling kleiner, der Kreislauf funktioniert aber ebenfalls hervorragend.

📰 Papier

Gewinnung

Papier wird aus Cellulosefasern hergestellt, die hauptsächlich aus Holz gewonnen werden. Holzchips werden chemisch (Sulfit- oder Sulfatverfahren) oder mechanisch aufgeschlossen, um die Fasern zu trennen. Der entstehende Zellstoff wird gebleicht, gemahlen, auf einem Papiersieb ausgebreitet, gepresst und getrocknet. Für 1 kg Frischfaserpapier werden ca. 2,4 kg Holz und 10–20 Liter Wasser benötigt. Forstbewirtschaftung ist entscheidend für die Nachhaltigkeit.

Nutzung

Papier und Karton sind allgegenwärtig: Bücher, Zeitungen, Schulhefte, Verpackungen, Hygienepapier, Briefumschläge. Weltweit werden jährlich über 400 Millionen Tonnen Papier produziert. Besonders problematisch: Thermopapier (Kassenbons) ist mit BPA oder BPS beschichtet – Chemikalien, die das Hormonsystem beeinflussen können – und deshalb nicht recyclebar.

Rückführung

Altpapier wird im Wasser zu einem Faserbrei aufgelöst, dann durch De-Inking (Entfernen der Druckfarbe) gereinigt, auf dem Sieb neu geformt und getrocknet. Papierfasern verkürzen sich mit jedem Recyclingdurchgang und können etwa 5–7 Mal recycelt werden. Danach sind sie zu kurz und werden zu Kompost oder in der Energiegewinnung eingesetzt. Die Schweizer Altpapier-Sammelquote liegt bei ca. 79 %.

Energieaufwand

Recyclingpapier verbraucht im Vergleich zu Frischfaserpapier etwa 60 % weniger Energie, ca. 30 % weniger CO₂ und rund 70 % weniger Wasser. Das Holzfällen entfällt, der Zellstoffaufschluss entfällt. Zudem schützt Recyclingpapier den Wald: Eine Tonne Altpapier ersetzt 1,5 Tonnen Holz. Trotzdem hat Recyclingpapier leichte Qualitätsunterschiede zu Frischfaserpapier (weniger weiss, weniger reissfest).

🔋 Lithium

Gewinnung

Lithium ist das leichteste Metall und wird hauptsächlich aus Salzseesolen (Lithium-Dreieck: Chile, Argentinien, Bolivien) oder aus Hartgestein (Australien) gewonnen. Bei der Solengewinnung wird lithiumhaltige Salzlake in Verdunstungsbecken geleitet, konzentriert und chemisch weiterverarbeitet. Pro Tonne Lithium werden 750 000 Liter Wasser verdampft – in einer der trockensten Regionen der Welt, was zu ernsthaften Wasserknappheitsproblemen für die Bevölkerung führt.

Nutzung

Lithium ist der entscheidende Rohstoff für Lithium-Ionen-Batterien in Smartphones, Laptops, Elektroautos und Heimspeichern. Ein Elektroauto-Akku enthält 8–20 kg Lithium. Mit dem Boom der Elektromobilität explodiert die Lithium-Nachfrage: Bis 2040 wird ein Anstieg um das 40-fache erwartet. Daneben findet Lithium Verwendung in der Psychiatrie (Lithiumsalze als Medikament) und in Speziallegierungen.

Rückführung

Lithium-Recycling steckt noch in den Kinderschuhen: Aktuell werden weniger als 5 % des weltweit verwendeten Lithiums zurückgewonnen. Die Batterien werden zwar gesammelt, aber das Recyclingverfahren ist komplex und energieintensiv. Methoden wie hydrometallurgisches Recycling (Lösen in Säuren) oder direktes Recycling (Struktur erhalten) sind in Entwicklung. Bis 2030 schreibt die EU eine Mindestquote von 50 % für das Lithium-Recycling vor.

Energieaufwand

Die Lithium-Gewinnung ist sehr energieintensiv: Allein der Transportaufwand aus Südamerika oder Australien sowie die chemische Aufbereitung erzeugen einen hohen CO₂-Fussabdruck. Recycling könnte den Energieaufwand um 60–80 % senken. Ein grosses Problem: viele alte Lithium-Batterien landen im Restmüll – obwohl sie Brandgefahr darstellen. Deshalb gehören Akkus grundsätzlich zur Sammelstelle (Migros, Coop, Verkaufsstellen).

6.8 Wohin damit? – Recycling-Entscheidung

In welche Tonne gehört was? Nicht immer ist es offensichtlich. Klicke auf die Karten, um die Lösung zu entdecken!

🥛 Joghurtbecher
(Kunststoff, gereinigt)
Gelber Sack / Kunststoffsammlung
Polystyrol oder Polypropylen – gehört in den Gelben Sack oder die Kunststoffsammlung. Vorher ausspülen! Deckel drauf lassen.
🧾 Kassenzettel
(Thermopapier)
Restmüll
Thermopapier ist mit BPA oder BPS beschichtet (endokrine Disruptoren). Es verunreinigt das Altpapier und ist deshalb nicht recyclebar. Immer in den Restmüll.
🛍 Plastiktüte
(LDPE-Folie)
Kunststoffsammlung / Gelber Sack
Plastiktüten bestehen aus LDPE (Low-Density-Polyethylen). In der Schweiz gibt es Rückgabestellen in Supermärkten. Sauber und trocken abgeben!
🧴 PET-Flasche mit Verschluss
(PET + PP-Deckel)
PET-Sammlung – Deckel drauf lassen!
PET-Flaschen werden in der Schweiz separat gesammelt. Den Plastikdeckel (PP) drauflassen – er wird in der Sortieranlage getrennt. Bitte leeren und andrücken.
🍕 Pizzakarton mit Fettflecken
(Karton)
Restmüll
Fett und Lebensmittelreste im Karton verunreinigen die Papierfaser und machen das gesamte Recyclat unbrauchbar. Stark verschmutzte Kartons gehören in den Restmüll – saubere Teile können abgerissen werden.
🔋 Akku / Batterie
(Lithium, Alkali)
Sammelstelle (Inobat / SEP)
Batterien und Akkus enthalten giftige Schwermetalle und Brandrisiko. Sie gehören zur kostenlosen Rückgabe im Handel (Migros, Coop, Interdiscount). Nie in den Haushaltsmüll!
☕ Kaffeekapsel Aluminium
(Alu + Kaffeereste)
Aluminium-Recycling (Herstellerrücknahme)
Nespresso und andere Hersteller bieten kostenlose Rücknahme an. Kapseln leeren, trocknen und zur Sammelstelle bringen. Sonst: Restmüll (Verbundmaterial).
🍾 Glasflasche
(Braunglas)
Altglascontainer – nach Farbe sortiert!
Braunglas in braun, Grünglas in grün, Klarglas in weiss. Bitte nie Spiegeln, Fensterglas, Kristall oder Keramik dazuwerfen. Deckel aus Metall separat entsorgen.
📰 Zeitung
(Zeitungspapier)
Altpapier
Zeitungen und Zeitschriften gehören in die Altpapiersammlung. Nicht nass werden lassen – nasses Papier wird minderwertig. Zusammenfalten und mit Schnur bündeln oder in Kartonbox.
🥛 Tetra-Pak
(Milchkarton, Verbund)
Sammelstelle Milchkarton / Verbundverpackung
Tetra-Pak besteht aus Papier, Kunststoff und Aluminium (Verbundmaterial). In der Schweiz gibt es spezielle Sammelstellen (z. B. bei Coop). Leeren, flach drücken, sauber abgeben.
🪞 Spiegel
(beschichtetes Glas)
Restmüll
Spiegel haben eine Metallbeschichtung auf der Rückseite (Silber, Chrom). Sie können nicht im Altglascontainer entsorgt werden, da sie den Schmelzprozess stören. Spiegel gehören in den Sperrmüll oder Restmüll.
👶 Einweg-Windel
(Hygieneartikel)
Restmüll
Einwegwindeln bestehen aus Plastik, Cellulosefasern und Superabsorbern – ein Verbundmaterial mit Hygienebelastung. Sie gehören in den Restmüll. Spezielle Windeln-Recyclinganlagen existieren in einigen Ländern, in der Schweiz noch nicht flächendeckend.
RIC Recyclingsymbole 1 bis 7: PET, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS, Other Sieben Dreiecke mit Recycling-Pfeilen und Nummern 1-7. Jedes Symbol zeigt den Kunststofftyp: 1=PET, 2=HDPE, 3=PVC, 4=LDPE, 5=PP, 6=PS, 7=Other. Resin Identification Codes (RIC) – Kunststoff-Recyclingzeichen 1 PET 2 HDPE 3 PVC 4 LDPE 5 PP 6 PS 7 Other 1=PET-Flaschen 2=Shampoo-Flaschen 3=PVC-Rohre 4=Plastikfolien 5=Joghurtbecher 6=Styropor 7=Gemische

Abb. 6.8a: RIC-Codes 1–7 kennzeichnen den Kunststofftyp. Code 1 (PET) und 2 (HDPE) sind am leichtesten recyclebar.

6.9 Energievergleich: Primär vs. Recycling

Wie viel Energie und CO₂ werden beim Recycling wirklich eingespart? Schiebe den Regler und erlebe den Vergleich direkt.

Lebenszyklus-Diagramm: Wiege-zur-Bahre vs. Wiege-zur-Wiege Zwei Pfeile vergleichen lineare Wirtschaft (Wiege zur Bahre: Rohstoff, Produktion, Nutzung, Deponie) mit Kreislaufwirtschaft (Wiege zur Wiege: Rohstoff, Produktion, Nutzung, Recycling zurück zu Rohstoff). Lineares vs. Kreislauf-Lebenszyklusmodell Wiege zur Bahre (linear): Rohstoff Produktion Nutzung Deponie/Abfall Wiege zur Wiege (Kreislauf): Rohstoff Produktion Nutzung Recycling Rohstoffrückführung

Abb. 6.9a: Wiege-zur-Bahre (linear, rot) endet im Abfall. Wiege-zur-Wiege (Kreislauf, grün) führt Materialien zurück in den Produktionsprozess.

50 %

Energieverbrauch: 7,35 kWh/kg

Primär: 14 kWh/kg | Recycling: 0,7 kWh/kg | 95 % Ersparnis durch Recycling

50 %

CO₂-Ausstoss: 1,45 kg CO₂/kg

Primär: 2,3 kg CO₂/kg | Recycling: 0,6 kg CO₂/kg | 75 % CO₂-Ersparnis

50 %

Energieersparnis vs. Frischfaser: 30 %

100 % Altpapier: 60 % weniger Energie, 30 % weniger CO₂, 70 % weniger Wasser

6.10 Rohstoffe und Nachhaltigkeit im Alltag

Chemie steckt überall – in jedem Produkt, das du kaufst, und in jedem Abfall, den du entsorgst. Diese Boxen zeigen dir, was hinter alltäglichen Dingen steckt.

Im Alltag: Was steckt in deinem Handy?

Dein Smartphone enthält über 30 Elemente aus dem Periodensystem. Kobalt (Co) für die Batterie kommt zu 70 % aus der Demokratischen Republik Kongo – oft unter schwierigen Arbeitsbedingungen. Lithium für den Akku stammt aus Salzseeen in Chile und Argentinien. Indium im Touchscreen, Neodym im Lautsprecher und Tantal in den Kondensatoren sind seltene Erden, die in Bergwerken in China oder Afrika abgebaut werden. Ein einziges Smartphone verdeutlicht, wie global vernetzt die Rohstoffversorgung ist – und wie wichtig Recycling wird.

Im Alltag: Fast Fashion und Kleiderkonsum

Die Schweizer Bevölkerung kauft durchschnittlich 30 kg Textilien pro Person und Jahr – und wirft davon knapp die Hälfte nach weniger als zwei Jahren weg. Fast Fashion – billige Kleidung, die schnell unmodern wird – ist ein ökologisches Problem: Die Produktion eines einzigen T-Shirts benötigt ca. 2700 Liter Wasser. Kunstfasern wie Polyester bestehen aus Erdöl. Beim Waschen lösen sich Mikrofasern (Mikroplastik), die ins Abwasser gelangen. Kaufe bewusster: Qualität statt Quantität, Secondhand statt Neu, und bringe alte Kleider zu Texaid oder einem Brockenhaus.

Im Alltag: 8000 Liter Wasser für eine Jeans

Eine einzige Jeans braucht vom Baumwollanbau bis zum fertigen Produkt rund 8000 Liter virtuelles Wasser – das entspricht dem Trinkwasserbedarf einer Person für mehr als 21 Jahre. «Virtuelles Wasser» ist das Wasser, das für die Herstellung eines Produkts verbraucht wurde, aber im Produkt selbst nicht sichtbar ist. Baumwolle ist eine besonders wasserdurstende Pflanze: Das Aralsee-Desaster zeigt, wie die intensive Baumwollbewässerung den zweitgrössten Binnensee der Welt fast austrocknen liess.

Im Alltag: Food-Waste – 33 kg Essen pro Person im Müll

In der Schweiz landen jährlich rund 33 kg Lebensmittel pro Person im Abfall – das ist jedes dritte Lebensmittel, das produziert wird. Weltweit ist Food-Waste für ca. 8 % der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die Produktion von Nahrungsmitteln verbraucht enorme Mengen Wasser, Energie, Dünger und Land. Wenn das Essen weggeworfen wird, sind all diese Ressourcen verschwendet. Lösungen: Meal-Planning, Resteverwertung, «Hässliche Früchte» kaufen, und bei Gastrobetrieben Portionsgrössen anpassen.

Im Alltag: Pfandsystem Schweiz vs. Deutschland

Deutschland hat ein gesetzliches Pfandsystem für PET-Flaschen und Dosen: 25 Cent Pfand wird beim Kauf erhoben und bei der Rückgabe zurückerstattet. Das Ergebnis: eine Rückgabequote von über 98 %. In der Schweiz gibt es kein gesetzliches Pflichtpfand – das System funktioniert freiwillig über PET-Recycling Schweiz. Trotzdem werden über 83 % der PET-Flaschen gesammelt. Der Unterschied: In der Schweiz sind die Sammelstellen flächendeckend vorhanden und gut in die Einkaufsinfrastruktur integriert.

Im Alltag: Kreislauf-Textilien – Texaid und Tell-Tex

Jährlich sammelt Texaid in der Schweiz rund 30 000 Tonnen Altkleider und Schuhe. Gut erhaltene Kleidung wird sortiert und geht in Secondhand-Läden oder in Entwicklungsländer. Beschädigte Textilien werden zu Putzlappen, Dämmstoffen oder industriellen Fasern verarbeitet (Downcycling). Tell-Tex ist ein Schweizer Pionier des textilen Recyclings: Alte Wolldecken werden aufgelöst und zu neuen Garnen gesponnen (Upcycling). Das zeigt: Auch Textilien können in einem Kreislauf gehalten werden.

Im Alltag: Biogas aus Küchenabfall

In der Schweiz gibt es rund 30 Vergärungsanlagen, die Küchenabfälle und Grüngut zu Biogas verarbeiten. In der Kompogas-Anlage Bachenbülach (ZH) werden z. B. 37 000 Tonnen biogener Abfall pro Jahr zu Biogas und Kompost verarbeitet. Biogas besteht hauptsächlich aus Methan (CH₄) und kann als Treibstoff oder zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden. Das ist Kreislaufwirtschaft in reinster Form: Speisereste werden zu Energie, der Gärrest wird als Dünger auf Felder ausgebracht.

Im Alltag: Urban Mining – Gold aus alten Handys

Urban Mining bezeichnet die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe aus Elektronikschrott. Eine Tonne alter Mobiltelefone enthält durchschnittlich 300 g Gold – das ist 50 bis 80 Mal mehr als in einer Tonne Golderz! Weltweit werden jährlich über 50 Millionen Tonnen Elektroschrott erzeugt. Nur etwa 20 % davon werden fachgerecht recycelt. In Ghana (Agbogbloshie) verbrennen Kinder und Jugendliche informell Elektronikschrott, um Kupfer zu gewinnen – mit verheerenden Gesundheitsfolgen. Gib alte Geräte bei Interdiscount, Digitec oder Gemeindestellen ab.

Im Alltag: +30 % Abfall zu Weihnachten

Zwischen Mitte Dezember und Ende Januar steigt die Abfallmenge in der Schweiz um rund 30 %. Der Haupttreiber: Geschenkverpackungen. In der Schweiz werden jährlich Hunderte Tonnen Geschenkpapier, Schachteln, Polystyrol-Füllmaterial und Plastikfolien entsorgt. Viel davon landet im Restmüll, weil es Verbundmaterialien oder glänzende Beschichtungen enthält. Tipp: Zeitungspapier als Geschenkpapier verwenden, Schachteln wiederverwenden, Geschenke ohne Verpackung oder mit Stoff einwickeln (japanische Furoshiki-Technik).

Im Alltag: Kaffee-to-go – Gebühr für Einwegbecher

In der Schweiz werden jährlich rund 160 Millionen Einwegkaffeebecher verbraucht. Diese bestehen aus Karton mit einer dünnen Kunststoff-Innenbeschichtung (PE oder PLA) – ein Verbundmaterial, das kaum recyclebar ist. Viele Kantone und Städte diskutieren eine Gebühr von 20–50 Rappen pro Einwegbecher. In einigen Ländern ist die Gebühr bereits Pflicht (z. B. Deutschland: seit 2023 Pflicht zur Mehrweg-Alternative). Die Alternative: Mehrwegbecher aus Glas, Edelstahl oder Bambus-Verbund mitbringen – viele Cafés geben Rabatt.

Im Alltag: Mehrweg-Gemüsesäcke bei Migros und Coop

Seit 2021 haben Migros und Coop die kostenlosen Einweg-Plastiktragetaschen abgeschafft. Stattdessen gibt es günstige Mehrweg-Netze und Tragetaschen aus Recyclingmaterial. Für Obst und Gemüse sind Stoff-Netze im Angebot, die tausende Male verwendet werden können. Ein Baumwoll-Netzbeutel hat eine deutlich bessere Ökobilanz als hunderte Einweg-Plastiksäcke – wenn er mindestens 50-mal genutzt wird. Das zeigt: Grosse Handelsketten haben durch kleine Massnahmen einen grossen Einfluss auf den Ressourcenverbrauch.

Im Alltag: E-Waste in Ghana – Agbogbloshie

Agbogbloshie, ein Vorort von Accra (Ghana), gilt als eine der grössten informellen Elektroschrott-Deponien der Welt. Täglich werden dort Tonnen alter Computer, Monitore und Kabel – oft als «gebrauchte Waren» aus Europa und Nordamerika importiert – verbrannt, um Kupfer und andere Metalle zu gewinnen. Die giftigen Dämpfe (Blei, Quecksilber, Dioxine) zerstören die Gesundheit der Arbeiter, viele davon Kinder und Jugendliche. Das zeigt die Kehrseite unserer Wegwerfgesellschaft: Unser Elektroschrott landet oft in Ländern ohne ausreichende Entsorgungsinfrastruktur.

6.11 Lückentext: Nachhaltigkeit und Recycling

Fülle die Lücken aus – tippe das fehlende Wort und drücke Tab oder Enter zum Prüfen.

Endliche Rohstoffe wie Erdöl heissen Rohstoffe.

Das Gegenteil einer linearen Wirtschaft ist die wirtschaft.

PET-Recycling spart im Vergleich zur Neuherstellung rund % CO₂.

CO₂-Äquivalent misst die Klimawirkung aller gase.

«Graue Energie» ist die Energie, die für die eines Produkts benötigt wird.

Die Schweizer Recyclingquote für Aluminium liegt bei etwa %.

6.12 Vertiefung: Raffinerie und Sortieranlage

Erdölraffinerie: Fraktionierturm mit Ausgängen Gase, Benzin, Diesel, Schweröl Schema eines Fraktionierturms. Von unten nach oben werden bei sinkenden Temperaturen verschiedene Fraktionen abgezogen: Rückstand, Schweröl, Diesel, Kerosin, Benzin, Gase. Links: Rohöl-Eingang. Rechts: Produktausgänge mit Siedebereichen. Fraktionierte Destillation – Erdölraffinerie Rohöl 350°C+ Gase (LPG) < 30°C | Propan, Butan Benzin (Naphtha) 30–180°C Kerosin (Flugbenzin) 150–250°C Diesel / Heizöl 200–350°C Schweröl / Schmieröl 300–400°C Rückstand (Teer, Asphalt) > 350°C Temperatur sinkt (oben kalt)

Abb. 6.12a: Fraktionierter Destillationsturm. Rohöl wird erhitzt; die verschiedenen Fraktionen kondensieren je nach Siedetemperatur auf verschiedenen Böden.

Sortieranlage-Schema: Sieb, Magnet, Luftstromtrennung Fliessbild einer mechanischen Sortieranlage. Eingangsgemisch wird durch ein Sieb nach Grösse getrennt, dann durch einen Magneten (Eisen herausziehen), dann durch Luftstromtrennung (leichte Kunststoffe ausblasen). Am Ende drei Fraktionen: Eisen, Kunststoff, Rest. Mechanische Sortieranlage (Recycling) Gemisch (Abfall) Sieb Grössen- Feinfraktion Magnet zieht Eisen Eisen-Fraktion Luftstrom- trennung Kunststoff/Papier Leichtfraktion Rest Restmüll Weitere Verfahren: Wirbelstromscheider (Alu), Nahinfrarot-Sensor (Kunststofftyp), Flotation (Dichte)

Abb. 6.12b: Vereinfachtes Schema einer mechanischen Sortieranlage. In modernen Anlagen kommen zusätzlich Wirbelstromscheider (für Aluminium) und NIR-Sensoren (Nahinfrarot, für Kunststofftypen) zum Einsatz.

Kapitelabschluss-Test: Stoffe als globale Ressource

Teste dein Wissen! Klicke jeweils auf die richtige Antwort.

Kapitelzusammenfassung

  • Rohstoffe sind natürlich vorkommende Stoffe, die wirtschaftlich genutzt werden. Es gibt nachwachsende, fossile und mineralische Rohstoffe.
  • Aluminium wird aus Bauxit gewonnen (Bayer-Verfahren + Schmelzflusselektrolyse). Recycling spart 95 % Energie.
  • Erdöl entstand über Millionen Jahre und wird durch fraktionierte Destillation in Benzin, Diesel, Kunststoffe usw. aufgetrennt.
  • Wasser ist die wichtigste Ressource. Der Wasserkreislauf verbindet Verdunstung, Wolkenbildung, Niederschlag und Grundwasser. Trinkwasser muss aufbereitet werden.
  • Im Kohlenstoffkreislauf wird Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Lebewesen, Boden und Ozeanen ausgetauscht. Fotosynthese nimmt CO₂ auf, Zellatmung und Verbrennung setzen es frei.
  • Fossile Brennstoffe setzen bei der Verbrennung CO₂ frei und verstärken den Treibhauseffekt. Alternativen sind Solar-, Wind- und Wasserkraft sowie Wasserstoff.
  • Recycling spart Rohstoffe und Energie. Die Kreislaufwirtschaft strebt an, Abfall als Rohstoff zu nutzen. Die Schweiz ist beim PET-Recycling weltweit führend.
  • Green Chemistry verfolgt drei Prinzipien: Abfall vermeiden, ungiftige Stoffe verwenden, Energie sparen.

Glossar – Wichtige Begriffe in Kapitel 6

Rohstoff
Natürlich vorkommender Stoff, der wirtschaftlich genutzt und weiterverarbeitet wird.
Nachwachsende Rohstoffe
Rohstoffe aus der belebten Natur, die sich innerhalb menschlicher Zeiträume erneuern (z. B. Holz, Baumwolle).
Fossile Rohstoffe
Rohstoffe, die über Millionen Jahre aus abgestorbenen Lebewesen entstanden sind (Erdöl, Erdgas, Kohle). Nicht erneuerbar.
Mineralische Rohstoffe
Rohstoffe aus der Erdkruste, z. B. Erze, Sand, Kalk, Salz.
Bauxit
Aluminiumhaltiges Gestein (Erz), aus dem Aluminium gewonnen wird.
Schmelzflusselektrolyse
Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid durch Zersetzung in einer Salzschmelze mit elektrischem Strom.
Fraktionierte Destillation
Trennverfahren, bei dem ein Gemisch (z. B. Rohöl) durch schrittweises Verdampfen und Kondensieren in Fraktionen verschiedener Siedetemperaturen aufgetrennt wird.
Kohlenwasserstoff
Organische Verbindung, die nur aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) besteht (z. B. Methan CH₄).
Wasserkreislauf
Ständiger Kreislauf des Wassers: Verdunstung → Wolkenbildung → Niederschlag → Abfluss → Grundwasser → zurück.
Kohlenstoffkreislauf
Austausch von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Lebewesen, Boden, Ozeanen und fossilen Lagerstätten.
Fotosynthese
Aufnahme von CO₂ und H₂O durch Pflanzen, Umwandlung in Glucose und O₂ mithilfe von Lichtenergie.
Zellatmung
Abbau von Glucose mit O₂ zu CO₂ und H₂O unter Freisetzung von Energie. Findet in allen Lebewesen statt.
Treibhauseffekt
Erwärmung der Erde durch Treibhausgase (CO₂, CH₄ u. a.), die Wärmestrahlung zurückhalten.
Kohlenstoff-Senke
Natürlicher Speicher, der CO₂ aus der Atmosphäre aufnimmt (Ozeane, Wälder, Boden).
Kreislaufwirtschaft
Wirtschaftsmodell, bei dem Materialien möglichst lange im Kreislauf gehalten und Abfälle als Rohstoff genutzt werden.
Upcycling
Verarbeitung eines Materials zu einem höherwertigen Produkt.
Downcycling
Recycling, bei dem die Materialqualität sinkt.
Green Chemistry
Ansatz der Chemie, Prozesse umweltfreundlicher zu gestalten: weniger Abfall, ungiftige Stoffe, weniger Energie.
Nachhaltigkeit
Prinzip, die Bedürfnisse der heutigen Generation zu erfüllen, ohne zukünftige Generationen zu gefährden.
Elektrolyse
Zersetzung eines Stoffes durch elektrischen Strom (z. B. Wasser in H₂ und O₂).
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Re:aktiv – Lehrmittel Chemie 8. Klasse Kapitel 6: Stoffe als globale Ressource Sekundarschule Basel-Landschaft | Lehrplan 21 NT.3.3