Zum 30. Mal hatte das Zentrum für Chemie (ZFC) 16 hessische Oberstufenschüler*innen eingeladen, um im Dialog mit Profis wissenschaftliche Praxis und konkrete Unternehmensstrukturen kennenzulernen. Im “digitalen Labor” setzten sich die jungen Talente mit Hochleistungsmaterialien auseinander, die auch im Kontext der Energiewende eine zentrale Rolle spielen. Unter anderem ging es um effiziente Speichermedien für erneuerbare Energien sowie um Oberflächenanalysen und Hochleistungsmagnete, wie sie auch im Bereich der Elektromobilität und in Windkraftgeneratoren zum Einsatz kommen.

Für das einwöchige Erfinderlabor hatte sich Veit Gemmer aus der Klasse 13 der Steinmühle qualifiziert. Seine Gruppe beschäftigte sich mit Natriumfestkörperbatterien, die sogenannte Nasicon-Elektrolyten enthalten und in Zukunft Alternativen zu nicht unproblematischen Stoffen in Lithiumionenakkus darstellen können.

Eigentlich sollte das Erfinderlabor schon im Oktober 2020 stattfinden und wurde dann pandemie-bedingt auf den Jahresanfang 2021 verschoben. Auch dieser Termin konnte nun auch nur in einer Online-Variante stattfinden, die trotzdem interessante Einblicke ermöglichte, wie Veit berichtet:

Das Erfinderlabor mit dem Thema „Hochleistungsmaterialien für die Zukunft“, welches normalerweise an der Technischen Universität (TU) in Darmstadt stattfindet, konnte immerhin online über die Plattform Microsoft Teams veranstaltet werden. Während des einwöchigen Workshops durften wir in verschiedenen Gesprächen mit Experten von der TU Darmstadt und der Merck KGaA spannende Einblicke in den Bereich der Materialwissenschaft und in den Konzern Merck erhalten. Aus diesem Wissen, kombiniert mit eigener weiterer Recherche, sollte unsere Gruppe ein Lehrvideo über Natriumfestkörperbatterien erstellen. Auch wenn das Erstellen eines hochqualitativen Videos sehr viel Zeit in Anspruch genommen hat, war die Woche trotzdem sehr interessant.

Veit Gemmer

Im Erfinderlabor erstelltes Video über Natriumfestkörperbatterien

 

Abschlussveranstaltung (unten: Veit mit seiner Gruppe)

 

Computersimulationen der Transportmechanismen und Leitfähigkeiten von Natrium–Ionen im Festkörperelektrolyt Nasicon (Na+–SuperIonenleiter).

 

Verbesserung der Leitfähigkeiten von Nasico-Elektrolyten durch Puls Laser Deposition (PLD) 

Von Ende Juni bis Ende August hatten Acht- und Neuntklässler aus Hessen die Möglichkeit an einem online Workshop zum Thema MINT teilzunehmen. Die Schülerinnen und Schüler erhielten hierbei von erstklassigen Betreuern einen Einblick in Themen, die in der Schule eher nicht oder nur flüchtig behandelt werden. Darunter waren viele spannende Einblicke in die Technik von erneuerbaren Energien, biologische und chemische Prozesse sowie Experimente und mathematische Gleichungen. Darüber hinaus haben die Schülerinnen und Schüler am PC ein eigenes Spiel programmiert und sogar einen Elektromotor gebaut. Damit die Jugendlichen zuhause selbst experimentieren konnten, wurden von Provadis für die Sitzungen Materialpakete nach Hause geschickt (z.B. Baumaterialien und Chemikalien). Während der 10 zweistündigen Videokonferenzen wurde dann zuhause experimentiert und mit den anderen Jugendlichen und den Fachexperten darüber diskutiert. Am letzten Termin stellten einige Experten verschiedene MINT-Berufe vor.

Ursprünglich hat Provadis in Frankfurt vor einigen Jahren diese Veranstaltungsreihe in Kooperation mit fünf hessischen Science Centern entwickelt. Als ab März 2020 Präsenzveranstaltungen nicht mehr erlaubt waren, entwickelten sie diesen „Online MINT-Workshop“. Da dieser Workshop so gut bei den Jugendlichen angekommen ist, wird es in Zukunft diesen Workshop sowohl als „Online-Angebot“ und sobald wieder möglich, auch als Präsenzveranstaltung geben.

Interessierte Schülerinnen und Schüler können sich über den folgenden Link über die zukünftigen „Mint – Die Stars von morgen“ informieren: https://www.provadis.de/provadis-gruppe/aktuelles/details/news/schuelerinnen-experimentieren-zuhause-live-am-bildschirm.html

Mir hat der Workshop auf alle Fälle viel Spaß gemacht und ich kann die Teilnahme wirklich weiterempfehlen.
Joshua Wieder

Vielen Dank auch noch mal an Frau Tschirch vom Chemikum Marburg, die uns auf das Angebot aufmerksam machte!

Mit insgesamt sechs Projekten ging die Steinmühle in diesem Jahr auf dem Regionalwettbewerben in Lollar und Kassel an den Start. Gleich drei Teams erreichten erste Plätze und haben sich damit für die Landeswettbewerbe in Darmstadt und Kassel in der Kategorie „Schüler experimentieren“ qualifiziert. Drei Teams erarbeiteten sich einen Sonderpreis.

Bemerkenswert ist die Beteiligung von Teams aus verschiedenen Jahrgangsstufen – von der Unterstufe bis zur Oberstufe. Zwei Mal war die Klasse 6 vertreten, je ein Mal die Klassen 8, 9,11 und 13. Bunt gemischt auch die Fachbereiche: Geforscht und experimentiert wurde drei Mal in Biologie und je ein Mal in Chemie, Physik und Geo- und Raumwissenschaften.

Leonard Berger, Mats Egbring und Leontin Schmidt waren die Sechstklässler, die im Wettbewerb „Schüler experimentieren“ unter Betreuung der Lehrkräfte Dr. Jutta Töhl-Borsdorf und Dr. Dietmar von der Ahe Platz 1 in den Geo- und Raumwissenschaften belegten und zusätzlich den Sonderpreis Umwelttechnik mit nach Hause nahmen. Sie verglichen Öko-Äcker mit normalen Äckern. Dabei hatten sie insgesamt fast 20 Bodenproben untersucht und festgestellt, dass Öko-Äcker sowohl durch niedrige Nitratgehalte als auch durch die Fähigkeit, Nährstoffe zu binden und wieder freizusetzen, punkten können. Konventionelle Äcker und besonders mit Gülle gedüngte Äcker wiesen fast durchgehend bedenkliche Nitrat- und auch Nitritgehalte auf. Das Thema, die Arbeit und ihre Ergebnisse fand die Jury die höchstmögliche Platzierung wert. Nun geht es als nächstes zum Landeswettbewerb nach Kassel.

 

Zu wenig Sauerstoff im Schuh

Morten Köhler, Benjamin Schul, Joshua Wieder aus Klasse 9 gingen der Frage nach, warum Wärmepads in Skischuhen nicht funktionieren. Die drei Schüler hatten auf der Skifreizeit der Steinmühle kalte Füße bekommen und bemerkt, dass Wärmepads für Füße, die Abhilfe schaffen sollen, nur ganz schlecht funktionieren. Sie gingen der chemischen Reaktion auf den Grund und fanden unter anderem durch Messung von Temperatur- und Sauerstoffkurven, dass in Skischuhen einfach zu wenig Sauerstoff enthalten ist. Dadurch kommt die gewünschte Reaktion schnell zum Erliegen.

Unter Betreuung von Lehrerin Dr. Jutta Töhl-Borsdorf nutzten sie mit Smartphone gesteuerte Temperatursensoren und eine mit einem Arduino gesteuerte Sauerstoffsonde. Arduinos-Microcontroler-Boards wurden an der Steinmühle von Malte Klimczak im Wahlunterricht Technik erstmals eingeführt und konnten hier auch für chemische Problemstellungen eingesetzt werden. Auch diese drei Schüler erreichten einen 1. Platz in Chemie für das beste interdisziplinäre Projekt und dürfen sich auf den Landeswettbewerb in Darmstadt freuen.

 

Wie Mehlkäfer Styropor „abbauen“

Clara Müller, Marie Englert und Jennifer Weber aus der Jahrgangsstufe 11 gingen unter Betreuung von Dr. Dietmar von der Ahe der Frage nach, ob Bakterien der Darmflora von Mehlkäferlarven am Abbau von Styropor beteiligt sind. Die Schülerinnen haben das Fressverhalten der Mehlkäferlarven (Tenebrio molitor) unter verschiedenen Bedingungen beobachtet. Mit molekularbiologischen Methoden (PCR, genomische und PCR DNA-Isolierung, Quantifizierung der DNA mit Fotometer, Gelelektrophorese, 16S RNA-Gensequenzierung durch die Firma eurofins genomics, Ebersberg) haben sie 230 verschiedene Bakterienklone aus der Darmflora der Larven auf ihre Verwandtschaftsverhältnisse und auf Styrol-Abbau untersucht. Dabei fanden sie mehrere Bakterienklone aus der Familie der Enterobacteriaceae, die den Kunststoff in einer Nährlösung abbauen können. Das Genom einer dieser Klone (Klon Nr. 43) wurde im Auftrag von der Firma eurofins genomics vollständig sequenziert (ca. 6 Millionen Basenpaare) um dann im Genom nach kodierenden Regionen für Enzyme zu fahnden, die am Styrol-Abbau beteiligt sein könnten. Die Schülerinnen haben auch einen möglichen Mechanismus für den chemischen Ablauf des Styrol-Abbaus vorgestellt. Als Sonderpreis erhielt das Trio ein Jahresabo der Fachzeitschrift „Bild der Wissenschaft“.

 

Durch Wettbewerb Kontakt zur Uni

Ronja Rosenkranz aus der 13. Klasse konnte die Jury im Bereich Physik überzeugen. Sie erforschte, wie es zu Stimmveränderungen beim Einatmen von Helium kommt. Schüler*innen stellten sich diese Frage im NaUnt-Kurs der Klasse 5 von Lehrerin Dr. Jutta Töhl-Borsdorf. Ronja merkte schnell, dass die fast überall zu lesende Erklärung nur zum Teil richtig ist und das Phänomen viel komplexer ist als gedacht. Sie entwickelte verschiedene Versuchsapparaturen, um der Sache auf den Grund zu gehen. Die Jury betonte besonders die sehr wissenschaftliche Herangehensweise an diese Fragestellung. Durch den Wettbewerb ergaben sich schnell Kontakte zur Universität Marburg, so dass inzwischen Messungen in der Phoniatrie möglich wurden. Der 1. Platz in Physik für dieses Projekt und der Sonderpreis für Akustik bedeuten für Ronja Rosenkranz ebenfalls eine Qualifizierung für den Landeswettbewerb in Darmstadt.

 

Was dem Regenwurm gefällt

Mögliche Auswirkungen des Regenwurms auf Boden und Klima untersuchten beim Wettbewerb „Schüler experimentieren“ unter Leitung von Dr. Dietmar von der Ahe die jungen Forscherinnen Teresa Dinges (Klasse 6b) und Sophia Rogosch (6c). Die Schülerinnen haben in diesem Projekt das Verhalten des heimischen Regenwurms Lumbricus terrestris und die Wechselwirkung mit den Bodenbakterien unter die Lupe genommen. Dabei haben sie herausgefunden:

• die Bodenart, die der Regenwurm bevorzugt
• welche Bodeneigenschaften er meidet (pH-Wert, Kalk-, Sandboden etc.)
• dass der Regenwurm deutliche Mengen des Klimagases CO2 im Boden erzeugt, in Wechselwirkung mit den Bodenbakterien.
• dass die im Boden vorhandenen Bakterienfamilien sich von jenen im Kot der Regenwürmer vorzufindenden Bakterien unterscheiden.

 

Das Milieu der Pferdehaut

Das „Leben auf der Pferdehaut“ wollten Silas Krüger und Jan Vollmer (beide Klasse 8c) genauer kennenlernen. Die Schüler haben mit Betreuung durch Dr. Dietmar von der Ahe verschiedene Hautgebiete von zwei Pferden (Haut, Ohrmuschel, Nase, Maul) auf Besiedlung mit Bakterien untersucht, das sogenannte Mikrobiom. Dabei haben sie herausgefunden, dass das Sommermikrobiom sich vom Wintermikrobiom deutlich unterscheidet, d. h. im Sommer sind andere Bakterienfamilien auf den verschiedenen Hautgebieten zu finden als im Winter. Das entspricht den unterschiedlichen Hautfunktionen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen.

     

 

Unter dem Motto „Jugend Forscht bietet mehr“ kamen die Betreuer-Preisträgerinnen und Preisträger der einzelnen Bundesländer zu einer interessanten Fortbildungsreise vom 15. bis 17. November 2019 zusammen.
Mit dem Betreuerpreis für Hessen wurde Steinmühlenlehrerin Dr. Jutta Töhl-Borsdorf beim Landeswettbewerb Jugend forscht in Kassel ausgezeichnet. In Paderborn erwartete sie dort ein abwechslungsreiches Programm, bei dem auch die Jugend forscht Botschafterinnen und Botschafter der Bundesländer eingeladen waren. Neben spannenden inhaltlichen Programmpunkten gab es auch ausreichend Raum und Möglichkeit für den kollegialen Austausch in entspannter Atmosphäre.
Interessant war vor allen Dingen zu sehen, wie unterschiedlich die einzelnen Schulen, abhängig auch von den jeweiligen Voraussetzungen und Möglichkeiten in den einzelnen Bundesländern, die Teilnahme am Wettbewerb Jugend Forscht organisieren.
Für die Weiterentwicklung der Jugend-Forscht-Projekte an der Steinmühle sind die neu geknüpften Kontakte sowie die vielen anregenden Gespräche und Ideen sicherlich wertvoll.

(Foto: Betreuer-Preisträger*innen mit den Botschafter*innen der Bundesländer und den Organisatorinnen „auf dem Mond“  im Heinz-Nixdorf-Museum)