Fünf LFG- Teams beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht“

Das Auto ist in Deutschland das mit Abstand beliebteste Fortbewegungsmittel. Aber Erdöl, der Rohstoff zur Herstellung von Benzin oder Diesel, wird knapp und damit auch immer teurer. Zudem entsteht bei seiner Verbrennung das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid, das bedeutend zur Klimaerwärmung beiträgt. Die Verwendung von Biotreibstoffen wie Ethanol oder Biodiesel ist problematisch:

Für den Anbau der Energiepflanzen benötigt man Ackerflächen, die dann für die Produktion von Grundnahrungsmitteln nicht mehr zur Verfügung stehen. Außerdem wird zur Schaffung der Anbauflächen häufig tropischer Regenwald gerodet, der dann kein Kohlendioxid mehr aus der Atmosphäre binden kann. Was also tun? Gleich zwei Teams des Ludwig-Frank-Gymnasiums haben sich mit dieser Frage beschäftigt.

Melissa Acikgöz, Laura Binmöller und Dominique Gergely (9b bzw. 9a, Bild links) machen sich schon lange Gedanken, was man gegen die drohende Erderwärmung unternehmen könnte. Nun hatten sie eine Idee, wie man gleich zwei Probleme auf einmal angehen könnte. Ihnen war nämlich aufgefallen, dass während des Schulobst-Programms ständig größere Mengen an Obst und Gemüse übrig geblieben waren und dann entsorgt werden mussten. „Abfall im Tank- unser Biosprit“ nannten sie das Projekt, das sich aus dieser Idee entwickelt hatte und mit dem sie versuchten, das wertlose Abfall-Obst in brauchbaren Treibstoff umzuwandeln. Sie versetzten die zerkleinerten Obstreste mit Hefe und gewannen so durch alkoholische Gärung und anschließende Destillation ihrer Versuchsansätze Ethanol, also Biosprit. Dessen Eigenschaften untersuchten sie dann und verglichen sie mit denen herkömmlicher Treibstoffen.

Und wirklich: Der LFG- Biosprit ist zum Autofahren geeignet! Leider ist die Ausbeute unter Schulbedingungen zu gering; das Verfahren ist so nicht wirtschaftlich. Aber in industriellen Anlagen könnten die Bedingungen für Gärung und Destillation sicherlich verbessert werden. Die drei Forscherinnen haben hier schon einige sinnvolle Vorschläge. Zudem haben sie herausgefunden, dass auch altes Brot zur Biosprit-Produktion geeignet ist. Ihr Fazit: Die Idee, aus Lebensmittelabfällen wertvolle Treibstoffe zu produzieren, sollte unbedingt weiterverfolgt werden.

Helin Ballikaya und Nataliya Khersonska aus der Kursstufe 12 (Bild rechts) sind mit ihrem Jugend-forscht-Projekt einem ähnlichen Weg gefolgt. Auch sie suchten nach einem preiswerten und vor allem ökologisch sinnvollen Ersatz für fossile Brennstoffe. Dabei stießen sie auf die Tatsache, dass Besitzer von Imbissbuden und Restaurants viel Geld für die Entsorgung ihrer Fettabfälle aus Friteusen bezahlen. Schon jetzt wird aus einem anderen Fett, nämlich aus Rapsöl, Biodiesel produziert. Aber der ökologische Nutzen des Rapsöl-Diesels ist sehr umstritten. Könnte man statt Rapsöl nicht die Fettabfälle einsetzten? „Tanken an der Frittenbude- unser Pommesdiesel“ hieß das Projekt, mit dem Nataliya und Helin diese Idee verfolgten. Durch eine chemische Reaktion mit Methanol oder Ethanol gelang es ihnen, das alte Pommesfett in Biodiesel umzuwandeln, den sie im Anschluss auf seine Eigenschaften und seine Brauchbarkeit als Treibstoff untersuchten.

Die beiden Schülerinnen mussten sich dafür in Syntheseverfahren und Analytikmethoden einarbeiten, die weit über den Unterrichtsstoff der Schule hinausreichen. Und auch bei ihnen stellte sich am Ende heraus: Ihr Pommesdiesel wäre als Benzinersatz geeignet. Leider hatten sie das gleiche Problem wie bei die anderen Gruppe, nämlich eine recht geringe Ausbeute unter Schulbedingungen. Sollte diese sich aber optimieren lassen, so hätten Besitzer von Frittenbuden bald eine neue Einnahmequelle. Und der Umwelt wäre auch geholfen: Fett ist ein nachwachsender Rohstoff.

Einen starken Alltagsbezug hatte das Jugend-forscht-Thema von Dominik Ludwig, Marvin Straub und Dominik Westermann (alle Kursstufe 1, Bild links): Sie beschäftigten sich mit Kartoffelchips. Die isst ja fast jeder gerne, aber bekanntlich enthalten sie große Mengen an Fett und sollten deshalb nicht zu häufig verzehrt werden. Chips gelten als ungesund- aber stimmt das überhaupt? Und geht es nicht vielleicht auch anders? Die drei Forscher nannten ihr Projekt: „Voll Fett!? Gesunde Chips- ist das möglich?“ Zuerst extrahierten sie aus verschiedenen Chipssorten das Fett und bestimmten so den Fettgehalt des beliebten Snacks. Dabei erwiesen sich herkömmliche Chips wirklich als sehr gehaltvoll; Backofenchips und Light-Chips wiesen deutlich geringere Fettanteile auf. Aber sind sie deshalb automatisch gesünder?

Um das herauszufinden, untersuchten sie die extrahierten Fette auf ihren Anteil an ungesättigten Fettsäuren. Diese sind für unseren Körper lebensnotwendig und müssen daher mit der Nahrung aufgenommen werden. Um ihren Anteil an der gesamten Fettmenge zu bestimmen, muss man die Iodzahl des Fettes ermitteln. Das ist eine zeitaufwändige chemische Methode, die in Labors üblich ist, in der Schule aber nicht vorkommt. Die beiden Dominiks und Marvin mussten sich die Theorie der Methode aneignen und die praktische Durchführung erlernen. Und am Ende stand folgendes Ergebnis: Backofenchips enthalten am wenigsten Fett. Aber ihre Fette enthalten auch nur kleine Mengen an ungesättigten Fettsäuren. Herkömmliche Chips sind sehr fettig, dafür enthalten sie aber gesündere Fette. Am besten stehen Light-Chips da. Sie enthalten vergleichsweise wenig Fett und zeichnen sich durch einen hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren aus.

Ebenfalls mit Fetten beschäftigten sich Deniz Gedik und Jonathan Erhard, beide aus der Klasse 9b. Sie untersuchten den Fettgehalt verschiedener Pflanzensamen und erforschten, wie sich der Fettgehalt im Laufe der Samenkeimung verändert. Ihre Versuchspflanzen waren Sonnenblume und Hafer, deren Samen sie alle zwei Tage in Plastikschalen auf Küchenkrepp aussäten und keimen ließen. Nach 10 Tagen ernteten sie die Pflanzen, zerkleinerten sie, bestimmten ihre Masse und ihren Fettgehalt. Dazu extrahierten sie die Pflanzenfette mit Hilfe der Soxhlet- Methode. Als Extraktionsmittel diente Benzin. Dieses muss anschließend abdestilliert werden, damit man die Masse an Fett bestimmen kann. Jeder einzelne Ansatz kostete mehrere Stunden Arbeit. Man kann sich also vorstellen, wie viel Fleiß, Ausdauer und Geduld Deniz und Jonathan aufwenden mussten, aufbringen mussten, um am Ende zu einem Ergebnis zu kommen: Der Fettgehalt der Sonnenblumenkerne nahm mit zunehmender Keimdauer ab, der Fettgehalt der Haferkerne dagegen stieg im Verlauf der Keimung. Das erklärten sich die beiden folgendermaßen: Sonnenblumenkerne enthalten große Mengen Fett als Speicherstoff. Wenn die Samen nun keimen, können sie am Anfang noch keine Fotosynthese zur Energiegewinnung betreiben. Daher bauen sie ihr Reservefett ab und benutzen es, um neues Pflanzenmaterial zu produzieren. Haferkerne dagegen haben Kohlenhydrate als Speicherstoffe und enthalten kaum Fett.

Wenn sie keimen, bauen sie diese Reservestoffe ab und stellen dafür andere Stoffe her, unter anderem auch Fette, die ja in jeder Zelle enthalten sind. „Kleine Kraftpakete- Abbau von Reservefetten während der Keimung verschiedener Pflanzensamen“ hieß das zeit- und arbeitsaufwändige Projekt der beiden Neuntklässler.

Illja Fodorov aus der Klasse 10b ist im Unterschied zu allen anderen LFG- Gruppen im Fachbereich Mathematik angetreten. Sein Thema: „Appolonius Problem für die Ebene und den dreidimensionalen Raum“ reicht fachlich sehr weit über das hinaus, was Illja im Mathematikunterricht bisher behandelt hatte. Es geht aus von der Arbeit des griechischen Gelehrten Appolonius von Perge (ca. 260 – 190 v.Chr.): Dieser widmet sich unter anderem dem geometrischen Problem, einen Kreis zu konstruieren, der drei beliebige andere Kreise berührt. Illja bearbeitete einen Sonderfall dieses Problems und entwickelte eine Methode, um in allgemeiner Form den Radius des In- sowie des Umkreises zu bestimmen, der drei sich gegenseitig berührende Kreise von innen bzw. von außen berührt.

Seine Ergebnisse übertrag Illja dann auf den dreidimensionalen Raum: Hier geht es um vier sich gegenseitig berührende Kugeln: Kann man den Radius einer weiteren Kugel ermitteln, die alle vier vorgegebenen Kugeln von außen bzw. von innen berührt? Das gelang Illja in dieser anspruchsvollen Arbeit. Er konnte die Richtigkeit seiner Ergebnisse durch die Eingabe seiner Formeln in das Programm Maple bestätigen.

Alle fünf LFG- Gruppen traten mit ihren Arbeiten beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ an, der in diesem Jahr von der Firma Roche Diagnostics in Sandhofen ausgetragen wurde. Nach einem spannenden Wettbewerb erreichten Dominik Ludwig, Marvin Straub und Dominik Westermann mit ihrer Arbeit den dritten Platz im Fachbereich Chemie. Illja Fodorov wurde mit dem zweiten Platz im Fachbereich Mathematik ausgezeichnet. Alle anderen Gruppen erhielten Anerkennungspreise. Die Schule spendierte zudem mit Schulwappen bedruckte Jugend-forscht-T-Shirts für alle Teilnehmer. Und bei einigen sind schon Ideen vorhanden, mit welchen Themen sie nächstes Jahr antreten wollen.

Text: Sprinz, Fotos: Grob