Geesthacht

Ganz schön clever!

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Beim Vorentscheid von "Jugend forscht" sowie der Juniorvariante "Schüler experimentieren" glänzen Norderstedter Schüler in Geesthacht mit intelligenten Versuchen und Modellen.

Sie sind die Chemiker, Biologen oder Flugzeugbauer von morgen. Die Teilnehmer beim bundesweiten Wettbewerb "Jugend forscht" und dessen Juniorvariante "Schüler experimentieren" (bis 14 Jahre) haben beim regionalen Vorentscheid in Geesthacht ihre Ideen vorgestellt. Auch Kinder und Jugendliche des Gymnasiums Harksheide sowie der Willy-Brandt-Schule waren erfolgreich vertreten. Wir haben den Nachwuchswissenschaftlern über die Schulter geschaut.

Janik Rieß, Christian Hennig (Willy-Brandt-Schule): Das Programm von Janik Rieß, 16, und Christian Hennig, 17, hat den Charme von Computerspielen aus den 80er-Jahren à la Pong. Kleine weiße Quadrate schieben sich auf schwarzem Untergrund hin und her, kleine grüne Quadrate sind zu sehen, verschwinden aber bei Kontakt mit den weißen Gegenparts. Hinter dieser simpel anmutenden Grafik verbirgt sich ein komplexer Evolutions-Algorithmus, der wiederum eine Grundlage des Lebens darstellt: die Nahrungsaufnahme. "Wenn die weißen Einzeller keine Nahrung finden, dann sterben sie - das ist wie in der Natur", sagt Janik.

Als versierterer Programmier hat er im Dezember mit dem Schreiben der Befehle begonnen und dabei die Sprache Python 2.7.3. verwendet. Die Anzahl der Lebewesen wird minütlich aktualisiert; deren Überlebenschancen hängen unmittelbar mit der Art der Fortbewegung zusammen. Ist diese zu statisch - etwa rein horizontal oder nur in einem kleinen Radius -, führt sie seltener zum Erfolg als über Schlangenlinien. Die Jury von "Jugend forscht" war fasziniert von der Grundidee und prämierte das Projekt mit Platz eins im Fachbereich Biologie. Dafür erhielten Janik und Christian 75 Euro und dürfen ihr Evolutionsmodell auf dem Landesentscheid in Kiel (10./11. April 2013) vorstellen.

Marcel Gumz (Gymnasium Harksheide): Behutsam nimmt Marcel Gumz seine beiden Kunstwerke zwischen die Finger. Auf dem Tisch hinter ihm sind die Zutaten für seinen Wettbewerbsbeitrag aufgereiht: eine leere PET-Wasserflasche, Hibiskusblütentee, Himbeer- und Johannisbeersaft, davor liegen ein Mobiltelefon, ein Taschenrechner und ein Elektromotor. Der 14-jährige Tangstedter hat sich die Aufgabe gestellt, eine recycelbare Solarzelle herzustellen, die mit Farbstoff aus Fruchtsaft und mit Sonnenlicht Strom liefert. Damit soll wiederum eine ebenfalls selbst gebaute, organische Leuchtdiode (OLED) betrieben werden. Zusätzlich erforscht Marcel, ob er die herkömmlichen Glasträger durch PET-Folien ersetzen kann.

Während industrielle Solarzellen mit Halbleitermaterial, etwa Silizium, funktionieren, hat der Gymnasiast eine Alternative parat, die günstiger und umweltfreundlicher ist. Das auch Grätzelzelle genannte Kleinod besteht zum einen aus zwei Glasplättchen - Arbeits- und Gegenelektrode. Sie verfügen auf der Innenseite über eine leitfähige Schicht Zinndioxid, die Arbeitselektrode zudem über eine Schicht Titandioxid. Auf dieser wird wiederum lichtempfindlichter Farbstoff in molekularer Form aufgetragen.

OLEDs werden bereits in Mobiltelefonen verwendet; als Leitmaterial dient organischer Kunststoff (Polymer). Marcels würde die weiterhin genutzten Glasträger gerne durch leitende Kunststofffolien ersetzen. Noch hat er aber keine Möglichkeit gefunden, diese ohne industrielle Methoden herzustellen. Gleichwohl können die von ihm jetzt hergestellten Zellen - er schaltete sechs à 1,4 Volt in Reihe - bereits Elektrogeräte betreiben.

Damit stach der Schüler heraus bei "Jugend forscht". Im Bereich Chemie belegte er den ersten Platz, erhielt 75 Euro vom Fonds der Chemischen Industrie, einen Sonderpreis "Nachwachsende Rohstoffe" (75 Euro; Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) und ist natürlich in Kiel dabei.

Katharina Twesten (Gymnasium Harksheide): Wie die meisten Teilnehmer des Gymnasiums gehört Katharina, 14, zur Forscher-AG, die sich immer dienstags trifft. Eines Tages las die Schülerin von einem interessanten Versuch. "Frau Evers hatte einen Zeitungsartikel gefunden. Darin stand, dass Wasser mit Hilfe von Titandioxid und Sonnenlicht aufbereitet werden könnte. Ich dachte, das bekomme ich auch hin."

Der praktische Bezug liegt nahe: Die Methode kann überall dort eingesetzt werden, wo das Trinkwasser oftmals verschmutzt ist und teure Anlagen zur Aufbereitung rar sind. Hierfür muss Titandioxid in der sogenannten Rutil-Modifikation eingesetzt werden.

Katharina gibt zunächst Ameisensäure in eine Schüssel mit Wasser, die Flüssigkeit wird trübe, der pH-Wert sinkt bis auf 6. "Das ist organischer Dreck", sagt die Nachwuchs-Chemikerin. Nun gibt sie Zahnpasta hinzu, die durch schnelles Umrühren aufgelöst wird. Dass in der weißen Creme enthaltene Titandioxid fungiert als Katalysator, kann Licht im UV-Bereich aufnehmen und dieses an Wassermoleküle weitergeben. Damit wird die Reinigung komplett - der pH-Wert steigt wieder an.

Der Versuch von Katharina Twesten belegte bei "Schüler experimentieren" (Fachbereich Chemie) Platz eins. Sie wird beim Landesentscheid an den Start gehen und erhielt zudem 75 Euro vom Fonds der Chemischen Industrie sowie einen Sonderpreis (50 Euro; Bundesstiftung Umwelt).

Fabian Jahnke, Andre Wisotzki (Gymnasium Harksheide): Wenn ein Airbus A 380 von Frankfurt nach New York City fliegt, werden mehr als 100 Tonnen Kerosin verbraucht. Das muss nicht sein, denken sich Fabian Jahnke, 12, und Andre Wisotzki, 12. In der Tat benötigt ihr Flugzeug keinerlei Treibstoff. Sie haben eine Konstruktion aus Balsaholz - 75 Zentimeter lang, Spannbreite 1,80 Meter - entworfen, die mit lediglich 500 Gramm Gewicht sehr leicht ist. Herzstück des Modells ist ein Solarakku, der mit zwölf auf den beiden Tragflächen montierten Solarzellen verbunden ist.

Stolz erklären Fabian und Andre, dass die genutzte Sonnenenergie Höhen- und Seitenruder, LED-Beleuchtung und nicht zuletzt auch den Elektromotor des Propellers antreibt. Ist der Akku voll aufgeladen, kann das Flugzeug maximal 50 km/h schnell fliegen und sich dabei 20 Minuten in der Luft halten. Solange sie Sichtkontakt haben, behalten die Schüler die Kontrolle mit einer Fernsteuerung.

Das Winterwetter hat bisher verhindert, dass das Flugzeug starten konnte. Doch auch in der Theorie kam das Projekt bestens an. Im Fachbereich Technik von "Schüler experimentieren" waren Fabian Jahnke und Andre Wisotzki die Besten, für Platz eins erhielten sie 75 Euro vom Verein Deutscher Ingenieure und die Zulassung zum Landesentscheid.

Gerrit Gülle, Noah Palle, Nicholas Schubert (Gymnasium Harksheide): Sie kochen Tee, braten Spiegeleier und benötigen dabei weder Steckdose noch Feuerstelle. Damit der Ofen von Gerrit Gülle, 11, Noah Palle, 10, und Nicholas Schubert, 11, in Gang kommt, muss lediglich die Sonne scheinen. Den Rest erledigt die durchdachte Bauweise. Die Schüler nutzten Holzbretter aus einer alten Küche, die Tragegriffe wurden von einer Kiste abmontiert, die Glasscheibe fanden sie auf einem Schrottplatz. Als Isolierung für den Solarofen dienen eine Rettungsdecke, Fleece und dünne Alu-Folie; Wärmeträger ist der rings um eine Metallkiste verteilte Vulkansand.

Hitze entsteht durch einen Glashauseffekt. Beim Vorentscheid in Geesthacht verwendeten Gerrit, Noah und Nicholas eine Lampe - das angeschlossene Thermometer stieg stetig an bis auf 75 Grad.

Zum Landesfinale in Kiel wird das Trio zwar nicht reisen, doch Platz drei bei "Schüler experimentieren" (Technik) beweist, dass ihr Solarofen eine Idee mit Zukunft ist. Vom Verein Deutscher Ingenieure gab es als Prämie zudem ein Taschengeld von 45 Euro.

Henrik Wisotzki, Tim Wei (Gymnasium Harksheide): Dass Coca-Cola verführerisch gut schmeckt, weiß jeder, dass das Erfrischungsgetränk eine ungesunde Menge an Zucker enthält, sollte ebenfalls bekannt sein. Doch sind die Mengenangaben auf den Etiketten tatsächlich korrekt? Henrik Wisotzki, 10, und Tim Wei, 12, haben dies genauer untersucht.

Im ersten Teil ihrer Versuchsreihe ging es um die Entfernung des Farbstoffes. Die Substanz Zuckerkulör gibt der Cola eine karamellisierte Geschmacksnote, stört aber beim Nachweis von Zucker. Einen besonderen Zweck erfüllt Aktivkohle, die in der Lage ist, organische Stoffe zu adsorbieren. Sie wird gemischt mit der Cola in einem Messzylinder zum Kochen gebracht, dann auf rund 20 Grad abgekühlt und anschließend durch einen mit Watte gefüllten Filter in einen Erlenmeyer-Kolben geträufelt. Die Prozedur wird fünfmal wiederholt, das Filtrat wird schrittweise heller, ehe letztlich nur noch die Kohle als Rückstand in der Watte zurückbleibt.

Im zweiten Versuch wird nur die Cola erhitzt, sodass sie ihren Gehalt an Kohlenstoffdioxid (6 Gramm/Liter) verliert, und dann in einen weiteren Messbecher gegossen. Dort wird mittels eines Aräometers der Dichtegrad abgelesen, mit Werten anderer Zuckerlösungen verglichen und auf die Beschaffenheit von Cola umgerechnet. Zur Veranschaulichung: Auf 100 Milliliter kommen 12 Gramm Zucker, ein halber Liter des Getränks beinhaltet 20 Würfel.

Henrik und Tim erreichten bei "Schüler experimentieren" mit ihrem Beitrag den dritten Platz - dafür erhielten sie 45 Euro vom Fonds der Chemischen Industrie.