Chemie

Wässrige Akkusysteme als Stromspeicher der Zukunft?

Wässrige Akkusysteme als Stromspeicher der Zukunft?

Lithium-Ionen-Akkus sind insbesondere bei mobilen Endgeräten weit verbreitet. Sie zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte und Lebensdauer aus. Zwar sind weltweit genügend Lithium-Ressourcen vorhanden, doch sind diese sehr ungleich über den Erdball verteilt. Christian Brudy, Daniel Crusius und Elias Chalwatzis suchten daher nach einer Alternative zu Lithium in Akkusystemen. Dazu testeten sie Batteriesysteme mit unterschiedlichen Salzen und Säuren in wässriger Lösung. In einem Modellversuch betrieben sie einen kleinen Motor mit einem wasserbasierten Akku. Die Entwicklung der Jungforscher könnte einen Beitrag zu mehr Unabhängigkeit von der in Europa knappen Ressource Lithium leisten.

Apfel hin und her – Vergleich der antioxidativen Aktivitäten von Apfelschale und Apfelfleisch

Apfel hin und her – Vergleich der antioxidativen Aktivitäten von Apfelschale und Apfelfleisch

Antioxidantien im Obst schützen uns vor Zellalterung und Krebs. Felix Mende hat am Beispiel von Äpfeln untersucht, wo in der Frucht die meisten dieser Radikalfänger stecken. Mit verschiedenen chemischen Analysemethoden bestimmte der Jungforscher die Menge bekannter Antioxidantien in Schale und Fruchtfleisch mehrerer Sorten und verglich die Werte miteinander. Die Ergebnisse sind eindeutig: In der Schale stecken bis zu fünf Mal mehr zellschützende Wirkstoffe, das gilt besonders für die Sorten Braeburn und Jonagold. Außerdem enthalten Schalen andere zellschützende Stoffe als das Fruchtfleisch. Wie die Äpfel gelagert werden, spielt für den physiologischen Wert dagegen kaum eine Rolle. Die Empfehlung des Jungforschers lautet daher: Äpfel vor dem Essen auf keinen Fall schälen!

Power to Gas – ein alternatives Konzept

Power to Gas – ein alternatives Konzept

Wohin mit dem Strom, wenn Windräder und Solaranlagen mehr Energie liefern als gerade nötig? Ein attraktives Speichermedium ist das Gas Methan, ein Hauptbestandteil von Erdgas. Dieses lässt sich erzeugen, indem man mit überschüssigem Strom erst Wasser chemisch aufspaltet, dabei Wasserstoff gewinnt und diesen dann unter Einsatz von Kohlendioxid in Methan umwandelt. Dieses Verfahren ist zwar lange bekannt, doch Jakob Dichgans, Daniel Riesterer und Lumen Haendler optimierten es. Die Jungforscher bauten eine Anlage, die das dafür notwendige Kohlendioxid in einem kontinuierlichen Prozess aus Verbrennungsabgasen gewinnt. Ein doppelter Vorteil für die Umwelt: Das klimaschädliche Kohlendioxid gelangt nicht mehr in die Atmosphäre, und man erhält einen wertvollen speicherbaren Energieträger.

Grüne Olefine aus nachwachsenden Rohstoffen: Perspektiven für das Nacherdölzeitalter

Grüne Olefine aus nachwachsenden Rohstoffen: Perspektiven für das Nacherdölzeitalter

Es muss nicht immer Erdöl sein – wichtige industrielle Grundchemikalien wie Ethen lassen sich auch aus pflanzlichen Rohstoffen herstellen. Das haben Levin Winzinger, Larissa Roth und Felicitas Kaplar mit ihren Versuchen gezeigt. Sie untersuchten zunächst ein katalytisches Crack-Verfahren, mit dem schon heute Ethen aus Glyzerin gewonnen wird. Durch Verbesserungen des Katalysators gelang es ihnen, diesen Ansatz zu verbessern und die Gasausbeute deutlich zu steigern. Dann ersetzten sie Glyzerin durch Pflanzenöle und testeten sogar gebrauchtes Frittierfett. Ihre Analysen der erzeugten Gase belegen: Mit Ölen wird das Verfahren einfacher und effizienter. Die Ausbeute an industriell wichtigen Olefinen wie Ethen und Propen ist höher. Zudem hält der Katalysator länger und lässt sich einfacher regenerieren.

Die Dual-Graphit-Batterie – eine sichere und grüne Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie?

Die Dual-Graphit-Batterie – eine sichere und grüne Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie?

Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos sind groß, schwer und aufgrund mancher Inhaltsstoffe auch umweltschädlich. Amandus Krause, Benedikt Alt-Epping und Lara Sophie Grabitz wollten wissen, ob es bessere und umweltfreundlichere Alternativen gibt. In ihren Experimenten verglichen sie selbst gebaute Lithium-Ionen-, Dual-Graphit- und Nickel-Cadmium-Akkus in ferngesteuerten Modellautos. Sowohl bei Reichweite als auch bei Spannung und spezifischer Kapazität schnitt die Lithium-Ionen-Batterie eindeutig am besten ab. Dennoch glauben die Jungforscher, dass sich Weiterentwicklungen des Dual-Graphit-Akkus – insbesondere der Version mit drei Kohleelektroden – lohnen, da eine solche Batterie besonders kostengünstig und umweltverträglich wäre.

Vom Schnuller bis zur Backform – Recycling von Silikonen

Vom Schnuller bis zur Backform – Recycling von Silikonen

Silikone gehören zu den wichtigsten Kunststoffen im Alltag – und doch werden Silikonabfälle nur selten wiederverwertet. Moritz Tschiersch, Daniel Woelki und Benedict Heyder haben bekannte Recyclingverfahren verbessert und einen Stoffkreislauf für Silikone entwickelt. Zunächst experimentierten sie mit unterschiedlichen Chemikalien und verschiedenen Eisensalzen als Katalysatoren, um die langen Molekülketten des Kunststoffs zu spalten. Besonders knifflig war dabei, die perfekte Kombination aus Temperatur, Stoffmenge und Katalysator zu finden. Die gewonnenen Monomere analysierten die Jungchemiker mit moderner Spektroskopie und polymerisierten die Einzelbausteine anschließend wieder zu neuem Kunststoff.

Analysemethoden zur Bestimmung des Mikroplastikvorkommens in litoralen Sedimenten

Analysemethoden zur Bestimmung des Mikroplastikvorkommens in litoralen Sedimenten

Gefährliches Mikroplastik gibt es überall – sogar an den Stränden der Unterwarnow. Das haben Jean-Christin Beyer, Hilke Lotta Nickel und Emelie Jogschies herausgefunden. Die Jungchemikerinnen nahmen neun Monate lang regelmäßig Proben an zwei Standorten und analysierten die winzigen Partikel und Fasern mit verschiedenen Methoden. In ihren Proben fanden sie recht große Mengen an Mikroplastik. Gelangt dieses ins Trinkwasser der Hansestadt Rostock, könnte es wegen bestimmter Inhaltsstoffe wie Weichmachern eine Gesundheitsgefahr darstellen. Sie stellten außerdem fest, dass eine Analyse der Mikroteilchen aus unterschiedlichen Plastiksorten gar nicht so einfach ist und man daher am besten mehrere Methoden kombiniert.

Mikroplastik – ein wachsendes Problem

Mikroplastik – ein wachsendes Problem

Julia Henrike Freund sorgt sich um die Umweltgefahren, die von winzigen Plastikpartikeln in Flüssen und Meeren ausgehen. Bei der Recherche fiel ihr auf, dass das Klärwerk in Oldenburg durch besondere Filter besonders viel von dem Mikromüll aus dem Abwasser holt. Sie wollte wissen, wie diese Filter funktionieren und ob sich Mikroplastik auch durch andere Methoden herausfiltern lässt. Die Jungforscherin untersuchte Abwasserproben des Klärwerks und stellte fest, dass ein spezieller Stoff auf den Filtern die winzigen Teilchen absorbiert. Da Mikroplastik unpolar ist, entwickelte sie außerdem eine Methode, die mithilfe ebenfalls unpolarer Flüssigkeiten die Partikel aus dem Wasser fischt. Werden beide Methoden kombiniert, so ihr Resümee, ist die Säuberung des Wassers am effektivsten.

Nicht immer bloß wegschmeißen! – Wir recyceln Altelektronik und untersuchen mögliche Alternativen

Nicht immer bloß wegschmeißen! – Wir recyceln Altelektronik und untersuchen mögliche Alternativen

Elektroschrott enthält viele wertvolle Metalle. Aber wie schwierig ist es, Gold und Kupfer aus dem Schrott zu gewinnen? Tino Beste, Tom Bösing und Arian Bäumer wissen die Antwort. Sie analysierten elektronische Bauteile aus einem alten Computer mithilfe von Röntgenfluoreszenz und fanden dabei über ein Dutzend chemische Elemente. Außerdem experimentierten sie mit verschiedenen Säuren und Fällungsmitteln, bis es ihnen gelang, Leiterbahnen und Kontakte aus Nickel und Kupfer aufzulösen. Die dünnen Goldschichten auf den Bauteilen ließen sich danach als feine Blättchen abfiltrieren. Auch für das gelöste Altkupfer haben die Jungchemiker Verwendung: Da Kupferionen für viele Bakterien und Pilzsporen giftig sind, könnte die Lösung als Pflanzenschutzmittel genutzt werden.

Chemische Speicherung der Sonnenenergie mittels PCM-Materialien

Chemische Speicherung der Sonnenenergie mittels PCM-Materialien

Jeder kennt Wärmekissen, in denen ein festes Material durch Schmelzen kurzzeitig heiß wird und beim Erstarren wieder abkühlt. Diese Phasenwechsel sind unendlich oft wiederholbar. Nach demselben Prinzip müsste es möglich sein, in Phasenwechselmaterialien, kurz PCM, überschüssige Wärme aus Solaranlagen zu speichern, sagte sich Maximilian Albers. Er untersuchte zwei verschiedene Natriumsalzhydrate, um herauszufinden, wie viel Energie sie aufnehmen können und wie stabil die Zyklen aus Schmelzen und Erstarren sind. Der Jungchemiker kam zu dem Ergebnis, dass eine solche Wärmebatterie am besten aus zwei Speichern bestehen sollte. In dem einen Speicher liefert das erste Salz die Grundlast für Heizen und Warmwasser, das zweite Salz kann in einem weiteren Speicher Bedarfsspitzen abdecken.

Herstellung von Zementhohlkörpern mittels Pickering-Emulsionen

Herstellung von Zementhohlkörpern mittels Pickering-Emulsionen

Wie wird aus Beton ein guter Dämmstoff, der den Energieverbrauch von Häusern senken kann? Der Vorschlag von Richard Neubert und Marc Päßler: Man könnte dem Beton luftgefüllte Zementpartikel beimischen. Die beiden haben solche Hohlkörperchen hergestellt und nutzten dafür den Pickering-Effekt: Feststoffe wie Zement bilden um die Teilchen einer Emulsion eine mechanisch stabile Schicht. Die Jungchemiker experimentierten mit Seife, hydrophoben Chemikalien, basischen Lösungen und Zusatzstoffen, um die geeignete Emulsion zu finden. Die besten Ergebnisse erzielten sie mit wasserabweisender Stearinsäure und Natriumhydroxidlösung: Wird die Lösung auf Zementpulver getropft, bildet der Zement beim Aushärten um die Tropfen wenige Millimeter große Hohlkörperchen.

Versuche mit plasmatischen Vorgängen bei der Elektrolyse in wässrigen Lösungen

Versuche mit plasmatischen Vorgängen bei der Elektrolyse in wässrigen Lösungen

Wasser lässt sich mit Strom in Sauerstoff und Wasserstoff spalten. Benedikt Pintat hat durch seine Laborversuche entdeckt, dass bei dieser Elektrolyse noch mehr passiert: Unter besonders hoher Spannung bildet sich an den beiden Elektroden ein energiereiches Plasma, also ein Gemisch aus ionisierten Teilchen und Elektronen. An der Kathode macht sich das Plasma durch helles Leuchten und starke Hitze bemerkbar. An der Anode entlädt sich die hohe Energie durch Blitze, außerdem bildet sich auf dem Metall der Anode eine feste Beschichtung aus keramikähnlichen Oxiden. Gerade diese Beschichtung ist für die Industrie interessant, glaubt der Jungforscher. Je nachdem, welche Stoffe im Elektrolyten gelöst sind, ließen sich maßgeschneiderte, keramikbeschichtete Metallwerkstoffe erzeugen.

Printed – Herstellung einer auf Naturstoffen basierenden Farbe für Tintendrucker

Printed – Herstellung einer auf Naturstoffen basierenden Farbe für Tintendrucker

Können Druckerfarben umweltfreundlich sein? Franziska Mey, Ann-Jacqueline Herbst und Pascal Fichtel sind davon überzeugt. Aus der Wurzel der Berberitze extrahierten sie das leuchtend gelbe Berberin. Als blaue Farbe wählten sie das Indigokarmin. Da sich dieses allerdings schwer extrahieren ließ, synthetisierten sie es chemisch. Die Jungforscher stellten fest, dass gute Farben vor allem dickflüssig und lichtstabil sein müssen, um in Tintenstrahldruckern zu funktionieren. Sie experimentierten mit Verdickungsmitteln und Antioxidantien, bis das Druckbild zwar heller als normal, dafür aber sauber und stabil war. In der Zukunft wollen die Jungchemiker ihre Rezepturen noch verbessern, um auch mit Industriefarben konkurrieren zu können.

Nitrat und Nitrit. Warum man Essen besser nicht aufwärmen sollte!

Nitrat und Nitrit. Warum man Essen besser nicht aufwärmen sollte!

Spinat- oder Pilzgerichte soll man nicht stehen lassen oder wieder aufwärmen, das besagt eine alte Hausfrauenregel. Donia Bekziz und Sarah Rebeck wollten wissen, ob sich diese Regel auch wissenschaftlich belegen lässt. Dazu untersuchten die Jungforscherinnen, unter welchen Bedingungen sich in Fleisch und Gemüse gesundheitsschädliches Nitrit bildet. Ihre spektroskopischen Analysen zeigten, dass gepökeltes Fleisch und Wurst von vornherein Nitrit enthalten. Bei Gemüse entsteht Nitrit schon beim Kochen. Allerdings bildet sich weitaus mehr von dem Salz, wenn das zubereitete Gemüse ungekühlt und über mehrere Tage aufbewahrt wird. Ihr Resümee: Hausfrauen wissen, wovon sie reden!

Bisphenol A – ungebannte Gefahr im Alltag

Bisphenol A – ungebannte Gefahr im Alltag

Viele Kunststoffe enthalten den Weichmacher Bisphenol A, kurz BPA, der im Verdacht steht, den Hormonstoffwechsel des Menschen zu stören. Praktisch wäre daher ein BPA-Schnelltest für Verbraucher. Vor diesem Hintergrund hat sich Wiebke Paul zunächst mit den üblichen Nachweisverfahren beschäftigt und photometrisch eine Farbreihe unterschiedlicher Konzentrationen erstellt. Dann analysierte sie BPA in Plastikflaschen sowie Plastiktellern und stellte fest, dass sich der Weichmacher bereits durch heißes Wasser leicht aus den Kunststoffen herauslöst. Um einen einfachen Schnelltest zu entwickeln, will sie die in herkömmlichen Tests üblichen Chemikalien durch weniger giftige Stoffe ersetzen.

Hydrophobe Methylcellulosegemische oder „Der wasserunlösliche Kleister“

Hydrophobe Methylcellulosegemische oder „Der wasserunlösliche Kleister“

Methylcellulose ist eine chemische Verbindung und Hauptbestandteil vieler Tapetenkleister. Wird das geklebte Material allerdings feucht, löst sich der Klebstoff auf. Um Klebestellen wasserfest zu machen, gingen Jörn Klaßen, Jan Klüver und Seray Baglar auf die Suche nach geeigneten Zusatzstoffen. Sie testeten verschiedene biologische Geliermittel und stellten fest, dass insbesondere Gelatine und Alginate die Methylcellulose gegenüber Wasser resistenter machen. Auf Basis der von den Jungforschern entwickelten Rezepturen könnten in Zukunft ökologische und preiswerte Kleber hergestellt werden, die auch Feuchtigkeit und Nässe standhalten.

Einschließen von Farbstoff in Polymilchsäure zur Entwicklung einer Identifikationsmethode für bakterielle Infektionen

Einschließen von Farbstoff in Polymilchsäure zur Entwicklung einer Identifikationsmethode für bakterielle Infektionen

Ärzte verschreiben häufig Antibiotika, auch wenn gar nicht sicher ist, ob es sich um eine bakterielle Infektion handelt. Lilian Sophie Szych und Liesa Eickhoff entwickelten daher einen speziellen Ansatz, um Bakterien nachzuweisen. Sie stellten aus Polymilchsäure und Carotin winzige, stabile Partikel her, in die der Farbstoff eingeschlossen ist. Ihre Idee: Wenn infektiöse Bakterien vorhanden sind, setzen ihre Stoffwechselprodukte das Carotin wieder frei und lösen eine Farbreaktion aus. Um diese Methode zu überprüfen, untersuchten sie Form und Größe ihrer Partikel unter dem Rasterelektronenmikroskop. Bei Zugabe von Säure tritt der Farbstoff aus – eine wichtige Erkenntnis für die weitere Entwicklung dieses Ansatzes.

Der süße Strom – die Glucose-Batterie

Der süße Strom – die Glucose-Batterie

Batterien müssen nicht immer Blei und ätzende Säure enthalten. Dennis le Plat glaubt, dass umweltverträgliche Verbindungen wie Traubenzucker als Basis für neue Stromspeicher dienen könnten. Das Prinzip seiner „süßen“ Batterie: Löst man Traubenzucker in einer Kaliumhydroxidlösung auf, lässt sich die Glucose in einer elektrochemischen Zelle katalytisch zu Gluconsäure oxidieren, wobei Strom entsteht. Der Jungforscher experimentierte mit verschiedenen Membranen, Zuckerkonzentrationen und Temperaturen. Seine Ergebnisse zeigen, dass eine Glucose-Brennstoffzelle durchaus realisierbar ist, auch wenn nur geringe Leistungen erzielt werden können.

Chlorfreie Raumfahrt – Weiterentwicklung Ammoniumnitrat basierter Festtreibstoffe

Chlorfreie Raumfahrt – Weiterentwicklung Ammoniumnitrat basierter Festtreibstoffe

Mehr als 500 Tonnen Salzsäure gelangen jedes Jahr als Folge der kommerziellen Raumfahrt in die Atmosphäre – eine erhebliche Umweltbelastung. Die Säure kann sich bilden, weil die heute verwendeten Festbrennstoffe Chlor enthalten. Daher fragte sich Saverio Nobbe, ob es nicht auch chlorfrei geht. Theoretisch schon, denn als alternative Substanz lässt sich etwa Ammoniumnitrat verwenden. Allerdings brennt dieser Treibstoff zu langsam ab, weshalb er ohne Zusatzstoffe für den Einsatz in der Raumfahrt nicht geeignet ist. Mit passenden Zusatzstoffen ist es jedoch möglich, eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen. Der Nachwuchschemiker analysierte entsprechende Substanzen und schuf zugleich neue Polymere. Immer mit dem Ziel, dem Ammoniumnitrat Beine zu machen.

Cavity – Analyse uniaxialer meso- und nanoporöser Systeme in anodisch oxidiertem Aluminium

Cavity – Analyse uniaxialer meso- und nanoporöser Systeme in anodisch oxidiertem Aluminium

Nanostrukturen sind die Basis vieler Hightechprodukte, vom Katalysator über den selbstreinigenden Lack bis hin zur Sonnenmilch. Arne Hensel stellte mit einem elektrochemischen Verfahren nanoporöse Oberflächen sowie mithilfe eines Mikroreaktors dünne Schichten aus Aluminiumoxid her. Für die Analyse der Oberflächenstruktur nutzte der Jungforscher Farbstoffe als Sonden. So konnte er zum Beispiel die Parameter bestimmen, über die sich die Porengröße bei seinem Herstellungsprozess präzise steuern lässt. Sein Verfahren könnte zur effizienteren Produktion von organischen Leuchtdioden, sogenannten OLEDs, oder Membranen für Brennstoffzellen beitragen.

Die Grüne Ultra-Windel

Die Grüne Ultra-Windel

Wer ein Baby hat, der muss große Mengen an Windeln entsorgen. Josephine Jüling und Lisa Gründer störten sich daran, dass herkömmliche Windeln wenig umweltfreundlich und nicht biologisch abbaubar sind. Die beiden gingen auf die Suche nach alternativen Materialien. Als Füllstoffersatz schlagen sie Katzenstreu aus feinsten Pflanzenfasern vor. Plastik ersetzten die Jungforscherinnen durch Biofolie und Baumwollmull. Getrockneter und pulverisierter Rotkohlsaft, das zeigten ihre Versuche, eignet sich als Nässeindikator, denn das darin enthaltene Cyanidin wechselt seine Farbe sowohl beim Kontakt mit saurer Harnsäure als auch mit basischen Stoffen im Urin. Ihre Öko-Windeln sind nicht nur wiederverwendbar, sondern auch preisgünstig.

Glutenklebstoff – effizient und nachwachsend

Glutenklebstoff – effizient und nachwachsend

Wo früher geschraubt wurde, wird heute oft geklebt. Doch viele Klebstoffe belasten die Umwelt: Für die Herstellung benötigt man fossile Rohstoffe, vor allem Erdöl, und es werden problematische Lösungsmittel eingesetzt. Also fragten sich Georg Poelchen, Florian Siekmann und Karolina Schatz, ob man nicht alternativ den natürlichen Kleber im Getreide, das Gluten, nutzen kann. Erst extrahierten sie den Stoff selbst aus Weizen, stellten dann aber fest, dass sich gekauftes Gluten – weil es reiner ist – noch besser eignet. In folgenden Experimenten untersuchten sie beispielsweise Zusätze wie Alkohol oder Natronlauge sowie Stoffe, die dem Gluten eine stärkere Molekularstruktur geben. Das Ergebnis ist ein Kleber, der die Klebefestigkeit von handelsüblichem Holzleim erreicht.

Carbon Nanotubes (CNTs) – das neue Produkt der Zukunft?

Carbon Nanotubes (CNTs) – das neue Produkt der Zukunft?

Nanotubes gelten wegen ihrer besonderen mechanischen und elektrischen Eigenschaften als Material der Zukunft. Benedikt Brandau, Antonia Kraus und Juliane Mohr sind fasziniert von den winzigen Röhrchen aus Kohlenstoff. Sie machten sich mit ihren Strukturen und deren Herstellungsprozess vertraut, produzierten selbst Nanotubes und untersuchten deren elektrische Leitfähigkeit. Ferner entwickelten sie die Idee für eine neue technische Anwendung: In der Halbleiterindustrie könnte man mit einem extrem belastbaren Draht aus vernetzten Nanotubes Silizium einfacher und preiswerter in Wafer, also dünne Scheiben, zersägen als mit dem heute üblichen Verfahren. Die Jungforscher stellten auch fest, dass viele Fragen zum Einsatz sowie zu möglichen Gesundheitsgefahren noch immer ungeklärt sind.

Der Clou mit der Kuh – Biogas mit Pansensaft

Der Clou mit der Kuh – Biogas mit Pansensaft

Stroh ist ein hervorragender Energielieferant – das gilt jedenfalls für Wiederkäuer, deren spezieller Magentrakt die stabilen Zellulose- und Ligninmoleküle aufspalten kann. Christoph Griehl gelang es, die Verdauungstalente der Kuh ins Labor zu übertragen. Er versetzte Weizenstroh mit verschiedenen Enzymen sowie mit Pansensaft und analysierte über mehrere Tage den Abbau im Gärschrank. Sein Resümee: Die Spaltung von Zellulose, Hemizellulosen und Lignin in energiereiche Zucker gelingt auch außerhalb der Kuh, allerdings sind dafür mehrere Schritte nötig. Am besten wird das Stroh zunächst mit Enzymen versetzt und im Dampfkochtopf vorbehandelt und anschließend mit Pansensaft vergärt. Verglichen mit Mais wäre Bioenergie aus Stroh sogar deutlich günstiger und umweltverträglicher.

Elektrochemische Reduktion von Kohlenstoffdioxid

Elektrochemische Reduktion von Kohlenstoffdioxid

Kohlendioxid gehört zu den langlebigsten Treibhausgasen. Könnte man das schädliche Gas als Kohlenstoffquelle nutzen und daraus wieder energiereiche Stoffe wie Methanol gewinnen? Anton Klersy glaubt, dass die Elektrolyse das stabile Kohlendioxidmolekül knacken könnte und so ein Recycling des Klimagases möglich macht. Der Jungforscher beschäftigte sich in Theorie und Praxis mit den Vorgängen in einer Elektrolysezelle und experimentierte mit verschiedenen Lösungsmitteln und Elektroden. Allerdings führte keiner seiner Versuche zum Erfolg. Ursache dafür, so seine Vermutung, ist die mangelnde Eignung des Materials, das er für Elektroden und Katalysator verwendete. Trotz der Rückschläge leistete er Pionierarbeit, denn bislang hat sich kaum jemand an das Recycling des Treibhausgases gewagt.

Fotosynthese ohne Chlorophyll

Fotosynthese ohne Chlorophyll

Die Sonne liefert unglaubliche Mengen an Energie. In der Natur wird diese mittels Fotosynthese gespeichert. Doch lässt sich diese Art der Energiespeicherung auch technisch nachbauen? Eine mögliche Methode ist die Verwendung von Kohlenstoffnitrid, denn der Stoff kann – wird er mit Licht bestrahlt – aus Wasser den Energieträger Wasserstoff abspalten. Da diese Methode bislang allerdings wenig effizient ist, suchte Kevin Jablonka nach Möglichkeiten, das Ergebnis zu verbessern. Dafür vergrößerte er die aktive Oberfläche, indem er eine Art Vlies herstellte, an dessen winzigen Fasern sich das Kohlenstoffnitrid besonders fein verteilt. Die Oberfläche konnte er so erheblich vergrößern. Die Idee führte zum Erfolg: Unter starker Beleuchtung entstehen nun messbare Mengen an Wasserstoff.

Vom Treibhausgas zum Energieträger der Zukunft: neue Erkenntnisse zu Emission und Genese von Methan

Vom Treibhausgas zum Energieträger der Zukunft: neue Erkenntnisse zu Emission und Genese von Methan

Ackerböden mit Staunässe setzen viel Methan frei, das weiß man bereits von asiatischen Reisfeldern. Antonia Hartmann und Felicitas Kaplar haben Böden in Bayern auf dieses Phänomen hin untersucht. Ihre Gasanalysen zeigten, dass nach starken Regenfällen auch hierzulande die Bakterien im Boden Methan erzeugen. Und selbst bei Trockenheit bildet sich durch chemische Umwandlung organischer Substanzen das Gas im Boden. Bodenmikroben lassen sich jedoch auch gegen den Treibhauseffekt einsetzen, den das Methan befördert: Die beiden Jungforscherinnen setzten Gärbakterien in einem Reaktor unter Strom und konnten so das Treibhausgas Kohlendioxid mit hoher Effizienz in energiereiches Biogas umwandeln.

Ausarbeitung und Prüfung zweier Pyrolyse-Verfahren – KPSD- und PSSLD-Verfahren – zum Recycling von Polystyrol

Ausarbeitung und Prüfung zweier Pyrolyse-Verfahren – KPSD- und PSSLD-Verfahren – zum Recycling von Polystyrol

Abfälle aus Polystyrol sind viel zu wertvoll, um sie einfach zu verbrennen. Jonas Höcht und Sebastian Weise setzen stattdessen auf das Recycling des viel verwendeten Dämmstoffs. In ihrer Vakuumapparatur gelang es ihnen zunächst, die langen Molekülketten des Kunststoffs bei hohen Temperaturen in ihre ursprünglichen Bausteine aufzuspalten. Im Folgenden verbesserten sie ihre Pyrolyseapparatur, optimierten die Kühlung und beschäftigen sich mit der Suche nach dem besten Reinigungsverfahren für die erzeugten Spaltprodukte. Das Ergebnis ihrer Forschungsarbeit: Auch bei einer Recyclingrate von nur 25 Prozent wäre ihr Verfahren nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch wesentlich rentabler als die Verbrennung von Polystyrolabfällen.

Magnesiumbatterie

Magnesiumbatterie

Für Elektroautos braucht man Lithium-Ionen-Batterien. Da das Lithiumvorkommen auf der Erde begrenzt ist, haben Fabian Fritsch und Peter Wendt untersucht, ob sich das seltene Element durch Magnesium ersetzen lässt. Sie bauten elektrochemische Zellen mit einer Anode aus Magnesiumblech und experimentierten mit unterschiedlichen Oxidationsmitteln und Elektrolyten. Es gelang ihnen, mit ihrem Prototypen einen kleinen Propeller 30 Minuten lang anzutreiben. Damit Elektroautos in Zukunft mit einer Magnesiumbatterie fahren können, ist jedoch weitere Forschung nötig. Die Jungforscher stellten beispielsweise fest, dass es schwierig ist, störende chemische Nebenreaktionen in der Zelle zu verhindern.

Farben länger leuchten lassen – Schutz fluoreszierender Farbstoffe vor Photobleaching mittels Antioxidantien

Farben länger leuchten lassen – Schutz fluoreszierender Farbstoffe vor Photobleaching mittels Antioxidantien

Selbst der teuerste Farbstoff verblasst, wenn er Sonnenlicht ausgesetzt ist. Lässt sich diese chemische Veränderung der Farben durch Antioxidantien verhindern? Um das zu klären, experimentierten Martin Vater und Carolin-Luise Picht mit einem fluoreszierenden Farbstoff und dem natürlichen Antioxidationsmittel OPC. Sie extrahierten OPC aus gemahlenen Traubenkernen und mischten es mit dem Farbstoff. Die Mischung bestrahlten sie in einer selbst gebauten, geschlossenen Alubox mit Licht aus einer UV-C-Leuchtstoffröhre. Wie erhofft stieg die Halbwertszeit des Farbstoffs in Gegenwart von OPC deutlich an. Die beiden schließen daraus, dass das Antioxidans die energiereiche UV-C-Strahlung abfängt und dadurch die Zerstörung des Farbstoffs verlangsamt.

Emulgatoren und Fette versus Lacke und Farben – auf der Suche nach alternativen Lösungsmitteln

Emulgatoren und Fette versus Lacke und Farben – auf der Suche nach alternativen Lösungsmitteln

Organische Lösungsmittel sind oft eine Gefahr für Umwelt und Gesundheit. Florian und Karl-Ohle Kias sowie Christin Lucksnat machten sich daher auf die Suche nach einer alternativen Reinigungslösung: ungiftig, umweltverträglich und doch perfekt für die Entfernung von Farben und Lacken. Sie experimentierten mit verschiedenen Emulgatoren, Estern, Lipiden und Wasser. Daraus entwickelten die Jungforscher eine Rezeptur für ein wässriges Lösungsmittel, mit dem sich beispielsweise Graffiti von Mauern und Verkehrsschildern entfernen lassen. Aber auch im Alltag vieler Frauen könnte dieses Mittel bald Anwendung finden: Als Nagellackentferner verwendet hat die Rezeptur sogar einen pflegenden Nebeneffekt.

Elektrische und chemische Energie aus pflanzlichen Abfallstoffen

Elektrische und chemische Energie aus pflanzlichen Abfallstoffen

Aus pflanzlichen Abfällen wird mithilfe von Bakterien vielfach Biogas gewonnen. René Wurst und Kira Behm hatten eine Idee, wie sich deutlich mehr Energie aus den Abfällen herausholen lässt: Wenn der Bioreaktor wie eine galvanische Zelle aufgebaut ist, erzeugen die Bakterien an der Anode Strom. Außerdem entstehen bei der Vergärung die Gase Methan und Wasserstoff, die sich durch Verbrennung oder in einer Brennstoffzelle nutzen lassen. Um dies in die Tat umzusetzen, bauten die Jungchemiker einen kleinen Zwei-Kammer-Reaktor, dessen Anodenraum sie mit Rübenschnitzel oder Grassilage füllten. Sie entdeckten, dass die Stromausbeute von vielen Faktoren abhängt. Ganz wesentlich sind organisch gebundene Eisenionen. Diese Ionen steuern die Elektronenübertragung und damit die Aktivität der Bakterien.

Das Fachgebiet Chemie bietet Jungforschern viele Möglichkeiten

Jungforscherinnen und Jungforscher können organische und anorganische Reaktionen untersuchen oder ihr Augenmerk auf die analytische, synthetische, technische sowie die physikalische Chemie richten. Von einfachen Tests zu Hause bis hin zu aufwendigeren Versuchen in der Schule oder im Labor – alles ist möglich.

Disziplinen im Fachgebiet Chemie sind vor allem

  • Analytische Chemie
  • Angewandte Chemie
  • Anorganische Chemie
  • Biochemie
  • Makromolekulare Chemie
  • Organische Chemie
  • Physikalische Chemie
  • Theoretische Chemie

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Chemie?

Vom Wettbewerb grundsätzlich ausgeschlossen sind Projekte, die Teilnehmer oder Dritte gefährden. Dazu zählen Experimente mit Sprengstoff, Drogen oder radioaktiven Stoffen.

Weiterführende Informationen

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