Chemie

Das kann in die Biotonne – Gewinnung des Biokunststoffs Polyhydroxyalkanoat aus Bakterien

Das kann in die Biotonne – Gewinnung des Biokunststoffs Polyhydroxyalkanoat aus Bakterien

Sind Biokunststoffe eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichem Plastik? Clara Sophie Buchwald, Dorothea Thomas und Bastian Preuk sind von den Vorteilen des Biokunststoffs PHA, der von Bakterien synthetisiert wird, überzeugt. Mithilfe des Bodenbakteriums Cupriavidus necator stellten sie verschiedene PHA-Varianten her und extrahierten die Biomasse mit dem Lösungsmittel Propylencarbonat. Nach Reinigung und Trocknung konnten die drei durch Infrarotspektroskopie nachweisen, dass ihr Biokunststoff eine Reinheit von über 95 Prozent hat. Die Umwelt profitiert so mehrfach: Für die Herstellung wird kein Erdöl verbraucht und das PHA ist biologisch abbaubar. Die Experimente zeigten zudem, dass Propylencarbonat giftiges Chloroform ersetzen kann, das normalerweise für die Biomassen-Extraktion genutzt wird.

Einfluss nanoskaliger Additive auf die Eigenschaften von Kunststoffkompositen

Einfluss nanoskaliger Additive auf die Eigenschaften von Kunststoffkompositen

Winzig kleine Nanopartikel können die Eigenschaften von Kunststoffen verändern und verbessern. Dafür ist es wichtig, dass sie sich gleichmäßig im Material verteilen und nicht verklumpen. Lukas Dellermann stellte aus Polyesterharz, Härter und dem Additiv Aluminiumoxid Probekörper her und analysierte deren Härte und Belastbarkeit. Er stellte fest, dass der Kunststoff mehr Druck- und Schlagbelastung aushält, wenn Partikel mit einer Größe von nur 13 Nanometern zugemischt werden. Bei größeren Partikeln mit 40 Nanometern war das nicht der Fall. Die mögliche Erklärung: Eine homogene Verteilung des Additivs im Harz ist schwierig zu erreichen. Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnte der Jungforscher sichtbar machen, dass vor allem die größeren Partikel Miniklümpchen bilden, was deren Wirkung abschwächt.

Hohe Energieeffizienz im Mikrobereich

Hohe Energieeffizienz im Mikrobereich

Redox-Flow-Batterien sind eine Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus, erreichen derzeit aber noch nicht deren Energiedichte. Tim Großmann konnte zeigen, dass die Effizienz von Flussbatterien durch Modifikation der Elektrodenoberfläche gesteigert werden kann. Er entwarf und konstruierte eine kleine Testbatterie. Das Grafit der Elektrode veränderte er durch elektrochemische Anlagerung von Sauerstoffgruppen. Seine Variante liefert eine um mindestens 30 Prozent höhere Zellspannung als eine Vergleichsbatterie mit unbehandeltem Grafit. Der Jungforscher vermutet, dass die angelagerten Sauerstoffgruppen die Wanderung und den Abtransport der Wassermoleküle erleichtern, die bei der Redoxreaktion entstehen. Die aktiven Zentren in der Elektrode bleiben frei – die Batterie ist besser im Fluss.

Indikator für die quantitative Analyse von Aluminium-Ionen

Indikator für die quantitative Analyse von Aluminium-Ionen

Aluminium steht im Verdacht, für Menschen gesundheitsschädlich zu sein. Anna-Yaroslava Bodnar und Alexander Csaba Baumgarten beschäftigten sich bereits länger mit der Frage, wie sich schnell und einfach der Aluminiumgehalt in Nahrungsmitteln bestimmen lässt. Sie nutzten dafür Farbstoffe, die mit Aluminium-Ionen Molekülkomplexe bilden. Als knifflig erwies sich das Mischen und Testen der Farbstoffe in einem optimalen Verhältnis, da wegen der Coronapandemie keine Laborversuche möglich waren. Die Jungforscherin und der Jungfoscher verlegten das Labor daher ins Homeoffice: Mit dem Computer errechneten sie die Spektren der verschiedenen Molekülkomplexe und Farbstoffmischungen. Auf Basis dieser Formeln, so glauben die beiden, können einfach anwendbare Teststäbchen für zu Hause entwickelt werden.

Lila Nudel süßsauer. Schnelltest auf peptidisch gebundenes Tryptophan

Lila Nudel süßsauer. Schnelltest auf peptidisch gebundenes Tryptophan

Durch einen Zufall entdeckte Tom Weigelt, dass sich Nudeln in konzentrierter Salzsäure lila verfärben. Er wollte wissen, warum das so ist und welche Struktur der Farbstoff hat. Durch Experimente mit Mehl und Hartweizengrieß fand er heraus, dass Proteine für die Farbreaktion verantwortlich sind, genauer gesagt die Aminosäure Tryptophan. Darüber hinaus sind Zuckermoleküle wie Fructose beteiligt, die von der Säure aus der Stärke freigesetzt werden. Der Jungforscher entwickelte ein einfaches Testkit, mit dem sich Tryptophan in Nahrungsmitteln und Tierfutter nachweisen lässt. Es bringt schnellere Ergebnisse als eine Analyse im Labor. Die chemische Struktur des Farbstoffs konnte der Jungforscher noch nicht aufklären. Er vermutet aber, dass sie dem Indigo ähnelt, mit dem Jeansstoff gefärbt wird.

Natur als Vorbild

Natur als Vorbild

Glyzerinsäure ist eine ölige Substanz, die in verschiedenen Pflanzen vorkommt. Florian Fox und Manuel Khazarian sind überzeugt, dass sich aus dem Naturstoff umweltfreundliche Kunststoffe herstellen lassen. Denn Glyzerinsäure ähnelt der Polymilchsäure, die bereits in Bioplastik verwendet wird. Die Jungforscher synthetisierten Glyzerinsäure im Labor und verknüpften die Substanz mit anderen organischen Säuremolekülen zu langen Polymerketten. Dabei nutzten sie einen neuen zinnhaltigen Katalysator. Die chemisch erzeugte Glyzerinsäure und die entstandenen Polymere analysierten sie anschließend fotometrisch, spektroskopisch und unter dem Mikroskop. Hier zeigte sich, dass wichtige Eigenschaften des Kunststoffs wie Festigkeit und Oberflächenstruktur sowohl von den Reaktionsbedingungen als auch dem Säurepartner bestimmt werden.

Ran an den Grill – raus aus dem Regenwald!

Ran an den Grill – raus aus dem Regenwald!

Viele Menschen lieben es, im Sommer zu grillen – aber muss man dabei Kohle aus Tropenholz nutzen? Pauline Fesser und Helena Dillmann waren überzeugt, dass ein Brennstoff aus Abfall deutlich umwelt- und klimafreundlicher wäre. Mit einem Kalorimeter bestimmten die beiden die Reaktionswärme aus der Verbrennung von Pappe, Papier, Pflaumenkernen und Laub. Sie fanden heraus, dass besonders Pflaumenkerne lange ausreichend Hitze erzeugen. Werden die Kerne mit Laub gemischt, entsteht eine leicht entzündbare Alternative zu Grillkohle. Mithilfe von Mehl oder Speisestärke lässt sich die Mischung zu handlichen Briketts pressen. Die Jungforscherinnen berechneten, dass ihr Kern-Brennstoff deutlich weniger klimaschädliches Kohlendioxid erzeugt als herkömmliche Holzkohle.

Redox-Flow-Batterie ohne Vanadium

Redox-Flow-Batterie ohne Vanadium

Tobias Reinert und Fabian Stutzke glauben fest an die Vorteile von Redox-Flow-Batterien für die Elektromobilität. Bei diesem Batterietyp wird die Energie in flüssigen Elektrolyten gespeichert, die sich in zwei separaten Tanks befinden. Beim Laden eines Elektroautos an der Tanksäule müssten so nur die Flüssigkeiten erneuert werden, ein langes Aufladen des Akkus würde jedoch entfallen. Für ihre Experimente bauten die Jungforscher eine Brennstoffzelle in eine Redox-Batterie um und koppelten sie mit Pumpen und Einwegspritzen als Tanks. Zwar war die erzeugte Spannung in ihrer Nasszelle noch nicht hoch genug. Dafür konnten die beiden zeigen, dass sich das normalerweise im Elektrolyten enthaltene giftige Vanadiumoxid durch pflanzliche Oxidationsmittel ersetzen lässt.

Umweltfreundliches Speichern durch Redox-Flow-Technologie

Umweltfreundliches Speichern durch Redox-Flow-Technologie

Auf der Suche nach einem preisgünstigen Stromspeicher mit hoher Kapazität stießen Mariella Benkenstein und Marit Kock auf die sogenannte Redox-Flow-Batterie. Sie besteht aus zwei Tanks mit flüssigen Elektrolyten, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind. Heute werden für Redox-Flow-Batterien zumeist Vanadiumlösungen verwendet. Die Jungforscherinnen suchten eine umweltfreundliche und günstige Alternative und bauten eine Batterie, die auf gelöstem Kohlendioxid in Wasser basiert. Dieses Verfahren erwies sich grundsätzlich als nutzbar. In der Praxis war die Umsetzung aber auch deshalb schwierig, weil der Elektrolyt unter ständigem Druck stehen muss. Nur dann bleibt das Kohlendioxid gelöst. Dennoch könnten die Untersuchungen den Weg zu einer neuartigen „grünen“ Batterie weisen.

Untersuchung organischer Anodensubstanzen zur Verwendung in Redox-Flow-Systemen

Untersuchung organischer Anodensubstanzen zur Verwendung in Redox-Flow-Systemen

Ein Vorteil von Redox-Flow-Batterien ist, dass ihre flüssigen Elektrolyte mithilfe unterschiedlicher Substanzen Strom erzeugen und speichern können. Steffen Benkhoff wollte wissen, ob organische Stoffe wie Chlorogensäure oder Gallussäure für die Anode in Redox-Flow-Batterien geeignet sind. Seine Messungen mit einer selbst gebauten galvanischen Zelle zeigten, dass Chlorogensäure eine mögliche Alternative zu dem sonst verwendeten giftigen Vanadium in den Elektrolyten sein könnte. Der natürliche Pflanzeninhaltsstoff, der beispielsweise in Kaffeebohnen vorkommt, liefert bei geringen Konzentrationen eine hohe Spannung und Stromstärke. Ob er sich auch für einen kommerziellen Einsatz in Redox-Flow-Batterien eignet, will der Jungforscher noch untersuchen.

Wissenschaftliche Webprogrammierung zur Analyse und Visualisierung von Molekülstrukturen

Wissenschaftliche Webprogrammierung zur Analyse und Visualisierung von Molekülstrukturen

Damit Proteine ihre Funktionen im Körper erfüllen können, ist ihre dreidimensionale Struktur entscheidend. Nikola Ristic widmete sich hier zwei wichtigen Aspekten: zum einen den Wassermolekülen, die oft im Innern großer Moleküle versteckt liegen und chemische Reaktionen beeinflussen, sowie zum anderen der Packungsdichte, die ein Indiz für die Stabilität von Proteinen ist. Der Jungforscher arbeitete insbesondere mit dem Computerprogramm Voronoia. Damit kann die Dichte von Molekülen und deren Hohlräume berechnet werden. Er optimierte das Programm und analysierte damit rund 160 000 Proteine und RNA-Moleküle, deren Daten er in einer eigenen Datenbank abspeicherte. Mit seinem Webtool ist es künftig möglich, die innere Struktur und die Dichte von Molekülen innerhalb kurzer Zeit sichtbar zu machen.

Züns-Ex – die biochemische Waffe gegen den Buchsbaumzünsler

Züns-Ex – die biochemische Waffe gegen den Buchsbaumzünsler

Bei einer Wanderung im Schwarzwald fiel Helen Hauck auf, dass viele Pflanzen stark von Insekten befallen waren – mit Ausnahme des Indischen Springkrauts. Die Pflanze produziert offensichtlich Substanzen, die Schädlinge abwehren. Die Jungforscherin extrahierte die Inhaltsstoffe der Blätter des Springkrauts mit verschiedenen Lösungsmitteln und untersuchte in Fressversuchen, welcher der Extrakte Buchsbaumzünsler und Mehlwürmer am stärksten abschreckt. Um den Abwehrstoff zu identifizieren, analysierte sie den wirksamsten Extrakt mit Chromatografie und Massenspektroskopie. Sie entdeckte die Substanz 2M-NQ, einen Abkömmling des Naphthalins. 2M-NQ könnte demzufolge als Basis für ein neues Spritzmittel dienen, das künftig wertvolle Buchsbaumhecken vor dem weitverbreiteten Zünsler schützt.

Biogasreaktor als Redox-Flow-Batterie

Biogasreaktor als Redox-Flow-Batterie

Für eine erfolgreiche Realisierung der Energiewende in Deutschland fehlen immer noch geeignete Stromspeicher. Hagen Carstensen, Jasper Nickelsen und Lars Ebel kamen daher auf die Idee, es der Natur nachzumachen: Wenn Biomüll vergärt, laufen chemische Redox-Prozesse ab, bei denen Elektronen transportiert werden. Es fließt also Strom. Die drei Jungforscher konstruierten ein beheizbares Glasgefäß mit Rührer, Gasuhr, Stromsensor und Mikrocontrollersteuerung. Mithilfe von Bakterien aus dem Wattenmeer vergoren sie darin Maisgrieß und grünen Tee. Ihre Kleinanlage erzeugte so über einen längeren Zeitraum Spannung und Strom. Mit diesem Ergebnis erbrachten sie den Nachweis, dass ein Bioreaktor wie ein günstiger und umweltfreundlicher Akku funktionieren kann.

Chitosan – BioPolyMeer zur Farbstoffadsorption

Chitosan – BioPolyMeer zur Farbstoffadsorption

Chitosan, das sich beispielsweise aus Garnelenschalen gewinnen lässt, ist ein günstiges Mittel zur Reinigung von umweltbelastenden Textilabwässern. Davon ist Fritz Henke überzeugt. Der Jungforscher modifizierte das Chitosan zunächst chemisch, woraufhin er zwei Formen erhielt – ein zähes Gel sowie kleine, feste Perlen. Beiden setzte er den Azofarbstoff Allurarot AC zu und beobachtete mit spektroskopischen Methoden, unter welchen Bedingungen die Farbe am besten adsorbiert wurde. Da das Gel in Wasser aufquillt und seine Oberfläche vergrößert, konnte es deutlich mehr Allurarot aufnehmen als die Perlen. Darüber hinaus ist ein saurer pH-Wert für die Adsorption wichtig. Bei Zugabe von verdünnter Natronlauge desorbiert der Farbstoff wieder, sodass der biologische Reiniger erneut eingesetzt werden kann.

Die ASA-Therapie zur Bekämpfung der Ölpest

Die ASA-Therapie zur Bekämpfung der Ölpest

Bei einer Ölpest ist guter Rat teuer. Herkömmliche Bindemittel können Rohöl zwar an ihrer Oberfläche aufnehmen, sind aber teuer und in ihrer Wirkung begrenzt. Paul Kunisch und Thomas Derra sind besseren Absorbern auf der Spur. Sie imprägnierten Zellstoff, Baumwolle, Sägespäne und Vliese mit dem Leimungsmittel ASA aus der Industrie, das in seiner Struktur bekannten Ölbindern ähnelt. Mit diesem wird normalerweise Papier behandelt, das wasserabweisend sein soll. Die Experimente der Jungforscher waren erfolgreich: Ihre ASA-imprägnierten Sägespäne, Cellulose-Fasergranulate und Vliese sind günstig und haben sogar eine höhere Saugkraft als käufliche Mittel. Chromatografische Messungen zeigten, dass die neuen Absorber nicht nur Rohöl, sondern auch Kohlenwasserstoffe aus tieferen Wasserschichten entfernen.

Feinstaub

Feinstaub

Der Feinstaub, den Diesel-Pkw ausstoßen, ist derzeit ein viel diskutiertes Thema. Angelus Dreß und Paul Wollenhaupt untersuchten, wo darüber hinaus Feinstaub entsteht und wie sich die winzigen Partikel messen lassen. Dafür entwickelten sie ein mobiles Fotometer und programmierten die Software zur Datenanalyse. Zudem befassten sie sich mit verschiedenen Filtermaterialien und sogenanntem sekundärem Feinstaub, der sich in der Atmosphäre bildet. Ihre Messungen zeigen, dass nicht nur bei Diesel-Pkw vor allem die Werte des besonders schädlichen Ultrafeinstaubs hoch sind. Auch beim Kochen, Passivrauchen oder Abbrennen einer Wunderkerze atmet man ähnlich viel davon ein. Die Jungforscher schließen daraus, dass Diesel-Pkw nur eine unter vielen Feinstaubquellen sind und daher in der Debatte überbewertet werden.

Oszillierende Safranin-Reaktion: Untersuchung zur Dynamik

Oszillierende Safranin-Reaktion: Untersuchung zur Dynamik

Bei oszillierenden chemischen Reaktionen bilden Moleküle Muster aus, die dann zum einen verschwinden, zum anderen jedoch immer wieder neu entstehen. Darius Fenner wollte in seinem Forschungsprojekt herausfinden, wie diese spontan geordneten Strukturen entstehen. Er experimentierte mit dem roten Farbstoff Safranin, der mit Hydroxyaceton Muster bildet, die einem Netz von Blutgefäßen ähneln. Der Jungforscher ließ die Reaktion bei verschiedenen Bedingungen ablaufen und filmte sie mit dem Mobiltelefon. Bei der Analyse der Aufnahmen mithilfe eines selbst geschriebenen Computerprogramms zeigte sich, dass die entstehenden Bilder stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden und diese ähnlich oszillieren wie unser Herzschlag oder bestimmte Wetterdaten.

Paint Flakes – die bunten Giftbomben der Warnow

Paint Flakes – die bunten Giftbomben der Warnow

Bootsanstriche können Meere und Flüsse belasten, da Antifouling-Lacke, mit denen Bootsrümpfe gegen Bewuchs geschützt werden, häufig giftige Stoffe enthalten. Lassen sich vom Rumpf abgeplatzte Lackteilchen im Sediment nachweisen, fragten sich Lara Jessica Stoklasek, Franka Freytag und Ailina Guljam. Sie nahmen dazu Proben am Rostocker Fischereihafen und am Sportboothafen „Alter Strom“ in Warnemünde. Tatsächlich fanden sie farbige Lackteilchen und analysierten neun dieser sogenannten Paint Flakes mit Raman- und Infrarotspektroskopie. Die Spektren geben Hinweise auf verschiedene chemische Inhaltsstoffe, darunter auch auf gefährliche Biozide. Die Jungforscherinnen folgern daraus: Eine Umweltgefahr durch die abgeplatzten Flakes ist durchaus vorhanden. Um sie jedoch genauer zu bewerten, sind weitere chemische Analysen notwendig.

Recycling von Seltenen Erden aus Dauermagneten

Recycling von Seltenen Erden aus Dauermagneten

In Smartphones, Elektroautos und Windkraftanlagen sind Magnete verbaut, die Seltene Erden wie Neodym enthalten. Diese Rohstoffe sind kritisch, weil bei ihrem Abbau in China die Umwelt stark belastet wird. Jan Felix Schuster hält es für klüger, Neodym aus Elektronikschrott zurückzugewinnen. Für sein Recyclingverfahren nutzte er Polyoxometallate (POM) – käfigartige Moleküle, die Neodym aufnehmen und so von anderen Stoffen separieren können. Der Jungforscher löste den Magneten einer Handyfestplatte in Säure auf, gab POM hinzu und setzte die Lösung Druck und Hitze aus. Das Ergebnis überprüfte er mit spektroskopischen Methoden. Tatsächlich war ein großer Teil des Neodyms in die Käfigmoleküle übergegangen. Unklar ist noch, wie das Element wieder herausgelöst werden kann, um erneut verwendet zu werden.

Solare Wasserstoffgewinnung – Energie für die Zukunft?

Solare Wasserstoffgewinnung – Energie für die Zukunft?

Wenn die Sonne stark scheint, entsteht zumeist mehr Solarstrom, als benötigt wird. Die Frage, wie man überschüssige Elektrizität am besten speichert, ist bis heute ungeklärt. Florian Krebs und Anna-Noemi Lotz hatten die Idee, dafür eine Kombination von Solar- und Elektrolysezelle zu entwickeln. In einem solchen Modul könnte der Strom direkt dazu verwendet werden, um aus Wasser energiereichen Wasserstoff abzuspalten, der sich dann leichter speichern lässt. Die beiden testeten verschiedene Materialien für die wichtigsten Bauteile der Kombi-Zelle: Elektroden, Katalysatoren und Dichtungen. Die notwendigen Kunststoffelemente stellten sie mit einem 3-D-Drucker her. Ihr Prototyp kann tatsächlich Wasserstoff erzeugen, allerdings reicht die Stabilität der Elektroden für einen längeren Einsatz noch nicht aus.

Sortase – Schlüssel zur Bekämpfung bakterieller Krankheiten?

Sortase – Schlüssel zur Bekämpfung bakterieller Krankheiten?

Sortasen sind bakterielle Enzyme mit zwei Gesichtern: Zum einen bestimmen sie darüber, ob sich ein Keim an eine Wirtszelle anheften kann und der Organismus dadurch womöglich krank wird. Zum anderen werden sie in der Biotechnologie dazu verwendet, Proteine gezielt miteinander zu verknüpfen. Tobias Beschauner und Frederik Schnitzer gingen auf die Suche nach einem Verfahren, mit dem sich die Reaktionen der Sortase A aus dem Bakterium Staphylococcus aureus messen lassen. Als Modellreaktion nutzten sie die Umsetzung von Dithioester und machten die Abläufe mit chromatografischen und spektroskopischen Methoden sichtbar. Die beiden sind überzeugt, dass es mit ihrem Verfahren möglich wird, Stoffe zu finden, die die Wirkung des Enzyms behindern oder verstärken.

Strom aus Salz? Die Nutzung der Lösungskälte von Salzen zur regenerativen Energieerzeugung

Strom aus Salz? Die Nutzung der Lösungskälte von Salzen zur regenerativen Energieerzeugung

Wenn Salze in Wasser gelöst werden, kann dies je nach Art des Salzes zu einer deutlichen Abkühlung der Lösung führen. Jona Kriese untersuchte, welche Substanzen sich am besten zur Temperaturabsenkung eignen und ob sich die dadurch gegenüber der Umgebung entstehende Temperaturdifferenz mit einem Peltier-Element zur Stromerzeugung nutzen lässt. Er konstruierte einen Versuchsreaktor, in dem er die gewünschte Temperaturdifferenz erzeugte. Dabei musste er allerdings feststellen, dass die elektrische Leistung, die sich auf diese Weise generieren lässt, sehr gering ist. Im nächsten Schritt will der Jungforscher nach weiteren Salzen suchen, die beim Lösen in Wasser noch größere Temperaturdifferenzen hervorbringen. Vielleicht gelingt es so doch noch, eine Energiequelle auf Basis von Salzen und Wasser zu erschließen.

Textmarker für Proteine – Synthese neuer Thiazolderivate für die Fluoreszenzmikroskopie

Textmarker für Proteine – Synthese neuer Thiazolderivate für die Fluoreszenzmikroskopie

Mithilfe fluoreszierender Farbstoffe können lebenswichtige Proteine in Zellen markiert und deren Stoffwechsel so sichtbar gemacht werden. Milena Wiegand, Max Asenow und Tina Munkewitz synthetisierten zwei neue Fluoreszenzfarbstoffe – Mataoblau I und Mataoblau II. Mit diesen färbten sie Bakterien, Krebszellen und pflanzliche Proben. Unter dem Fluoreszenzmikroskop konnten sie sehen, dass in den verschiedenen Zelltypen unterschiedliche Eiweißstoffe blau markiert wurden: In den Bakterien sammelten sich die Farbstoffe an den Zellpolen, bei den Krebszellen im Bereich um den Kern. Die Auswertung der Analysedaten war schwieriger als erwartet. Die Jungforscher entwickelten daher eine Software, mit der sich die Daten schneller und einfacher verarbeiten lassen.

Untersuchungen zur Herstellung von Chromhefen für die Behandlung von EMS bei Pferden

Untersuchungen zur Herstellung von Chromhefen für die Behandlung von EMS bei Pferden

Wenn Pferde unter der Zuckerkrankheit Equines Metabolisches Syndrom (EMS) leiden, können chromhaltige Zusätze im Futter die Aufnahme von Insulin im Körper verbessern. Neele May Garling und Lars Lehmann gingen der Frage nach, wie sich chromhaltige Bäckerhefe als Futterzusatz herstellen lässt und wie das Metall in der Hefe analysiert werden kann. Dafür versetzten sie Hefekulturen mit einem Chromsalz und beobachteten das Wachstum des Pilzes fotometrisch. Der chemische Nachweis des Chroms in der Hefe erwies sich als knifflig. Den Jungforschern gelang die Entwicklung einer Methode, die ohne gefährliche Säuren und Laugen auskommt. Das Verfahren kann auch höhere Chromgehalte durch Violettfärbung anzeigen, indem der pH-Wert leicht nachgeregelt wird.

Wasserreinigung – von magnetischen Kräften und selektiver Adsorption

Wasserreinigung – von magnetischen Kräften und selektiver Adsorption

Trinkwasser gilt in Deutschland als besonders sauber. Dennoch können darin hormonell wirksame Substanzen, Pestizidrückstände oder Keime enthalten sein. Robin Schönegg und Franziska von Wulffen gelang es, Verunreinigungen im Wasser mit winzigen magnetischen Partikeln zu entfernen. Da Magnetit allein kaum Stoffe binden kann, beschichteten die Jungforscher Magnetpulver aus handelsüblichem Toner mit Natriumsilikat, Titandioxid, einem Tensid oder dem Polymer PAH. Die veränderten Oberflächen waren dann in der Lage, die Modellchemikalien Methylenblau und Bisphenol A sowie auch Bakterien fest zu binden. Mit starken Magneten ließen sich die beladenen Trägerpartikel dann aus dem Trinkwasser entfernen. Besonders Natriumsilikat und das Tensid entwickelten große Anziehungskräfte für schädliche Stoffe.

Bärlappsporen – Alternative zum klebrigen Tod!

Bärlappsporen – Alternative zum klebrigen Tod!

Bei jeder Ölpest ist die Sorge um Meeresvögel und Umwelt groß. Cornelius Miller hat ein ungiftiges und natürliches Mittel zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen gefunden. Bei Experimenten mit den Sporen des Bärlapps stellte er fest, dass der gelbliche Blütenstaub dieser Pflanze wirksam Öl binden kann. Die winzigen Partikel besitzen eine wabenartige Struktur, die Wasser abweist, ölige Substanzen dagegen fest einschließen kann. Bei seinen Experimenten konnte der Jungforscher ein Öl-Sporen-Gemisch ohne Probleme aus dem Wasser filtern. Auch mit Rohöl verschmierte Vogelfedern wurden wieder sauber: Die Bärlappsporen bildeten ölige Klümpchen, die sich abspülen ließen. Dabei blieben die wasserabweisenden Eigenschaften der Federn, die für das Überleben der Vögel wichtig sind, erhalten.

Berliner Blau Akkumulator

Berliner Blau Akkumulator

Für die Herstellung von Akkus benötigt man seltene und teure Materialien sowie Rohstoffe, die oft unter ökologisch fragwürdigen Bedingungen gewonnen werden. Max Wiedmaier und Akane Fukamachi gingen daher auf die Suche nach einem umweltverträglicheren Energiespeicher. Sie entwickelten einen Akku mit einer Kathode aus dem ungiftigen Farbstoff Berliner Blau und Grafit sowie einer Anode aus Zink. Eine Membran aus zuckerähnlicher Chitosanfolie trennt die beiden Halbzellen. Den blauen Farbstoff stellten die beiden Jungforscher mit unterschiedlichen Methoden selbst her. Ferner analysierten sie seine elektrochemischen Eigenschaften. Ihr Öko-Akku lässt sich mehrmals laden, ist klein, mobil und kommt ohne gefährliche oder seltene Stoffe aus.

Chemilumineszenz als qualitative Nachweismethode für umweltgefährdende Stoffe

Chemilumineszenz als qualitative Nachweismethode für umweltgefährdende Stoffe

Beim Nachweis von Umweltgiften kommt es gerade bei geringen Konzentrationen auf eine hohe Empfindlichkeit der Methode an. Julius Domack zeigte in seinem Forschungsprojekt, dass mithilfe von chemischen Leuchtstoffen kleinste Mengen von Hormonen aus der Tiermast oder krebserregende Amine analysiert werden können. In Laborexperimenten koppelte er Östrogen und das Amin p-Aminophenol mit einem chemischen Hilfsstoff. Dabei bildeten sich Lumineszenzfarbstoffe, die unter Zugabe eines Oxalsäureesters weißlich-blau oder grün zu leuchten begannen. Je mehr Hormon oder Amin vorhanden war, umso stärker war der Ausschlag des Spektrometers, das emittierte Lichtteilchen misst. Mit einem noch empfindlicheren Messgerät, so vermutet der Jungforscher, ließen sich noch kleinere Stoffmengen nachweisen.

Der Öko-Waschmitteltest – vergleichende Versuche zur Waschleistung und Umweltverträglichkeit

Der Öko-Waschmitteltest – vergleichende Versuche zur Waschleistung und Umweltverträglichkeit

Luca Scheurer, Emma und Theodor Hankammer gehen gern zelten. Eine Herausforderung ist dabei immer wieder, wie man in Wald und Flur seine schmutzige Kleidung wäscht. Die drei versuchten es mit selbst hergestellten Reinigern aus Kastanien, Efeu und Natron, die sie mit Waschmitteln aus dem Supermarkt verglichen. Dabei stellten sie fest, dass käufliche Öko- und Vollwaschmittel von Gras, Blut, Rotwein oder Lippenstift verursachte Flecken am besten entfernen. Aber auch ihre eigenen Rezepturen aus Natron und Kastanien reinigten recht gut. Um die Umweltverträglichkeit zu testen, wässerten die Jungforscher Senfsaaten mit den Waschmittellösungen und verglichen das Längenwachstum der Pflanzen. Dabei überzeugten Kastanien- und Efeureiniger, aber auch das Öko-Produkt der Industrie war für den Senf verträglich.

Energiegewinnung aus Chlorella vulgaris

Energiegewinnung aus Chlorella vulgaris

Mikroalgen wie Chlorella vulgaris produzieren in ihren Zellen energiehaltige Lipide. Wie aber erntet man die wertvollen Stoffwechselprodukte und wie kommt man vom Lipid zum allgemein nutzbaren Biodiesel? In seinem Forschungsprojekt fand Moritz Hamberger Antworten auf diese Fragen. Er konstruierte und testete verschiedene Bioreaktoren, in denen Algen wachsen. Ferner erprobte er physikalische und chemische Verfahren, um die Stoffe aus den Zellen zu extrahieren und in Kraftstoff zu verwandeln. Der Jungforscher ist überzeugt: Chlorella vulgaris kann stabil kultiviert werden und im technischen Maßstab Rohstoffe für Biodiesel liefern. Voraussetzung für rentable Produktionsprozesse sind jedoch das Vorhandensein von Sonnenlicht als Energiequelle, große Reaktoren und eine kontinuierliche Ernte der Lipide.

Haben Bioäpfel mehr Aroma als konventionell erzeugte Äpfel?

Haben Bioäpfel mehr Aroma als konventionell erzeugte Äpfel?

Bioäpfel enthalten mehr Aroma und sind daher hochwertiger als konventionell erzeugte Früchte. So eine landläufige Annahme, die aber nicht zutrifft, wie Fabian Lucht zeigen konnte. Er verglich den Aromagehalt von vier biologisch mit vier konventionell angebauten Apfelsorten. Die einzelnen chemischen Substanzen trennte er chromatografisch auf und identifizierte sie mithilfe der Massenspektrometrie. Er fand 23 einzelne Ester, Aldehyde und Alkohole, die in der Summe den Apfelgeschmack ausmachen. Überraschenderweise enthielt die Biovariante je nach Sorte fünf bis 63 Prozent weniger Aromastoffe und nahezu alle einzelnen Komponenten in geringerer Konzentration. Die Ursachen dafür sind unbekannt. Der Jungforscher vermutet, dass der Verzicht auf Kunstdünger, das Alter der Bäume und die Zusammensetzung des Bodens die Aromaentwicklung beeinflussen.

Innovatives analysenmesstechnisches Verfahren zur Untersuchung von Dentalwerkstoffen

Innovatives analysenmesstechnisches Verfahren zur Untersuchung von Dentalwerkstoffen

Ein Loch im Zahn wird heute meist mit einer Kunststoffmasse gefüllt, die Kleber auf Basis von Methacrylsäure enthält. Enzyme im Mund können Spuren dieser Methacrylate allerdings herauslösen und auf diese Weise eventuell Allergien auslösen. Maximilian Rohde und Jone Bartel analysierten, wie groß die herausgelöste Menge ist. Dafür nutzten die beiden die sogenannte Festphasenextraktion, die sich schneller und einfacher anwenden lässt als herkömmliche Verfahren, die mit verschiedenen Flüssigkeiten arbeiten. Ferner zeigten die Jungforscher, dass ihre Methode weniger Lösungsmittel verbraucht und vor allem leichter automatisierbar ist, was Zeitaufwand und Kosten der Analysen senkt.

Das Fachgebiet Chemie bietet jungen MINT-Talenten 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 Teilnehmende oder Dritte gefährden. Dazu zählen Experimente mit Sprengstoff, Drogen oder radioaktiven Stoffen.

Weiterführende Informationen

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