Preisträger 2018 ausgezeichnet: Fonds der Chemischen Industrie stiftet acht Preise

182 Jugendliche mit insgesamt 105 innovativen Projekten – davon 34 Teilnehmer mit 18 Projekten im Fachgebiet Chemie – hatten sich für das diesjährige Bundesfinale von „Jugend forscht“ qualifiziert. Für die Chemie ist seit Jahren der Fonds der Chemischen Industrie Preisstifter.

Für die völlig neuartige Idee, die Wirkung von Tensiden durch den Einfluss von Licht reversibel zu verändern, belohnte die Jugend-forscht-Jury im Bundeswettbewerb 2018 Malek Sbeih (19) vom Carl-Zeiss-Gymnasium in Jena mit dem ersten Preis im Fachgebiet Chemie. 2.500 Euro gab es für das Forschungsprojekt aus Thüringen. Malek Sbeih und seine „Fettlöser mit Lichtschalter“ errangen mit diesem Preis den Bundessieg im Fachgebiet Chemie.

Das Sieger-Projekt

Tenside reinigen so wirkungsvoll, weil sie dank ihrer bipolaren Struktur Fett- und Ölpartikel fest einschließen und vom Wasser trennen. Auf der Suche nach steuer- und recyclebaren Tensiden, stieß Malek Sbeih auf Spiropyrane. Der Jungforscher koppelte diese mit organischen Säuren und erhielt so durch Licht schaltbare Tenside: Unter UV-Licht bilden die Fettlöser kugelförmige Mizellen um Öl und Fett, die sich abfiltrieren lassen. Bei Bestrahlung mit grünem Licht dagegen zerfallen die Mizellen und die Tenside werden wieder frei. Malek Sbeih kombinierte so die beiden sehr zeitgemäßen Themen der lichtgetriebenen Schaltung und der Grenzflächenchemie. Als zukünftige Anwendungen sieht der Jungforscher den reversiblen Einfang von Öltröpfchen zur Reinigung von Gewässern nach Ölunfällen.

Hintergrund

Den 53. Bundeswettbewerb richtete die Stiftung Jugend forscht e. V. zusammen mit der Merck KGaA als Bundespatenunternehmen im Darmstadtium in Darmstadt aus.

Der Fonds der Chemischen Industrie stiftete verschiedene Preise. Traditionell gab es wie in den Vorjahren fünf Preise im Fachgebiet Chemie sowie drei Sonderpreise. Die drei Sonderpreise, die mit je 1.000 Euro dotiert sind, wurden wie gehabt für den Bereich Biotechnologie, für eine Arbeit mit großer Bedeutung für eine nachhaltige Entwicklung in der Chemie und für chemische Nanotechnologie vergeben. Insgesamt liegt die Höhe der Fonds-Preisgelder auch im 53. Bundeswettbewerb wieder bei 10.500 Euro.

Seit 2011, dem Internationalen Jahr der Chemie, stiftet der Fonds bei Jugend forscht zusätzlich zu den genannten Preisen im Bundeswettbewerb auch die Chemiepreise bei allen Regional- und Landeswettbewerben. Insgesamt engagiert sich der Fonds mit 50.000 Euro bei Jugend forscht und gehört damit seit 2011 zu den Haupt-Förderern von Jugend forscht.

Die weiteren Preisträger 2018

2018 ging der zweite Preis im Fachgebiet Chemie an Tom Binkle (17), Helmholtz-Gymnasium in Zweibrücken. Von Tomaten bekommt Tom Binkle immer wieder Bauchschmerzen und Koliken. Rote Sorten verursachen bei ihm jedoch andere Beschwerden als gelbe. Um herauszufinden, was die unterschiedlichen Verträglichkeiten im Detail auslöst, analysierte er mithilfe von biochemischen Methoden den Gehalt an Proteinen und Allergie auslösenden Aminen wie Serotonin und Histamin. Der Jungforscher kam zu dem Ergebnis, dass gelbe Sorten deutlich mehr Histamin enthalten als rote. Ferner enthalten Tomaten – verglichen mit anderen Gemüse- und Obstsorten – generell ein Vielfaches an Serotonin.

Den dritten Preis im Fachgebiert Chemie vergab die Jury an das Zweierteam Akane Fukamachi (17), Heinrich-Suso-Gymnasium, Konstanz, und Max Wiedmaier (18), Geschwister-Scholl-Schule, Konstanz. Die beiden beschäftigten sich mit der Herstellung von Akkus, für die man in der Regel seltene, teure sowie ökologisch fragwürdige Materialien benötigt. 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.

Den vierten Chemie-Preis erhielt Konstantin Urban (18) vom Martin-Andersen-Nexö-Gymnasium in Dresden. Er befasste sich mit der Synthese und den Komplexbildungseigenschaften von Iminopyranosen. Im sächsischen Trinkwasser sind die Uranwerte aufgrund des ehemaligen Uranbergbaus noch heute vielfach höher als anderswo. Konstantin Urban hat sich daher gefragt, ob man mit chemischen Methoden Schwermetalle wie Uran aus dem Wasser entfernen kann. Zu diesem Zweck untersuchte er in seinen Experimenten zuckerähnliche Stoffe, sogenannte Imine. Diese können Schwermetallionen dicht umhüllen und so chemische Komplexe bilden, die sich leicht aus dem Wasser filtern lassen. Der Jungforscher synthetisierte verschiedene Imine und analysierte spektroskopisch deren Reinheit. Für die Laborversuche nutzte er unbedenkliches Kupfer und konnte belegen, dass mit Kupfer stabile Komplexe entstehen. Es würde sich also lohnen, empfiehlt er, Imine auch für die Entfernung von Uran zu testen.

Den fünften der vom Fonds gestifteten Chemie-Preise konnte Fabian Lucht (17), Gymnasium Oberalster, Hamburg, mit nach Hause nehmen. Die Mär vom guten Bioapfel – so lautete sein Thema. 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.

Die Sonderpreise

Den ersten der Fonds-Sonderpreise, den Preis für Biotechnologie, vergab die Jury an Christoph Musch (17), G.-E.-Lessing-Gymnasium, Hohenstein-Ernstthal für seine physikalische Betrachtung mikrocontrollerüberwachter geschlossener Biosysteme. Wer von Fernreisen ins All träumt, sieht sich mit einem Platzproblem konfrontiert: Die Crew benötigt Sauerstoff, Wasser und Nahrung – und zwar weitaus mehr als Transportkapazitäten in einem Raumschiff vorhanden sind. Die Lösung wäre ein autonomes Lebenserhaltungssystem, das die Besatzung mit dem Nötigsten versorgt. Aus zwei Glaszylindern hat Christoph Musch den Prototyp für ein solches System gebaut und mit Waldboden sowie Pflanzen befüllt. Besonderes Augenmerk richtete er dabei auf die Sensorik und Messelektronik, die das Geschehen in den Glaszylindern überwachen und unter anderem Lichtintensität, Bodenfeuchte und CO₂-Gehalt erfassen. Der Jungforscher kam zu einem ermutigenden Resultat: Trotz einiger Schwierigkeiten sollte ein solches geschlossenes Lebenserhaltungssystem im Prinzip funktionieren.

Der zweite Fonds-Sonderpreis, der Preis für eine nachhaltige Entwicklung in der Chemie, ging an das Trio Arne Göthling (15), Gino Martin (14) und Niclas Preisser (15) vom Einstein-Gymnasium, Neuenhagen bei Berlin. Cool bleiben! – Mobiles chemisches Coolpack mit Kaliumiodid, so lautete der Name ihres Projekts. Kühlkompressen sind im Sommer einfach praktisch. Bei den handelsüblichen Coolpacks handelt es sich aber zumeist um Wegwerfprodukte. Das Forscherteam ging daher auf die Suche nach einer ungiftigen kühlenden Chemikalie, die recyclingfähig ist. Sie stießen auf Kaliumiodid – ein weißes Salz, das beim Lösen in Wasser viel Wärme aufnimmt und dadurch die Umgebungstemperatur absenkt. Die drei stellten fest, dass eine Verpackung aus UV-undurchlässigem Kunststoff verhindert, dass sich das Salz zersetzt. Darüber hinaus gelang es ihnen, das Kaliumiodid durch Verdampfen des Wassers zurückzugewinnen, wodurch sich das Coolpack immer wieder verwenden lässt.

Den dritten Sonderpreis des Fonds, den Preis für chemische Nanotechnologie, vergab die Jury an Lena Kemper (18), Gyulten Mangova (17) und Luisa Gagalik (18) vom Schülerforschungszentrum Nordhessen, Kassel. Die drei sehen in Platin-Nanopartikeln neue Chancen für saubere Luft. Platin-Katalysatoren wandeln die Abgase von Verbrennungsmotoren in Wasser und Kohlendioxid um. Ohne die Katalysatoren erfolgt die Umwandlung nur langsam und unvollständig, zudem entsteht schädliches Kohlenmonoxid. Entscheidend für die Effizienz ist nicht nur die Menge des eingesetzten Platins, sondern vor allem dessen aktive Oberfläche. Je kleiner die Platinteilchen, desto größer ist die relative Oberfläche. Daher optimierten die drei Jungforscherinnen ein chemisches Verfahren, um winzige Nanopartikel aus Platin für Katalysatorbeschichtungen herzustellen. Mit einem Ofenrohr leiteten sie die Abgase eines Benzinrasenmähers über ihr selbst beschichtetes Katalysatorgitter. Durch das Messen der Kohlenmonoxidkonzentration konnten sie zeigen, dass ihr Konzept wirksamer arbeitet als industriell hergestellte Katalysatoren.

• Zur Berichterstattung auf der Website von „Jugend forscht"
• Broschüre mit allen Preisträgern 2018