Chemie

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.

Kohlenstoffnanoröhren als Biosensoren – elektrochemisches Wunder der Nanotechnologie

Kohlenstoffnanoröhren als Biosensoren – elektrochemisches Wunder der Nanotechnologie

Nanoröhrchen aus Kohlenstoff faszinieren Forscher seit knapp drei Jahrzehnten. Auch Julian Gommlich, Jakob Heinrich und Christoph Wernike befassten sich mit Struktur, Herstellung sowie Anwendung der synthetischen Gebilde und stellten fest: Nanotubes verfügen über eine besonders große Oberfläche für physikalische und chemische Prozesse. Daher sind sie chemisch hochaktiv sowie exzellente Wärme- und Stromleiter. Die drei Jungforscher untersuchten ihre selbst synthetisierten Röhrchen unter dem Rasterelektronenmikroskop wie auch mit elektrochemischen Verfahren. Im Vergleich zu herkömmlichen Platinelektroden erwiesen sich die Nanotubes als hochempfindliche Biosensoren. Die Jungforscher sind überzeugt, dass in den winzigen Röhrchen großes Potenzial für Anwendungen in Medizin und Technik steckt.

Mobiles chemisches Coolpack mit Kaliumiodid

Mobiles chemisches Coolpack mit Kaliumiodid

Kühlkompressen sind im Sommer einfach praktisch. Bei den handelsüblichen Coolpacks handelt es sich aber zumeist um Wegwerfprodukte. Arne Göthling, Niclas Preisser und Gino Martin gingen 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.

Nachweis von Fleischrückständen als Schnelltest

Nachweis von Fleischrückständen als Schnelltest

Ali Scheikani, Celina Gabriela Link und Sarah Melchert sind Vegetarier und möchten mit Fleisch am liebsten gar nicht in Berührung kommen. Wie aber kann man sicher sein, dass auf dem Tisch oder dem Teller zuvor nicht Salami oder Hackfleisch lag? Die drei experimentierten mit bekannten Nachweismethoden für Kreatinin, einem in allen Muskelfasern vorhandenen Eiweißstoff, und stellten fest, dass es bislang keinen einfachen Schnelltest für den Nachweis von Fleischrückständen gibt. Daher entwickelten die Jungforscher eine eigene Methode. Sie tränkten beide Seiten eines Filterstreifens mit den Chemikalien für die sogenannte Weyl-Reaktion. Schon bei kleinsten Mengen Kreatinin in der Probe bildeten sich auf dem Teststreifen rubinrote Ränder oder Punkte – und das sogar bei einem Fleischteller, der zuvor mit Alkohol gereinigt worden war.

Oszillierende Reaktionen – mathematisch betrachtet

Oszillierende Reaktionen – mathematisch betrachtet

Oszillierende Reaktionen sind eine faszinierende Seite der Chemie: Dabei pendelt eine Lösung in vielfachen Wiederholungsschleifen zwischen zwei Farben hin und her. Alina Stelljes, Lina Schultze und Paula Magdalena Kaal wollten wissen, wie die Farbwechsel entstehen und ob man die komplizierten Abläufe mathematisch simulieren kann. Die drei stellten fest, dass Oszillation durch schwankende Konzentrationen der Zwischenprodukte entsteht. Bei der sogenannten Belousov-Zhabotinsky-Reaktion mit vier verschiedenen Stoffen wechselt der Zustand des farbgebenden Indikators ständig zwischen der reduzierten und der oxidierten Form. Dadurch wird die Lösungsfarbe mal gelb und mal blau. Mathematisch sind die Farbspiele allerdings schwer zu fassen, da oszillierende Reaktionen kein stabiles Gleichgewicht haben.

Paradiesapfel oder mediterraner Trojaner? Zum Allergiepotenzial roter und gelber Tomaten

Paradiesapfel oder mediterraner Trojaner? Zum Allergiepotenzial roter und gelber Tomaten

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. Sein Rat bei Tomatenunverträglichkeit lautet daher: Die Früchte dünsten oder zu Salat verarbeiten. Das senkt ihr Allergiepotenzial beträchtlich.

Platin-Nanopartikel für saubere Luft

Platin-Nanopartikel 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.

Synthese und Komplexbildungseigenschaften von Iminopyranosen

Synthese und Komplexbildungseigenschaften von Iminopyranosen

Der ehemalige Uranbergbau in Sachsen hat Spuren hinterlassen: Im sächsischen Trinkwasser sind die Uranwerte 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.

Synthese und Untersuchung fotochemisch schaltbarer Tenside

Synthese und Untersuchung fotochemisch schaltbarer Tenside

Tenside reinigen so wirkungsvoll, weil sie dank ihrer bipolaren Struktur Fett- und Ölpartikel fest einschließen und vom Wasser trennen. Malek Sbeih ging in seinem Forschungsprojekt auf die Suche nach Tensiden, deren Funktion steuerbar ist und die recycelt werden können. Er stieß auf Spiropyrane – Moleküle, die sich bei Bestrahlung mit Licht verändern. Der Jungforscher koppelte Spiropyrane 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. Nach Ansicht des Jungforschers ließe sich auf dieser Basis eine neue Methode entwickeln, mit der man vor allem bei Ölunfällen Meer- und Flusswasser reinigen könnte.

Volatile-Organic-Carbon-Emissionen und der Geruch von Kunststoffen im Automobilinnenraum

Volatile-Organic-Carbon-Emissionen und der Geruch von Kunststoffen im Automobilinnenraum

Warum haben neue Autos eigentlich diesen typischen Neuwagengeruch? Lukas Greth hat herausgefunden, dass bestimmte Stoffe aus dem ABS-Kunststoff der Armaturen ausgasen – und zwar umso stärker, je wärmer es im Auto ist. Er setzte verschiedene industriell produzierte ABS-Granulate Temperaturen aus, die im Sommer im Fahrzeuginnenraum entstehen können, und analysierte die Gase spektroskopisch und olfaktorisch. In seinen Laborversuchen konnte er vergleichsweise große Mengen Styrol nachweisen. Allerdings muss der typische Geruch nicht unbedingt vom Styrol kommen, da manche Gase schon in Spuren, andere erst in größeren Mengen zu riechen sind. Daher vermutet der Jungforscher, dass noch weitere Stoffe aus dem ABS frei werden und eine chemische Mixtur für den Neuwagengeruch verantwortlich ist.

Wasserstoff aus Sonnenlicht – Brennstoff für die Zukunft?

Wasserstoff aus Sonnenlicht – Brennstoff für die Zukunft?

Wasserstoff gilt als chemischer Energiespeicher der Zukunft. Auch Florian Krebs ist überzeugt, dass das Gas eine klimaschonende Stromversorgung ermöglichen kann. Dazu aber muss der Wasserstoff in großen Mengen wirtschaftlich und umweltfreundlich hergestellt werden. Der Jungforscher entwickelte eine Elektrolysezelle aus einfachen, preiswerten Materialien, die nur mithilfe von Sonnenlicht Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Er stellte allerdings fest, dass seine Fotoelektrode aus Titandioxid und einem pflanzlichen Farbstoff zwar Wasser spalten kann, jedoch nicht ausreichend effizient arbeitet. Für eine hohe Gasausbeute müssten die Stoffe der Elektrode noch so weit optimiert werden, dass sie eine deutlich größere Oberfläche und Stabilität aufweisen.

Wasserstoffperoxid: ein Energieträger der Zukunft?

Wasserstoffperoxid: ein Energieträger der Zukunft?

Wasserstoffperoxid ist ätzend und wird daher in Zellen sofort katalytisch abgebaut. Dabei entsteht Energie. Das brachte Sacharja Thairo Wellmer, Sebastian Berentzen und Christoph Thale auf die Idee, das Gas als Kraftstoff in einem Automotor einzusetzen. Der Vorteil: Beim Zerfall entstehen keine Klimagase, sondern nur Wasserstoff und Sauerstoff. Die drei Jungforscher experimentierten mit verschiedenen Katalysatoren und machten sich Gedanken über ein geeignetes Motorkonzept. Dabei stellten sie fest, dass die Hürden doch größer sind als gedacht. Zwar könnte ein Wasserstoffperoxid-Tank mehr Energie speichern als heutige Batterien für Elektroautos. Allerdings wäre die Herstellung großer Mengen des Gases aufwendig und der Umgang damit nicht ungefährlich.

AluEnergy – eine günstige Alternative

AluEnergy – eine günstige Alternative

Die Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones müssen häufig aufgeladen werden und können sich unter Umständen sogar selbst entzünden. Leo Flachmann und Luca Krüger wollten wissen, ob sich das Lithium durch Aluminium ersetzen lässt, das preiswerter und nicht so leicht entzündlich ist. Die Jungforscher testeten im Labor verschiedene elektrochemische Zellen mit Elektroden aus Aluminium, Grafit und einer Mischung von Aluminium und Lithium. Sie bauten dabei Dual-Ionen-Batterien nach, bei denen sowohl Kationen als auch Anionen Ladung speichern, weshalb die Batterien mehr Leistung bringen. Bei den Messungen von Spannung und Stromstärke zeigten die Akkus ganz ohne Lithium die besten Ergebnisse: Sie können die Spannung länger halten und ihre Leistung nahm nach mehrmaligen Laden und Entladen nur wenig ab.

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.

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