Science Camp am XLAB in Göttingen

Aus dem Science Camp am XLAB in Göttingen ein Bericht von Philipp Grummann:

Kunststoffe sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Angefangen bei unserer Kleidung über Verpackungsmaterialien und Baustoffe bis hin zur Medizintechnik sind sie im Alltag allgegenwärtig. Gleichermaßen sehen wir Plastik als problematisch in Bezug auf seine Wiederverwertung an. Infolgedessen bilden Kunststoffe in der modernen Welt ein ambivalentes Thema.
Damit befasste sich vom 19. bis zum 22. April auch das Chemie-Camp „Polymere aus natürlichen und synthetischen Bausteinen“ am Göttinger Experimentallabor für junge Leute (XLAB), auf das mich Frau Löschner dankenswerterweise aufmerksam gemacht hatte. Unter dem Titel „Nachhaltigkeit im Blick: Wie nutzen Chemiker*innen natürliche und synthetische Bausteine für die Herstellung von Kunststoffen?“ durfte ich zusammen mit sechs anderen Schülerinnen und Schülern aus ganz Deutschland in einem der größten Schülerlabore Deutschlands die Eigenschaften von Kunststoffen sowie ihre Herstellung und ihr Recycling sowohl theoretisch als auch praktisch
erforschen. Zentral war hierbei stets die Frage, inwiefern das synthetisierte Polymer als nachhaltig angesehen werden kann.

Das XLab in Göttingen


Die Kurstage begannen stets mit einem theoretischen Einstieg und der Planung der Experimente. Zusammen mit der abschließenden Auswertung der Versuche waren Praxis und Theorie vor dem Hintergrund der Vermittlung naturwissenschaftlichen Arbeitens und der Veranschaulichung des Weges zur Erkenntnisgewinnung eng verzahnt. Der erste Tag wurde der Polymer-Herstellung aus erdöl-basierten Edukten gewidmet. Dabei ging es um verschiedene Herstellungsarten (Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition, weitere Aufarbeitung) und Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften (Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere). Unter Anleitung der Dozentin und ausgestattet mit einem 65-seitigen Skript, das wir auch auf Englisch erhielten, um uns mit der Wissenschaftssprache vertraut zu machen, durften wir
auf diesem Weg selbst Polymere synthetisieren. Es entstanden bekannte Produkte wie Plexiglas, Styropor, Nylon, Moltoprenschaum und Bakelit (→ alte Telefone, Trabant). Am zweiten Tag ging es um die Produktionskette eines weiteren wichtigen Kunststoffes: PVC. Meist verwendet als Kabelisolierung und Ummantelung kommt Polyvinylchlorid in vielfältiger Weise in der Bauindustrie bei Rohren, Fensterrahmen oder Bodenbelegen aber auch bei Verpackungen und ferner bei Freizeitprodukten wie Gummistiefeln oder Kleingeräten zum Einsatz. Doch ist der Werkstoff nachhaltig? Bei dieser Frage gehen die Meinungen in der Gesellschaft weit auseinander und eine einfache Antwort gibt es sicherlich nicht. Für die Evaluation dieser Fragestellung bedarf es einer differenzierten Betrachtung verschiedener Kategorien.

Gewinnung von Zellulose


Zur Beurteilung der Rohstoffe und des Herstellungsprozesses führten wir zwei verschiedene Methoden zur Gewinnung der Monomere durch. Einerseits erprobten wir die Herstellung aus nachwachsenden Rohstoffen (Eliminierungsreaktion von Ethanol) und andererseits aus fossilen Rohstoffen (katalytisches Cracken von Erdöl). Letzteres ist in der chemischen Industrie leider immer noch die gängige Variante und auch bezüglich einer Erdölabhängigkeit von anderen Ländern zu hinterfragen. Gleichwohl ist PVC ein sehr langlebiger Stoff, was ebenfalls zu berücksichtigen ist. Allerdings schneidet es beim Recycling sehr schlecht ab, da Verfahren wie die thermische Verwertung, der chemische bzw. biologische Abbau oder eine Wiederverwendung entweder nicht möglich oder aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll sind.
Denn beim Recycling tritt ein Problem zutage: Kunststoffe sind keineswegs reine, sondern verarbeitete Polymere. Denn nur durch strukturelle und chemische Modifikationen sowie den Zusatz weiterer Substanzen werden Kunststoffe jedem unserer Bedürfnisse hinsichtlich mechanischer, chemischer, optischer und vieler weiterer Eigenschaften gerecht. Dies galt es bei einer quantitativen Analyse von Weich-PVC selbst zu ergründen. Bei der gravimetrischen Bestimmung des Füllstoff-Gehaltes, der unter anderem aufgrund seiner Preiswertigkeit dem Polymer hinzugefügt wird, ermittelten wir einen Anteil von ungefähr 50 %. Einen Wert von ca. 25 % lieferte die Untersuchung des Weichmacher-Gehaltes. Für das eigentliche PVC ergab sich somit nur ein Anteil von etwa 25 %.Der dritte Tag stand im Zeichen nachwachsender Rohstoffquellen. DNA, Proteine und Kohlenhydrate sind ebenfalls Polymere. In einem etwas größeren Experiment gewannen wir zunächst Zellulose aus Holzspänen und stellten mithilfe einer Acetylierung aus den langen, geraden Fasern (Polymerisationsgrad bis ca. 15.000) eine nachhaltige Folie her (Zellulose-Acetat). Ebenso gewannen wir aus Milchsäure ein weiteres nachhaltiges Polymer (PLA).
Zum Abschluss des Science-Camps ging es um die Frage: „Was passiert nach der Nutzung?“. Ein zentrales Problem bildet nämlich das sogenannte Mikroplastik, das zum größten Anteil auf unseren Straßen entsteht und über die Nahrungsaufnahme auch in den menschlichen Organismus gelangt. Unter dem Fluoreszenzmikroskop untersuchten wir einerseits mit Nilrot angefärbte Positivnachweise von Polymeren und andererseits abgelaufenes Mineralwasser nach Spuren von Mikroplastik.

Mikroplastik unter dem Fluoreszenzmikroskop

Außerdem betrachteten wir einen möglichen Verwendungszweck für Plastikreste: Beim Elektrospinnen erzeugten wir aus aufgelöstem Styropor mithilfe eines starken elektrischen Feldes ein sehr feines Gewebe aus Polystyrol-Mikrofasern (kleiner als ein menschliches Haar), wie es beispielsweise in Masken für das Herausfiltern von Viren aus der Atemluft verwendet werden kann. Auf diese Weise endete am Freitagnachmittag ein spannendes Science-Camp am XLAB mit einem kleinen Ausblick in die Zukunft. Resümierend lässt sich auf einen sehr interessanten Kurs zurückblicken, der in einer angenehmen – auch aus dem gemeinsamen naturwissenschaftlichen Interesse resultierenden, – guten Atmosphäre unter der Leitung einer sehr freundlichen und engagierten Dozentin stattfand.
Die am XLAB für die Oberstufe angebotenen Camps knüpfen an schulische Kerncurricula an und vertiefen diese Inhalte. Sie fungieren auch als Bindeglied zur Universität und sind nicht nur im Bezug auf den propädeutischen Aspekt hilfreich im Rahmen der Berufsorientierung. Dementsprechend sind die verschiedenen Kursangebote, die von der Physik und Chemie über Informatik bis hin zu Disziplinen der Biologie reichen, wärmstens allen naturwissenschaftlich interessierten Schülerinnen und Schülern weiterzuempfehlen. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass keineswegs alle Teilnehmer als Chemie-Leistungskursschüler kurz vor ihrem Abitur standen. Denn die wichtigste Voraussetzung ist das Interesse an Naturwissenschaften, da die nötigen theoretischen und praktischen Inhalte für alle verständlich erklärt wurden, wenngleich eine thematische Vorbereitung zweifelsfrei hilfreich ist.
Auch für meine eigene Berufswahl konnten ich einiges lernen. Darüber hinaus gefiel mir nicht nur die intensive Beschäftigung mit der Chemie, sondern insbesondere auch die Ausrichtung des Kurses auf eine nachhaltige Entwicklung, welche ein in interdisziplinärer Zusammenarbeit zu erforschendes wichtiges Thema für unsere Zukunft darstellt.

Zeitungsartikel der HNA zu diesem interessanten Thema: Aus Holz wird Plastik

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