In der Jugend- forscht AG der Hebelschule Schliengen werden seit Jahren Umwelt- Themen besonders gefördert. Nach erfolgreichen Jugend- forscht Projekten über Mikroplastik im Rhein, Textilfaserfiltrierung und lokaler Feinstaubmessungen interessierten sich die Schüler Jakob Oettlin, Val Francetic und Tobias Renkert für das Projekt „ Autoreifenabrieb“. Wenig bekannt war bisher, dass allein auf deutschen Straßen pro Jahr ca. 120.000 t Abrieb anfallen, der mit 28 % Gesamtanteil maßgeblich zur Mikroplastikbelastung von Gewässern und letztlich der Meere beiträgt. Zum Vergleich: Mikroplastik aus Kosmetikprodukten trägt zu 2 % der Belastung bei. Abriebstäube sind für das Auge kaum wahrnehmbar und verbergen sich, durch die Witterung verteilt, in den oberen Bodenschichten und im Oberflächenwasser. Da sich im Abrieb mit ca. 4 % auch das potentiell gesundheitsgefährdende Schwermetall Zink wiederfindet, wollten die drei Zehntklässler herausfinden, ob Zink aus Abrieb auch von Pflanzen direkt eingebaut werden kann. Sie hielten es für möglich, dass Zink in das Pflanzenblattgrün (Chlorophyll) eingelagert werden könnte. Um ihre Hypothese zu überprüfen, wählten sie den besonderen Weg der Spektralanalyse. Sie recherchierten, dass ein Chlorophyllextrakt ein ihm eigenes spezifisches Fluoreszenzbild zeigt, wenn er dabei mit einem Laserstrahl angeregt wird. Die Schüler konstruierten hierzu eine Sicherheits- Messbox, mit deren Hilfe sie unterschiedliche mit Zink belastete Chlorophyllextrakte untersuchen konnten. Als Indikatorpflanze wählten sie die schnellwachsende Gartenkresse, die sie unter immer gleichen Bedingungen in mehr als 20 Messreihen auf ihr Fluoreszenzspektrum in ihrer „Jugend forscht- AG“ in der Hebelschule untersuchten. Ihre Ausdauer und Beharrlichkeit wurde belohnt, denn es zeigte sich ein deutlich sichtbarer Unterschied bei den Wellenlängen in der Fluoreszenzanalyse: zinkbelastetes Chlorophyll weist eine Verschiebung des jeweiligen Maximums auf. Diese Spektralverschiebung wird in der Fluoreszenzphysik auch als „Stokes-shift“ beschrieben. Die Schüler entdeckten diesen wiederkehrend in ihren Messdiagrammen, anfangs ohne seine nähere Herkunft zu kennen. Etliche Fachgespräche mit dem Fluoreszenzexperten, Dr. Oliver Lischtschenko aus Stuttgart, bestätigten den Schülern, dass sie auf einer bedeutenden und „heißen“ Spur in ihrer Forschung gestoßen waren. Ihre beobachteten Effekte ließen sich als Muster durchgängig wiederfinden und reproduzieren. In mehreren Blindproben, in denen ihr betreuender Lehrer Georg Kirsch die Proben zuvor codierte, konnten die Schüler belastete von unbelasteter Kresse eindeutig bestimmen, obwohl rein äußerlich keine Unterschiede sichtbar waren.

Mit anderen Worten: die Schüler konnten starke Indizien herausarbeiten, die den Schluss zulassen, dass Zink über Bodenwurzeln und Wasserleitungssystem der Indikatorpflanze direkt in das Blattgrün aufgenommen und einlagert werden kann. Nachdem sich die Schüler das Nachweisverfahren sicher erarbeitet hatten, untersuchten sie insgesamt zehn Bodenproben von Raststätten an der A5 zwischen Bad Bellingen und Bad Krozingen. Beim Abgleich mit ihren Laborwerten deuteten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Erdproben erhöhte Zinkkonzentrationen besitzen, was durch den starken Reifenabrieb entlang der Autobahn erklärbar ist.

Die drei 16 jährigen Schüler investierten mehr als ein Jahr Forschungsarbeit in ihr wissenschaftliches Projekt. Im diesjährigen Regionalwettbewerb von Jugend forscht Südbaden, an welchem insgesamt mehr als 100 Schulen teilnahmen, in der Mehrzahl Gymnasien, errangen Jakob, Val und Tobias in der Sparte Jugend forscht in „Geo- und Raumwissenschaften“ den dritten Platz. Die Hebelschule ist sehr stolz auf ihre forschenden Schülerinnen und Schüler, die nun im sechsten Jahr in Folge erfolgreich an den Jugend forscht Wettbewerben teilnehmen. Nicht zuletzt profitieren auch der naturwissenschaftliche Unterricht und ihre Mitschüler davon. Die Schüler werden ihre Laser- Messmethodik und ihre Ergebnisse auch im neuen Profilfach NWT (Natur- Wissenschaft und Technik) an der Gemeinschaftsschule einbringen und ihn damit praxisorientiert bereichern. Die Konstruktion und das Innenleben ihrer selbstentwickelten Messbox haben die drei Schüler zum Patent angemeldet.

In der vergangenen Woche fanden in Balingen bei Stuttgart, das Landesfinale 2018 von Jugend forscht (Jufo) in der Alterssparte „Schüler experimentieren“ statt. Die besten Talente aus Baden-Württemberg qualifizierten sich bereits im Februar 2018 über einen Regionalwettbewerb mit dem 1. Platz für das jährliche Landesfinale. Beim Jufo- Landesfinale am 27. April errang nun, in einem stark besetzten Feld, Maximilian Brendlin aus Liel den 2. Platz im Fachbereich „Geo-& Raumwissenschaften“. Teilgenommen hatte er mit seinem Langzeit- Projekt „Dem Feinstaub auf der Spur“. Damit nehmen bereits im fünften Jahr in Folge talentierte und naturwissenschaftlich interessierte Schüler der Gemeinschaftsschule an den Wettbewerben auf Landesebene erfolgreich teil.

Maximilian Brendlin befasste sich mit einem sehr aktuellen und gesundheitsrelevanten Thema: Feinstaub besteht aus sehr kleinen Teilchen wie z.B. Pollen, Reifenabrieb oder Partikel aus Verbrennungsvorgängen, welche die Bronchien überwinden und dabei bis in die Lungenbläschen vordringen, wo sie auch in Folge zu Lungenerkrankungen führen können. Feinstäube ab einer bestimmten Größe (< 10 ppm) stehen auch in Verdacht, die Immunabwehr des Menschen herabzusetzen und werden daher auch für weitere schwere zivilisatorische Atemwegs- sowie Kreislauf- Erkrankungen verantwortlich gemacht.

Maximilian (12 Jahre), Schüler der siebten Klasse, musste bei seinem Jugend forscht Wettbewerbsbeitrag, neben seinem technischen Objekt, einer selbstgebauten mobilen Feinstaubmessstation, eine fundierte Präsentation vor verschiedenen Fachgremien halten. Er konnte hierbei auf etliche gut dokumentierte Experimente verweisen. Die Jury beeindruckte er auch mit seiner selbstgebauten „Staubkammer“, einer Testbox, in die er verschiedene definierte Stäube einblasen konnte, um unmittelbar danach die entstandenen Konzentrationswerte (Peaks) im Internet abzurufen.

Nahezu seit einem halben Jahr erfasst er mittels seiner beiden Messstationen Temperatur, Luftfeuchte und die Partikelkonzentration der Fraktionen PM 2,5 und PM 10 unserer Atemluft in Schliengen (Standort Hebelschule) und seinem Wohnort Liel. Die ermittelten Werte werden via WLAN in das bundesweite Sensornetzwerk für Feinstaubüberwachung der Universität bzw. des OK Labs Stuttgart eingespielt und sind somit wichtiger Bestandteil eines „Citizen Science Projects“.

Mit seiner stationären Mess- Konstellation war der Schüler nach seiner Erstplatzierung in Januar 2018 in Freiburg allerdings noch nicht zufrieden. In der Jugend forscht AG der Hebelschule konstruierte er mit großer Beharrlichkeit, betreut von Physiklehrer Herrn Kirsch, eine mobile und kompakte Messstation, die mit einem starken Akku ausgestattet, für längere Zeiträume die kritischen Feinstaubfraktionen PM 2,5 und PM 10 aufzeichnen kann. An seinem experimentellen Wettbewerbsstand konnte Maxilimilian intensive fachliche Gespräche mit interessierten Schülern und Lehrern führen. Er erhielt seitens eines Professors ein Angebot seine Untersuchungen auch mit Hilfe eines Elektronenmikroskopes an der Universität Tübingen zu ergänzen, was Maximilian als eine besondere Anerkennung und Bestätigung seine Arbeit sieht.

Maximilian möchte sein Feinstaub- Projekt für Jugend forscht Wettbewerbe weiterverfolgen und plant dabei, verschiedene Tätigkeiten und auch Verkehrsbereiche auf ihre Staubemissionen zu untersuchen um dann Vorschläge zum Schutz der Menschen oder vorbeugende Maßnahmen zum Gesundheitsschutz der Bevölkerung zu recherchieren. Seine Station soll im Idealfall beim Erreichen einer zu starken Belastung besonders gefährdeten Gruppen, wie z.B. Allergikern oder Atemwegserkrankten per App warnen und Schutzmaßnahmen vorschlagen.

Informationen zum Selbstbau von Feinstaubsensoren findet man hier.     

Zur lokalen Feinstaubkonzentration findet man hier eine Übersichtskarte.

Nun im fünften Jahr in Folge, konnten drei Schüler der Hebelschule Schliengen in den Kategorien Geo- und Raumwissenschaft, sowie Technik überzeugen und belegten beste Plätze in ihrer Altersgruppe. Insgesamt kamen am Regionalwettbewerb von „Jugend forscht“ fast 190 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus ganz Südbaden in der Sick- Arena in Freiburg zusammen um ihre Projekte in sieben verschiedenen naturwissenschaftlichen Kategorien, jeweils zwei Fach- Jurys zu präsentieren.

Timo Drolshagen und Lukas Blum, beide 13 Jahre alt, erreichten mit Ihrem Thema „Bubble Gum Remover“, einem Controller gesteuertem Reinigungsroboter aus Fischertechnikkomponenten, in einem starken Teilnehmerfeld, den zweiten Platz im Bereich Technik. Maximilian Brendlin mit seinem Projekt „Dem Feinstaub auf der Spur“ errang den ersten Platz bei den Geo-Wissenschaften. Insgesamt investierten die talentierten Hebelschüler jeweils etwa 100 Stunden in ihr Projekt, vielfach in der Jufo- AG und an Forschungsnachmittagen an der Hebelschule.

Der Wettbewerbsbeitrag der Schüler bestand aus einem technischen- naturwissenschaftlichen Objekt mit einer aufwendigen ausgewerteten Versuchsreihe, sowie einer 15 seitigen Langfassung, die alle Entwicklungsschritte ihrer Forschung widerspiegelte. Beide Projekte zeichnen sich durch ihre intensive Vorbereitung, durch Kreativität bei den Problemlösungen, sowie das Durchhaltevermögen der Schüler aus.

Timo und Lukas recherchierten zunächst verschiedene Möglichkeiten alte Kaugummis von Böden zu lösen, was sich alles andere als einfach gestaltete. Insbesondere die sogenannte „Gumbase“, ein künstlicher Polymerkunststoff, der in den meisten Kaugummis enthalten ist, macht ihn so verwitterungsbeständig und reinigungsresistent. Nachdem die Schüler etliche Verfahren, wie Fräsen oder Vereisen an Testkaugummis auf Betonplatten durchprobiert hatten, zeigten sich erst nachhaltige Erfolge mit einer Impulsdruckpumpe. Die nächste große Herausforderung war für die beiden Siebtklässler nun ein teilautonomes Fahrzeug zu konstruieren, das die Kaugummis am Boden als solche selbstständig anfährt, erkennt und entfernt. Das Erkennen meisterten sie, indem sie zunächst die reflektierten Lichtanteile eines „Standardkaugummis“ mit Hilfe einer speziellen Kamerasoftware ermittelten, dies in ein Programm schrieben, um damit ihren Fischertechnikroboter auf die Suche zu schicken. Kaugummis können dann durch eine Kamera anhand ihres „optischen Fingerabdrucks“ detektiert und vom Wasserstrahl einer Pumpe, die im Roboter verbaut wurde, entfernt werden. Zusätzliche von den Schülern montierte Ultraschallsensoren bewahren das Fahrzeug vor Hindernissen und veranlassen eine Änderung der Fahrtrichtung. Die beiden Schüler haben schon weitere Ideen, wie sie ihrem Reinigungsroboter programmtechnisch das „Dazu-Lernen“ während dieser arbeitet beibringen können.

Maximilian Brendlin (13 Jahre) hatte ebenfalls sehr intensiv für sein Vorhaben, einer funktionieren und kostengünstigen Feinstaub- Messstation, recherchiert. Betroffen durch die gesundheitsschädlichen Auswirkungen von Feinstäuben, die zum Beispiel von Verbrennungsmotoren ausgehen, wollte Maximilian genauer wissen, wie es damit in seiner Region aussieht. Er stieß bei seiner Suche auf das „Citizen Science Projekt“ des OK Labs in Stuttgart. Über dieses Projekt konnte er eine Selbstbauanleitung erhalten und mit kostengünstigen Komponenten insgesamt drei Feinstaub- Messstationen aufbauen. Jede Selbstbau- Station hat eine Kennung und wählt sich damit über WLAN in ein „Open Data“ Netzwerk der Uni Stuttgart ein. Dabei übermittelt die Station jede Minute den aktuellen Feinstaubwert in den Kategorien PM 10 und PM 2,5. Diese Werte werden in eine Landkarte eingebunden und zeigen über verschiedene Farben die aktuelle Feinstaubbelastung. Eine Station arbeitet bei Maximilian zu Hause in Liel, eine weitere durfte er auf das Dach der Hebelschule Schliengen montieren. Beide Stationen lieferten ihm über viele Wochen lokale Werte, die er mit den anderen veröffentlichen Messwerten landesweit und auch international vergleichen konnte. Seine Stationswerte werden u.a. in den Formaten „24 Stunden“ und einer Woche für alle Bürger direkt sichtbar.

Nachdem die handwerklichen Herausforderungen bewältigt waren, begann für Maximilian die statistische Recherche nach Auffälligkeiten bei Feinstaubemissionen. In seiner Forschung verglich er auch die Werte aus Heitersheim, Lörrach, dem Grenzort Niffer mit den Werten aus Liel und Schliengen. Die Messstationen arbeiten sehr sensibel, sodass auch Schornsteinrauch oder Motorenabgase sich bemerkbar machen. Interessant wurde es für Maximilian besonders dann, wenn die kilometerweit auseinander liegenden Stationen fast gleichzeitig Maximalwerte anzeigen, die teilweise auch die Grenzwerte überschritten. Hier galt es dann für ihn im Ausschlussverfahren zusätzlich die Windrichtungen, Temperatur und Luftfeuchtigkeit miteinzubeziehen, um erste vorsichtige Vorhersagen über mögliche Emissionsquellen bzw. deren Wege machen zu können.

Seine dritte selbstgebaute Messstation hat der Schüler mobil mit einem Powerpack, samt Sensoren in einem kleinem Gehäuse verbaut, die es so ermöglicht, auch feinste Stäube in Räumen und Werkstätten über längere Zeit zu ermitteln, um dann Menschen vor Ort vor gefährlichen Feinstäuben wie z.B. Farbpartikel aus Kopierern per Warnsignal zu informieren. Maximilian hat sich mit seiner Platzierung zusätzlich für das Landesfinale von Jugend-forscht/Schüler experimentieren qualifiziert und wird Ende April sein Projekt bzw. die Hebelschule Schliengen vertreten.

Insgesamt sechs Schülerinnen und Schüler der Schliengener Hebelschule, nämlich Marie Bonfiglio, Lara Dolshagen, Maximilian Brendlin, Timo Drolshagen, Valentin Reimold und Finn Scherrer, machen in diesem Jahr mit drei interessanten Projekten bei Jugend forscht mit. Zudem mitgeholfen hat Meike Wessel, eine Schliengener Preisträgerin aus dem Vorjahr. Mit ihrem Lehrer Georg Kirsch, der die Projekte seit Jahren an der Hebelschule betreut, und Stephanie Eckermann, die als Jugendbegleiterin die Forscher unterstützt, präsentieren sich die Schliengener Schüler am Donnerstag und Freitag, 9. und 10. Februar, in Freiburg beim Regionalwettbewerb von Jugend Forscht.