Im 40. Erfinderlabor des Zentrums für Chemie (ZFC) haben 16 ausgewählte Schülerinnen und Schüler aus Hessen mit schulischen Spitzenleistungen eine Woche lang Hochleistungsmaterialien erforscht – Schlüsseltechnologien für nachhaltige Energie, Mobilität, Medizin und Industrie von morgen. Mit dabei: Schülerin Lenja Ebert von der Ricarda-Huch-Schule in Dreieich.
Bensheim/Darmstadt • Bei der Abschlussveranstaltung des 40. Erfinderlabors des Zentrums für Chemie (ZFC) am 6. Februar stellten die Oberstufenschülerinnen und -schüler unter Beweis, was in ihnen steckt. Souverän, selbstbewusst und mit einem beeindruckenden Gespür für das Wesentliche präsentierten sie die Ergebnisse ihrer einwöchigen Forschung an der TU Darmstadt im Atrium der Firma Merck vor 100 Gästen aus Schule, Wirtschaft und Wissenschaft.
Die 16 Teilnehmenden, 8 Schülerinnen und 8 Schüler aus 16 Schulen, hatten sich zuvor in einem anspruchsvollen Auswahlverfahren gegen 55 Mitbewerberinnen und 64 Mitbewerber mit exzellenten Schulleistungen aus 74 hessischen Schulen durchgesetzt. Sie haben Bestnoten in allen Fächern und teilen eine ausgeprägte Leidenschaft für Mathematik, Ingenieurwesen, Naturwissenschaften und Technik. Im 40. Erfinderlabor konnten sie nicht nur dieser Begeisterung nachgehen, sondern erstmals echte Forschungsluft schnuppern.
Im Fokus ihrer Teamarbeiten standen Hochleistungsmaterialien – Schlüsseltechnologien, die festlegen, wie effizient Energie erzeugt und gespeichert wird, wie langlebig technische Bauteile sind und wie nachhaltig moderne Anwendungen funktionieren. Fortschritte in diesem Bereich entscheiden darüber, wie zukunftsfähig Technologien in Industrie, Mobilität und Energiewirtschaft sind. Insbesondere für eine klimaneutrale Zukunft sind Hochleistungsmaterialien von herausragender Bedeutung.
„Junge Menschen zum eigenständigen Denken befähigen“
(Dr. Thomas Schneidermeier, Vorstand des ZFC; Meike Jäger, stellv. Vorständin des ZFC)
Gemeinsam stellten Meike Jäger und Dr. Thomas Schneidermeier das Format „Erfinderlabor“ und die Mission des ZFC vor. Schneidermeier unterstrich die Bedeutung früher MINT-Förderung, um die Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen. Ziel des ZFC sei es, gesellschaftlich relevante Zukunftsthemen früh in die MINT-Fächer einzubinden, um junge Menschen durch MINT-Wissen zu einem Urteilsvermögen zu befähigen und ihnen Berufsperspektiven zu eröffnen.
Anhand einer Wahlkampfrede des US-amerikanischen Präsidenten machte Schneidermeier deutlich, wie wichtig fundiertes naturwissenschaftliches Wissen im Umgang mit komplexen Informationen sei. „Angesichts von Fake News und komplexen Zukunftsfragen ist es entscheidend, eine MINT-Bewertungskompetenz zu fördern und eine fundierte naturwissenschaftliche Grundbildung zu stärken“, so der Vorstand des ZFC und Leiter des Schülerforschungszentrums Südhessen Bergstraße. „Die Fähigkeit, Informationen kritisch einzuordnen und Fake News zu erkennen, gehört zu den zentralen Bildungszielen des ZFC.“
Seine Kollegin Meike Jäger, die das 40. Erfinderlabor gemeinsam mit Dr. Schneidermeier und den Partnern des ZFC organisiert hatte, stellte alle 16 Teilnehmenden namentlich vor und wandte sich direkt an die Oberstufenschülerinnen und -schüler: Sie hätten es „mehr als verdient“, diese intensive Woche zu erleben, so die stellvertretende Vorständin. „Ich habe mich sehr gefreut, das Erfinderlabor gemeinsam mit euch zu gestalten.“
„Schauen Sie sich diesen Bleistift an!“
Ist Ihnen bekannt, dass sich in diesem Bleistift ein Hochleistungsmaterial verbirgt? Wie machen wir Hochleistungsmagnete für Windräder und E‑Autos nachhaltig? Wie kann man Speicher energieeffizienter machen – und was hat das Ganze mit Schmetterlingen und Libellen zu tun? Unter welchen Bedingungen ist Wasserstoff wirklich nachhaltig? Mit solchen neugierig machenden Fragen eröffneten die Schülerinnen und Schüler ihre Präsentationen.
Komplexe Fachbegriffe machten sie für ihr Publikum greifbar. So veranschaulichte eine Teilnehmerin den Begriff „Ladungstransferwiderstand“ durch einen alltagsnahen Vergleich: „Man kann sich die Thematik vorstellen wie auf einem Konzert, wenn man zur Toilette möchte.“ Auf dem Weg dorthin befänden sich Hindernisse: dichte Menschenmengen, lange Warteschlangen und die Ablenkungen durch die Musik. Ziel der Forschung ihres Teams sei es gewesen, „diesen Weg für Ladungsträger möglichst störungsfrei zu gestalten“.
In kleinen Teams hatten die jungen Talente eine Woche lang experimentell und eigenständig an hochaktuellen Themen geforscht, die sonst erst im Studium begegnen. In vier Forschungsgruppen widmeten sie sich zentralen Fragen moderner Materialwissenschaft. Sie untersuchten, wie sich Hochleistungsmaterialien mit nachhaltigen Recyclingkonzepten vereinbaren lassen, entwickelten nanostrukturierte Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion und analysierten Alterungsprozesse von Graphenoberflächen. Zudem erforschten sie neuartige Dünnschichtmaterialien für elektronische Speicherbausteine, die künftig energieeffiziente und leistungsfähige Datenspeicherung ermöglichen könnten. Begleitet wurden die Arbeiten von erfahrenen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Darmstadt.
Nach ihren Präsentationen erhielten alle Schülerinnen und Schüler differenziertes Feedback von Expertinnen und Experten sowie ein Teilnahmezertifikat – und ein Jahresabonnement der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft.
„That is the moment when you have to trust in science“
(Lenja Ebert, Ricarda-Huch-Schule, Dreieich)
Die stärksten Permanentmagneten der Welt – damit hat sich die Schülerin Lenja Ebert mit ihren 3 Gruppenmitgliedern in der Woche des 40. Erfinderlabors „Hochleistungsmaterialien“ an der TU Darmstadt beschäftigt. Die 4 naturwissenschaftsbegeisterte SchülerInnen lernten in diesem Zeitraum sowohl die Herstellung aus Rohmaterialien als auch das Recycling von Neodym-Eisen-Bor Magneten kennen. Das Recyceln ist aufgrund der Kritikalität seltener Erden, besonders Neodym, ein aktuell zu optimierendes Verfahren. Eben dieses Element verleiht dem Supermagneten nämlich dessen hohe Energie Performance.
Ihre Betreuerin Aybike Paksoy hat den SchülerInnen 3 aufschlussreiche Labortage ermöglicht, in denen Lenja sich für die praxisnahe Arbeit der Materialwissenschaft hat begeistern lassen. Sie erlebte selbst, wieviel Präzision die Arbeit im Labor erfordert, um am Ende valide und exakte Versuchsergebnisse zu erzielen und merkte während dieses Prozesses, dass Vertrauen in die Wissenschaft ein wichtiger Bestandteil ist, um immer wieder auf bereits bestehendem Wissensstand aufbauen und stetigen Fortschritt schaffen zu können. Beim Untersuchen der Ergebnisse realisierte sie: „Irgendwann in der Zukunft werden die Errungenschaften dieser Forschung die Basis neuer Hypothesen sein. Wissenschaft endet nie“.
Für die 17-jährige Schülerin war es besonders interessant zu sehen, inwiefern das Recyceln von Permanentmagneten eine Lösung für die Kritikalität seltener Erden bietet, die außerdem sowohl kostenreduzierend als auch nachhaltig ist. Sie untersuchte selbst diese Fragestellung, welche verdeutlicht, dass Wissenschaft auch Lösungen für gesellschaftliche Probleme liefert. Die zahlreichen Schritte der werkstofftechnischen Herstellung eines hochenergetischen NdFeB-Permanentmagneten war zwar ein langer Prozess, sie erkannte dabei jedoch, dass Forschung nicht nur Wissen schafft, sondern auch ein abgestimmtes Zusammenspiel als Team erfordert. So hat Lenja nicht nur ihren Wissensstand über Materialwissenschaften erweitern können sondern lernte auch etwas fürs Leben: „Das Schöne an gemeinsamer Arbeit ist, dass man sich immer gegenseitig ergänzt und somit am Ende zusammen auf das optimal erzielbare Resultat blicken kann.”
„Nobelpreisträger arbeiten heute im Team“
(Dr. Thomas Eberle, Head of Educational Partnerships, Merck)
„Wir feiern heute die Naturwissenschaften, aber vor allem feiern wir die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Erfinderlabors“, sagte Dr. Thomas Eberle. Zentrales Anliegen der Firma Merck sei es, Nachwuchstalente früh für Naturwissenschaften zu begeistern und gezielt zu fördern. „Naturwissenschaften sind entscheidend für den Fortschritt und für die Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen – von Gesundheit über Ernährung bis hin zu Klimaschutz“, so Eberle.
Genau hier setze das Erfinderlabor des ZFC an. Während früher oft Einzelpersonen hinter bahnbrechenden Innovationen steckten, entstünden Erfindungen heute im Team. „Es braucht unterschiedliche Expertisen und Perspektiven“, so der Head of Educational
Partnerships bei Merck. „Nobelpreisträger arbeiten heute im Team“, sagte er, genau wie die Schülerinnen und Schüler, die am einwöchigen Workshop des ZFC teilgenommen hätten.
