Worum geht es? An diesem Experimentiertag sind die Schüler:innen ganz nah an der Forschung: Die Wissenschaftler:innen im Forschungszentrum Jülich arbeiten daran, aus nachwachsender Biomasse Treibstoffe herzustellen. Der Clou dabei ist, dass diese Treibstoffe klimaneutral sind. Bei ihrer Verbrennung wird also die Menge an Kohlenstoffdioxid freigesetzt, die beim Wachsen der Biomasse aus der Atmosphäre aufgenommen wird. An diesem Tag produzieren die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe von Saccharomyces cerevisiae Ethanol (klassische Alkoholische Gärung) und untersuchen dabei die Ethanolausbeute beim Einsatz unterschiedlicher Zucker. Sie destillieren einen Hefeansatz, um aufkonzentriertes Ethanol zu gewinnen, und bestimmen anschließend den Ethanolgehalt mittels eines Gaschromatographen. Das gewonnene Ethanol wird zum Betreiben einer Direkt-Ethanol-Brennnstoffzelle (DEFC) eingesetzt. Alle Experimente werden von den Schülerinnen und Schülern mithilfe von Experimentierboxen selbständig aufgebaut und durchgeführt. Abschließend wird der komplette Produktionsweg unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Gesichtspunkten reflektiert.
Bezug zur FZJ-Forschung Das Forschungszentrum Jülich gehört zum Kompetenzzentrum Bioökonomie Science Center (BioSC), das in einem integrativen Gesamtkonzept Bioökonomie-Forschung betreibt. Als nachhaltige, biobasierte Kreislaufwirtschaft liefert die Bioökonomie zentrale Beiträge zum Ausstieg aus der Nutzung der fossilen Ressourcen Erdöl, Gas und Kohle zur Enmergieversorgung.
Vorgesehene Experimente: - Produktion von Ethanol - Experimentierbox I - Produktaufreinigung durch Destillation - Experimentierbox II - Produktanalyse durch Gaschromotographie
Lernvoraussetzungen
Lernvoraussetzungen Die Schülerinnen und Schüler sollen ....
1. folgende Grundbegriffe und deren Bedeutung kennen: - Aufbau eukaryotischer Zellen (Pflanzen, Tiere, Pilze) - Destillation und Chromatographie als Verfahren zur Trennung homogener Stoffgemische - Aufbau von Kohlenwasserstoffen, Hydroxylgruppe
2. das wissenschaftspropädeutische Vorgehen kennen und wissen, warum man so vorgeht: - Problemstellung/Aufstellen von Hypothesen - Planen, Durchführen, Beobachten und Auswerten eines Versuches - Verifizieren bzw. Falsifizieren der Hypothesen
Anbindung an den Lehrplan
Mittelstufe (Biologie, Gymnasium)
Es gibt keine direkte, inhaltliche Anbindung an den Lehrplan der Sek I, es werden jedoch folgende prozessbezogene Kompetenzen aus dem Bereich Erkenntnisgewinnung angesprochen: - Die Schüler:innen beobachten und beschreiben biologische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. - Die Schüler:innen erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe biologischer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. - Die Schüler:innen führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. - Die Schüler:innen stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. - Die Schüler:innen interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. - Des Weiteren ist es natürlich möglich, im Rahmen der Differenzierung in der Mittelstufe das Thema „alkoholische Gärung“ zu behandeln.
Mittelstufe (Chemie, Gymnasium)
Inhaltsfeld Stoffe und Stoffveränderungen: - Die SuS können Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen Inhaltsfeld Organische Chemie: - Die SuS können Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben.
Mittelstufe (Biologie, Realschule)
Es gibt keine direkte, inhaltliche Anbindung an den Lehrplan der Sek I, es werden jedoch folgende prozessbezogene Kompetenzen angesprochen: - Die SuS können vorgegebene Versuche begründen und einfache Versuche selbst entwickeln. - Die SuS können Beobachtungen und Messdaten mit Bezug auf eine Fragestellung schriftlich festhalten, daraus Schlussfolgerungen ableiten und Ergebnisse verallgemeinern. - Die SuS können bei Untersuchungen und Experimenten Fragestellungen, Handlungen, Beobachtungen und Ergebnisse nachvollziehbar schriftlich festhalten.
Mittelstufe (Chemie, Realschule)
Inhaltsfeld Stoffe und Stoffeigenschaften
Kompetenzen des Chemie-Lehrplanes: - Die SuS können einfache Trennverfahren für Stoffe und Stoffgemische beschreiben. (UF1) - Die SuS können einfache Versuche (u. a. zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen unter Nutzung relevanter Stoffeigenschaften) planen und sachgerecht durchführen. (E4, E5)
Mittelstufe (Chemie, Hauptschule)
Inhaltsfeld Stoffe und Stoffeigenschaften
Kompetenzen des Chemie-Lehrplanes: - Die SuS können einfache Trennverfahren für Stoffe und Stoffgemische beschreiben. (UF1) - Die SuS können einfache Versuche zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen unter Verwendung relevanter Stoffeigenschaften planen. (E4) - Die SuS können Stofftrennungen unter Verwendung sinnvoller Geräte sachgerecht durchführen und dabei Handlungen, Beobachtungen und Ergebnisse nachvollziehbar festhalten. (E5, K3)
Mittelstufe (Naturwissenschaften bzw. Chemie Gesamtschule)
Inhaltsfeld Stoffe und Geräte des Alltags (5) bzw. Inhaltsfeld Stoffe und Stoffeigenschaften (1)
Kompetenzen des NW- bzw. Chemie-Lehrplanes: - Die SuS können einfache Versuche zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen planen und sachgerecht durchführen und dabei relevante Stoffeigenschaften nutzen. (E4, E5)
Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule)
Inhaltsfeld 2 Energiestoffwechsel
Kompetenzen des Sek II-Lehrplanes: - Die SuS überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren. (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4)
Anzahl der Teilnehmenden min. 10 Personen max. 30 Personen (Sollte Ihre Lerngruppe größer sein, kontaktieren Sie uns bitte im Vorfeld.) max. 28 Personen bei zusammengesetzten Lerngruppen plus 1-2 Begleitpersonen
Beginn - Ende 08:45 - ca. 16:00 Uhr
Kosten 10,00 € pro Person inklusive Mittagsverplegung
Haben Sie noch Fragen? In unseren FAQ haben wir bereits viele Antworten zusammengetragen. Wenn Sie die benötigte Information dort nicht finden, kontaktieren Sie uns gerne.