Anthony Eliot Striker (18) und Tina Thao-Nhi Schatz (18), beide vom Herder-Gymnasium Berlin, haben beim Wettbewerb „Jugend forscht“ mit ihrem Projekt einer mikrobiellen Brennstoffzelle bundesweit den 1. Platz im Fachgebiet Biologie belegt. Hierzu haben sie im vergangenen Jahr im GeoBioLab – Helmholtz-Labor für integrierte geo-biowissenschaftliche Forschung am GFZ in der Arbeitsgruppe von Jens Kallmeyer geforscht.
Für ihren Bundessieg erhielten sie 2.500 Euro Preisgeld und als Sonderpreis eine Einladung zum London International Youth Science Forum.
In der Laudatio hieß es:
„Die Jury überzeugte der Innovationsgeist, die Beharrlichkeit und Begeisterung, mit der Anthony Eliot Striker und Tina Thao-Nhi Schatz eine mikrobielle Brennstoffzelle mit großem Zukunftspotenzial entwickelt haben. Es beeindruckte die wissenschaftliche Präzision, sowohl bei den elektrochemischen als auch den molekularbiologischen Ansätzen, die das Team zur Entwicklung der Brennstoffzelle geschickt kombinierte.“
Forschung am GFZ: Realisierung einer mikrobiellen Brennstoffzelle
Die beiden Jungforschenden hatten sich vor rund einem Jahr zunächst über das Schülerlabor an das GFZ gewandt und konnten ihr Projekt schließlich im GeoBioLab durchführen. Über ein Jahr lang haben die beiden Schüler:innen in der Arbeitsgruppe von Dr. Jens Kallmeyer in der Sektion 3.7 Geomikrobiologie an der Realisierung einer Mikroben-basierten Brennstoffzelle gearbeitet.
In einer herkömmlichen Brennstoffzelle wird durch chemische Prozesse an den Elektroden eine Ladungstrennung erreicht und damit eine elektrische Spannung erzeugt. Bei der mikrobiellen Brennstoffzelle wird ausgenutzt, dass manche Bakterien wie die in diesem Fall verwendeten Shewanella oneidensis bei ihrem Energiestoffwechsel Elektronen erzeugen, die sie direkt an eine Elektrode abgeben können. Hierdurch kann eine Spannung aufgebaut werden. Mögliches Einsatzgebiet dieser Brennstoffzellen wäre die Stromerzeugung in Kläranlagen, deren Abwässer den Mikroben als Nahrung dienen könnten.
Die grundsätzliche Idee, Mikroorganismen zur Ladungstrennung zu nutzen, ist schon über hundert Jahre alt, konnte bislang aber noch nicht in der nötigen Effizienz umgesetzt werden. Wichtige Problemfelder hierbei sind zum Beispiel die Zusammensetzung der Elektrolytlösung zwischen den Elektroden, Verstopfen der Membran zwischen den Reaktionskammern um die beiden Elektroden sowie die Lebensdauer der Elektroden.
Beeindruckende Arbeit
„Als Anthony seine Projektidee vorstellte, war ich schon schwer beeindruckt: Sein Konzept war auf einem Niveau, wie ich es selbst bei Doktoranden selten sehe“, berichtet Kallmeyer. Anfangs hätte es zwar einige Probleme bei der Durchführung gegeben, aber durch zahlreiche Diskussionen mit dem wissenschaftlichen und technischen Personal fanden sich Lösungen.
Schließlich kam die Arbeit zu einem gelungenen Abschluss: Die mikrobielle Brennstoffzelle lieferte Strom, womit die grundsätzliche Aufgabenstellung erfüllt war. Getreu dem Motto „Das Bessere ist der Feind des Guten“ machten die beiden weiter und modifizierten das Genom eines anderen Bakteriums, Escherichia coli, um diesem wesentlich einfacher zu züchtenden Organismus die Fähigkeit zu geben, Strom zu produzieren. Auch dieses Vorhaben gelang. Allerdings ergaben sich daraus weitere Herausforderungen, wie z.B. eine Anpassung des Mediums, um optimale Wachstumsraten zu erreichen. Diese Optimierungsschritte konnten bis zum Projektende nicht mehr untersucht werden.
„Die Zusammenarbeit mit den beiden und ihre tolle Abschlusspräsentation haben mich und die Kolleg:innen wirklich zutiefst beeindruckt“, betonte Kallmeyer. „Leider konnten wir sie nicht überzeugen, in den Geowissenschaften weiterzumachen.“
Stattdessen wird Anthony Striker im Herbst sein Studium der Molekularbiologie in Harvard (USA) beginnen, Tina Schatz wird in Deutschland Medizin studieren.
59. Wettbewerb Jugend forscht: Der Weg zum 1. Platz
Im diesjährigen 59. Jugend forscht Bundesfinale, das vom 30. Mai bis 2. Juni 2024 im Science Center „experimenta“ in Heilbronn stattfand, waren in sieben Fachbereichen 175 Kinder und Jugendliche im Alter bis zu 21 Jahren mit 107 Projekten angetreten. Sie präsentierten ihre Projekte an selbst gestalteten Ausstellungsständen mit Postern, Fotos oder Modellen. Beim Jurygespräch stellten sie zunächst kurz ihr Projekt und die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit vor. Anschließend beantworteten sie die Fragen der Jury.
Die Finalteilnehmer:innen hatten sich zuvor in Regional- und Landeswettbewerben durchgesetzt. Mit über 10.000 Jungforschenden in 5753 Projekten insgesamt hat der Wettbewerb in diesem Jahr einen Teilnahme-Rekord erreicht.
Die Arbeit der Jury
Jedes Fachgebiet hat eine eigene Fachjury, der Expert:innen aus Wissenschaft, Wirtschaft und Schule angehören. Die Jurymitglieder bewerten die Projekte auf Grundlage der schriftlichen Ausarbeitung, der visuellen Präsentation im Rahmen der Gestaltung des Ausstellungsstandes und des Jurygesprächs.
Auch das GFZ-Schülerlabor ist seit Jahren regelmäßig in den Jurys dieses Wettbewerbs engagiert: Manuela Lange, Leiterin des GFZ-Schülerlabors, ist Mitglied in der Fachjury „Geo- und Raumwissenschaften“ des Jugend-Forscht-Wettbewerbs auf Regionalebene (Brandenburg Ost).
Die Preise
Das Preisgeld im Fachgebiet Biologie wurde in diesem Jahr von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren mit Unterstützung des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) gestiftet, die Teilnahme am London International Youth Science Forum von der Ernst A. C. Lange-Stiftung.
Die Projektbeschreibung auf der Website von Jugend forscht
