Reiter: Juroren - Siemens Foundation

„Energie neu denken! Bewegt etwas für Eure Zukunft.“
Schülerwettbewerb in Mathematik, Naturwissenschaften und Technik
– Finalistinnen und Finalisten –
Jurijs Rubenciks (Einzelbeitrag)
Couven Gymnasium Aachen
Betreuender Lehrer: Andreas Kral
„Bau und Optimierung des Widerstandsläufers“
Ziel des Autors ist der Bau einer effizienten und kostengünstigen Windkraftanlage, die auch
in Ländern der Dritten Welt realisierbar ist. Als Basis dient der Widerstandsläufer, ein
Turbinentypus, der die Differenz des Luftwiderstands nutzt, aber bisher einen geringen
Wirkungsgrad besitzt. Zur Optimierung der existierenden Konstruktionsformen wurden
sowohl die elektrischen als auch die aerodynamischen Bestandteile sorgfältig untersucht. Mit
selbsterdachten Neuerungen wie dem Einsatz eines Luftumlenkers, der Verwendung von
Magnetlagern und der Nutzung von Stoff statt Aluminium für die Schaufeln wies die Anlage
eine um 15 Prozent höhere Effizienz auf. Somit konnte sowohl der Wirkungsgrad verbessert
als auch eine Kostensenkung durch den Einsatz von preiswerteren Materialien erreicht
werden.
1
Lukas Schmidt-Russnak (Einzelbeitrag)
Carl-Duisberg-Gymnasium Wuppertal
Betreuender Lehrer: Roger Heumann
„Wellenenergie“
Der Autor stellt seinen Entwurf eines Wellenkraftwerkes vor, das physikalisch auf dem
Prinzip des Lineargenerators fußt. Hierbei bewegt sich ein Magnet durch eine Spule, wobei
in dieser ein Strom induziert wird. Das Kraftwerk selbst ist in Form einer Boje konzipiert und
wird am Meeresboden verankert, für die stetige Bewegung des Magneten sorgt der
Wellengang. Aufgrund der leichten Bauform aller beweglichen Teile und dem daraus
resultierenden kleineren Impuls unterliegt die Konstruktion einem geringen Verschleiß. Des
Weiteren bietet sie Systeme, die vor Beschädigung durch starken Wellengang schützen und
Wartungs- und Reparaturarbeiten erleichtern. Zur besseren Veranschaulichung der
Funktionsweise hat der Autor ein Modell entworfen, dessen Leistung ausreicht, um eine
Leuchtdiode zu betreiben.
Julia Gundert, Niklas Wendel (Teambeitrag)
Thomas Morus Gymnasium Daun
Betreuender Lehrer: Hans-Willi Morandini
„PROJEKT H.E.L.T.“
In ihrem interdisziplinären Projekt arbeiten die Autoren an der Entwicklung eines
hocheffizienten Lufttransporters (H.E.L.T.) auf Basis eines Nurflüglers. Diese spezielle
Flugzeugform, die zivil noch kaum genutzt wird, ist auftriebsstark und reibungsarm –
aufgrund des Mitteneffekts aerodynamisch jedoch instabil. Um die Stabilität zu erhöhen,
untersuchten die beiden Autoren unterschiedliche Flügelgeometrien. Dabei ist es gelungen,
eine funktionstüchtigere Art der Geometrie zu entwickeln. Die aerodynamische Stabilität des
Modells konnte per computerbasierter Strömungsanalyse belegt werden. Zur Überprüfung
des Konzepts wurde ein Prototyp mit einer Spannweite von rund 2,80 Metern gebaut und mit
Flugschreibern ausgestattet.
2
Saverio Nobbe (Einzelbeitrag)
Lise-Meitner-Schule Berlin
Betreuender Lehrer: Georg Terstegge
„Chlorfreies Durchstarten − Neue Energieträger und Katalysatoren für eine
umweltfreundliche Raumfahrt“
Der Autor geht der Frage nach, ob es grüne Alternativen zu den bisher in der Raumfahrt
eingesetzten Treibstoffarten gibt. In mehreren Versuchsreihen wurde nach geeigneten
Modifikationen gesucht, um Festtreibstoffe, die auf Ammoniumnitrat statt auf
Ammoniumperchlorat basieren, für die Raumfahrt nutzbar zu machen. Der Autor hat in
seiner Forschungsarbeit neue, hochenergetische Zusatzstoffe erprobt, unbekannte
Katalysatoren vorgestellt und effiziente Syntheseverfahren für neuartige Bindemittel
entwickelt. Auch wenn die Abbrandgeschwindigkeit gängiger Treibstoffe den in der Arbeit
gemessenen Werten noch überlegen ist, scheint klar, dass die Grenzen des Machbaren bei
Ammoniumnitrat-basierten Sätzen noch nicht ausgelotet sind.
3
Sandra Pape (Einzelbeitrag)
Gymnasium Oldenfelde
Betreuender Lehrer: Sarah Ewerlin
„Mit umweltfreundlicher Abwasserwärmerückgewinnung in warmen Großküchen 36%
weniger Energie in den Abfluss gießen“
Die Autorin entwickelt ihr im letzten Wettbewerbsjahr vorgestelltes System zur
Energiegewinnung aus Großküchenabwässern – welche besonders hohe thermische
Energie besitzen – technisch weiter. Um das Projekt noch stärker an der wirtschaftlichen
Praxis zu orientieren, hat die Autorin vor Ort in verschiedenen Großkantinen recherchiert.
Anschließend wurde ein optimiertes Energiesparsystem zur Erwärmung von kaltem
Frischwasser durch heißes Abwasser konstruiert. Jährlich könnte so z.B. im
Berufsförderungswerk Hamburg der Energieeinsatz um rund 11.000 kWh gesenkt werden.
Das entspräche einer Einsparung von etwa 36 Prozent oder dem durchschnittlichen
jährlichen Energiebedarf von fünf Einpersonenhaushalten.
Kevin Jablonka (Einzelbeitrag)
Wieland-Gymnasium Biberach
Betreuende Lehrerin: Daniela Bernlöhr
„Photosynthese ohne Chlorophyll“
Durch die Photosynthese wandeln Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie um. Hierbei
entsteht neben Sauerstoff auch Wasserstoff, ein wichtiger Energieträger. Technisch lässt
sich dieser Prozess bisher nicht kopieren. Der Autor untersucht in seiner Arbeit das Potenzial
von graphitisch-polymerem Kohlenstoffnitrid als künstliches Chlorophyll – dem grünen
Blattfarbstoff, der für die Photosynthese essenziell ist. Aufgrund der kleinen Oberfläche von
Kohlenstoffnitrid erwies sich der Wirkungsgrad dieses Prozesses bisher als sehr gering.
Durch die Vergrößerung der Oberfläche soll das Problem behoben werden. Hierfür hat der
Autor Kohlenstoffnitrid mit einem wasserunlöslichen Hilfspolymer mittels Electrospinning zu
Fasern im Nano- bis Mikrometerbereich verarbeitet. Erste Ergebnisse deuten auf eine
erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades hin.
4
Dominik Albrecht, Fabian Glaser, Marius Moser
(Teambeitrag)
Gymnasium Spaichingen
Betreuender Lehrer: Manuel Vogel
„Mobilität für die Zukunft“
Die Autoren stellen sich die Frage, wie Mobilität durch ein autarkes, langlebiges
Energiesystem – basierend auf Brennstoffzellen – umweltfreundlicher gestaltet werden kann.
Zum Erreichen dieses Ziels wurde Lichtenergie mittels Photovoltaik-Modulen in Strom
umgewandelt. Diesen nutzen die Autoren, um in einer neuartigen Elektrolyse-Einheit Wasser
in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Um die Energie wieder abrufen zu können, wurde
eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle entwickelt, welche die benötigte Elektrizität für den
Antrieb liefert. Durch stetige Weiterentwicklung konnte ein System erarbeitet werden, dessen
Leistung sich im Rahmen des Projekts bereits um ein Vielfaches steigern ließ. Ihr autarkes
Mobilitätskonzept haben die Autoren zwischenzeitlich in einem Modell-LKW installiert.
Christoph Griehl (Einzelbeitrag)
Georg-Cantor-Gymnasium Halle (Saale)
Betreuender Lehrer: Torsten Polity
„Öl im Tank und auf dem Teller − Bioenergie neu gedacht“
Der Autor sucht in seiner Arbeit nach einer umweltfreundlichen Alternative zu Erdöl, welches
als Ausgangsmaterial für Kraft- oder Kunststoffe unabdingbar ist. Mikroalgen wie
Botryococcus braunii speichern in ihren Zellen Öl als Energiereserve. Dieses Algenöl lässt
sich prinzipiell nutzen, ist in der Gewinnung aber durch den notwendigen, mehrstufigen
Aufarbeitungsprozess teuer. Ziel ist eine Vereinfachung dieses Prozesses. Hierzu
entwickelte der Autor einen In-situ-Extraktor, mit dem das Öl während der Biomasseanzucht
abgetrennt werden kann, ohne ein Absterben der Algen zu provozieren. Der Vorgang wurde
so zu einem einzigen Prozessschritt zusammengefasst, verbunden mit deutlichen Kostenund Energieeinsparungen. Das Algenöl wurde abschließend durch methanolische HCl zu
Biodiesel umgewandelt und einem Praxistest unterzogen.
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Hanna Burggraf (Einzelbeitrag)
Gymnasium Tutzing
Betreuende Lehrerin: Julia Streitle
„Kräht der Gockel auf dem Mist… − Eine intelligente Heizungssteuerung mit Hilfe einer
Wetterprognose“
Die Autorin geht der Frage nach, ob sich mittels einer intelligenten Heizungssteuerung auf
Basis von Wetterprognosen Energie sparen lässt. Hierzu wurde eine Software entwickelt, die
verschiedene Messdaten wie Zimmertemperatur, Lüftungsverhalten, Außentemperatur und
aktuelle Wettervorhersagen erfasst. In Kombination mit Kennzahlen wie Aufheiz- und
Abkühlkurven des Gebäudes oder der Einstrahlungsleistung berechnet die Software den
Heizbedarf einzelner Räume. Die Anlage wird dabei so gesteuert, dass möglichst oft mit
solarer Energie geheizt wird. Das Programm ermöglicht zudem die Einrichtung spezifischer
Nutzerprofile, um individuellen Bedürfnissen gerecht zu werden. Die Autorin konnte die
Funktionalität ihrer Idee theoretisch beweisen und eine Energieeinsparung von bis zu 20
Prozent realisieren.
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