Waiblingen

Jugend forscht: Waiblinger Schüler entwickeln Messystem für Luftqualität

Jugend forscht
Felix Pfannkuch (15) und Sören Wieland (14). © Jugend forscht

Das regelmäßige Lüften im Klassenzimmer, das durch die Corona-Pandemie an Schulen angeordnet worden war, hat die beiden Schüler Sören Wieland (14) und Felix Pfannkuch (15) des Staufer-Gymnasiums zu einer besonderen Idee verleitet: Sie entwickelten ein System, das dazu in der Lage ist, die Luftqualität in einem Raum über verschiedene Sensoren, die im Raum verteilt sind, zu messen, auf eine Datenbank zu übertragen und anschließend auswerten zu können.

Damit haben sie den Wettbewerb „Jugend forscht“ auf regionaler Ebene gewonnen und bei dem darauffolgenden Landeswettbewerb ein Preisgeld in Höhe von 150 Euro sowie Bildungspraktika an der Hochschule Albstadt-Sigmaringen erzielt.

Sensoren werden im Raum verteilt

„Das Ganze war eigentlich gar nicht in dem Ausmaß geplant“, sagt Felix Pfannkuch. Die zwei Schüler hätten sich anfangs lediglich mit der Frage beschäftigt, ob es Sinn ergibt, die Fenster im Klassenzimmer alle 20 Minuten für jeweils fünf Minuten zum Lüften zu öffnen. Darüber hinaus beobachteten sie, dass dieses vorgegebene Intervall auch nicht immer eingehalten wurde. Ihre Lösung: eine LED-Anzeige, die die verbliebene Zeit bis zur nächsten Lüftung visualisiert.

Vom Forschergeist gepackt, sollte es damit jedoch noch nicht getan sein. Nach eingehender Recherche fanden die zwei Jungen heraus, dass der Aerosol- sowie der Kohlenstoffdioxid-Gehalt in der Luft eng miteinander in Verbindung stehen: Bei steigendem Kohlenstoffdioxid-Gehalt, bedingt durch die Ausatmung, steigt auch der Anteil der Aerosole in einem Raum. Aerosole sind laut Umweltbundesamt kleine Schwebeteilchen in der Luft. Beim Ausatmen werden diese Partikel verteilt und können, sofern eine Person mit Corona infiziert ist, den Krankheitserreger enthalten und damit ansteckend sein.

Aus diesem Grund ergänzten die beiden Schüler ihr System um ein CO2-Messgerät, mit dem dann der Gehalt von Kohlenstoffdioxid in der Luft festgestellt werden konnte. Die Auswertungen wurden über einen Web-Server grafisch zur Verfügung gestellt. Da das Messgerät jedoch häufig in der Nähe der Tafel bei einem gekippten Fenster positioniert wurde, kam ihnen der Gedanke, dass der CO2-Gehalt an verschiedenen Stellen im Raum unterschiedlich sein musste. „Wir haben daraufhin an mehreren Stellen im Raum Messgeräte positioniert“, erzählt Felix Pfannkuch. Außerdem sei der Sensor, der bisher nur den CO2-Gehalt gemessen hatte, nun auf mehrere Messwerte ausgelegt. „Der CO2-Wert alleine konnte nicht aussagekräftig sein“, sagt der 15-Jährige. Da die Schule Aerosol-Filter besitze, bleibe der CO2-Gehalt auch bei weniger Aerosolen in der Luft gleich. Zusätzlich konnten nun auch Aussagen über die Luftfeuchtigkeit oder die Raumtemperatur getroffen werden.

In einem letzten Schritt wurden die Messwerte in eine Online-Datenbank übertragen, so dass sie im Nachhinein ausgewertet werden können. Die Mess- und Übertragungsfunktion bauten die beiden Schüler in ein Gehäuse, das mit einem 3D-Drucker angefertigt wurde.

„Die Jungs kombinieren quasi die Messergebnisse mit einem Interface, die Ergebnisse werden in einer Datenbank gesammelt und angezeigt“, sagt Horst Welker, Lehrer am Staufer-Gymnasium. „Mit diesen Messwerten lassen sich verschiedene wissenschaftliche Aussagen treffen.“ Dazu zählten unter anderem Empfehlungen zum Lüften, aber auch Überlegungen zum Energiesparen. „Bei unterschiedlichen Raumgrößen können sich die Werte unterscheiden und dementsprechend andere Handlungsempfehlungen abgegeben werden.“

Horst Welker hat die zwei Schüler in ihrem Vorhaben unterstützt. Er betont, dass die beiden Jungen sehr lange selbstständig gearbeitet haben und er selbst erst dazu gekommen sei, als es beispielsweise um die Finanzierung ging. Durch seine Verbindungen zur „Experimenta“, die „Jugend forscht“-Projekte unterstützt, konnte er die finanziellen Mittel beantragen.

Der Wettbewerb fand online statt

Der Wettbewerb „Jugend forscht“ hat in diesem Jahr ausschließlich online stattgefunden. „Es gab ein Tagesprogramm auf einer Online-Plattform mit verschiedenen Räumen“, erzählt Felix Pfannkuch, erst am Abend sei die Platzierung verkündet worden. So hatten sich die zwei den Tag über mit anderen austauschen können. Auch die 30-minütige Präsentation vor der Jury hat dort stattgefunden. „Wir haben dann auch Feedback und Verbesserungsvorschläge bekommen, aber uns wurde auch gesagt, was wir gut gemacht haben“, erzählt der Schüler.

Trotz der guten Organisation finden es beide schade, dass der Wettbewerb nicht persönlich stattfinden konnte. „Das war alles sehr weit entfernt“, sagt Sören Wieland. Für junge Talente sei diese digitale Front ein Nachteil, so Horst Welker, denn in der Regel sei „Jugend forscht“ auch eine Ideenbörse für Gleichgesinnte. Dort bestehe die Möglichkeit, Kontakte zu knüpfen und Interessen zu teilen. Die digitale Lösung sei zwar gut durchdacht, aber könne keinen realen Austausch ersetzen.

Auch in Zukunft können sich die beiden Schüler vorstellen, wissenschaftlich zu arbeiten. Beide sind in der Technik-AG des Staufer-Gymnasiums und nehmen im Juli an dem „Explore Science“-Wettbewerb teil.

Das regelmäßige Lüften im Klassenzimmer, das durch die Corona-Pandemie an Schulen angeordnet worden war, hat die beiden Schüler Sören Wieland (14) und Felix Pfannkuch (15) des Staufer-Gymnasiums zu einer besonderen Idee verleitet: Sie entwickelten ein System, das dazu in der Lage ist, die Luftqualität in einem Raum über verschiedene Sensoren, die im Raum verteilt sind, zu messen, auf eine Datenbank zu übertragen und anschließend auswerten zu können.

Damit haben sie den Wettbewerb

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