Suche

Die 3 Rs - Biokunststoffe

Dr 3r Produkte der Zukunft

Überblick

Primarstufe, Sekundarstufe

Biologie, Chemie

Nachhaltigkeit

Deutsch

Übersicht

Stichworte: Biobasierte Produkte, Biokunststoffe, Biomasse
Disziplinen: Biologie, Chemie, Wirtschaft
Altersstufe der Schüler: Primar- und Sekundarstufe (jedes Kapitel verfügt über eine grundlegende Laborübung, die sich für die Primarstufe eignet und eine zusätzliche für die Sekundarstufe; Zulassung der Chemikalien für die jeweilige Altersstufen bitte prüfen)
Zeitrahmen: 45 - 90 Minuten pro Übung
Partner: Laden Sie Wissenschaftler*innen ein, eine Unterrichtsstunde zu halten, oder besuchen Sie mit Ihrer Klasse ein Unternehmen, das biobasierte Produkte herstellt.

SDG 9 - Industrie, Innovation und Infrastruktur SDG 11 - SDG11 - Nachhaltige Städte und Gemeinden SDG11 - Nachhaltiger Konsum und Produktion

Inhaltsverzeichnis

Konzeptionelle Einführung
Einführende Aufgabe zur Geschichte der Kunststoffe
Herstellung von Kunststoffen aus Laktat
Wie man PLA recycelt

Alle Aufgaben sind für Schüler*innen der Primar- und Sekundarstufe konzipiert worden; die Anleitung und Betreuung durch Lehrkräfte ist erforderlich.

Zusammenfassung 

Können wir ohne Plastik leben? Kann dem ausufernden Plastikmüllproblem entgegnet werden, indem wir unseren Konsum reduzieren, Dinge wiederverwenden und recyceln? Sind Biopolymere die Lösung für eine nachhaltige Zukunft?

Im Rahmen der Aufgaben zu Biokunststoffen lernen die Schüler*innen etwas über Polymere, über die Bedeutung von Polymeren in unserem Alltag und über die ökologischen Folgen ihrer Verwendung. Sie untersuchen zudem, ob Biopolymere synthetische Polymere ersetzen können.

Transp

Motivation für dieses Projekt war die zwingende Notwendigkeit, Rohstoffe zu verwenden, um Alltagsprodukte aus recycelbaren Materialien herzustellen. Es verdeutlicht die schädlichen Auswirkungen unserer täglichen Handlungen auf die Umwelt, die Auswirkungen der Herstellung von Kunststoffen aus Erdöl und den Anteil der CO2-Emissionen, der auf unseren weltweiten Verbrauch von Kunststoffen zurückzuführen ist.

Die Unterrichtseinheit betont die biologischen Auswirkungen von nicht abbaubaren Kunststoffen in unserer Umwelt und die negativen Auswirkungen von Mikroplastik. Durch die Aufgaben lernen die Schüler*innen, dass es nicht nur notwendig ist, auf biologisch abbaubare Kunststoffe umzusteigen, sondern auch Biomasse als Ausgangsmaterial zu verwenden, um die Freisetzung von fossilem CO2 zu reduzieren.

Einführende Aufgabe zur Geschichte der Kunststoffe

Um die Schüler*innen in das Thema Kunststoffe und Biokunststoffe einzuführen, können sie mit einem interaktiven Video über die Geschichte der Kunststoffe beginnen. Darin erfahren sie, was Biokunststoffe sind und welche Bedeutung die 3 Rs haben. Schließlich nutzen sie einen Artikel als Ausgangspunkt für eine Diskussion über die Zukunft.

Einführung in das Thema im Detail

Die Geschichte des Kunststoffs - interaktives Video

Beachten Sie, dass das Video auf Englisch ist. Es wird empfohlen, die Untertiteln anzuschalten. (Deutsche Untertitel sind nur über die automatische Übersetzung von YouTube möglich) Der darauffolgende Fragebogen bezieht sich auf das Video! 

 

Präsentation über Biokunststoffe und die wichtige Rolle der 3 Rs.

Die Schüler*innen lernen durch die Präsentation mehr über Biokunststoffe und die 3 Rs. 

Die Präsentation können Sie hier als pptx oder als PDF herunterladen. 

Artikel über die Zukunft der Biokunststoffe und Gruppendiskussion

Die Schüler*innen denken über die Frage „Sind Biokunststoffe die Zukunft?“ nach und diskutieren den Artikel „The future of plastic“.

Die Schüler*innen diskutieren über die Bedeutung der 3 Rs für Kunststoffe. 

Herstellung von Kunststoffen aus Laktat

Für die Grundschule (Alter: 8-10 Jahre)

In diesem Experiment stellen die Schüler*innen Kunststoff aus Milch her, indem sie die Milch erhitzen und mit einer Säure, z. B. Essig, vermischen. Das hergestellte Polymer kann in jede beliebige Form gebracht werden. 

Sie können eine Präsentation mit Anleitungen und Beispielbildern des Experiments für den Unterricht herunterladen. Sie finden die pptx-Datei hier und die pdf-Datei hier. Bitte beachten: Diese Präsentationen sind auf Englisch!  

 

Materialien

  • 1 Tasse Milch
  • 4 Teelöffel weißer Essig
  • Eine Schüssel
  • ein Sieb

Verfahren

  1. Milch erhitzen, bis sie heiß ist, aber nicht kocht.
  2. Die Milch vorsichtig in die Schüssel gießen.
  3. Den Essig in die Milch geben und mit einem Löffel etwa eine Minute lang umrühren.
  4. Die Milch durch das Sieb in die Spüle gießen.
  5. Den Kunststoff in jede beliebige Form bringen und trocknen lassen. 

Fragen für die Schüler*innen

  • Was ist die optimale Temperatur für die Milch? Was passiert, wenn die Milch kalt ist?
  • Was passiert, wenn man einen Teelöffel Essig hinzufügt?
  • Würde man mit fettarmer Milch oder Sojamilch die gleichen Ergebnisse erzielen?
  • Würden auch andere Säuren wie Zitronen- oder Orangensaft funktionieren?

Was ist geschehen?

Milch enthält viele Moleküle eines Proteins namens Kasein. Jedes Kaseinmolekül ist ein Monomer und eine Kette von Kaseinmonomeren ist ein Polymer. Das Polymer kann geschöpft und geformt werden, weshalb aus Milch hergestellter Kunststoff als Kaseinplastik bezeichnet wird.

Wie man PLA recycelt

Polymilchsäure (PLA) ist ein Monomer, das aus erneuerbaren, organischen Quellen wie Maisstärke oder Zuckerrohr gewonnen wird.

PLA wird heute für Verpackungen, Strohhalme, Becher und Taschen verwendet. PLA ist eines der beliebtesten Materialien für den 3D-Druck. Die meisten 3D-Drucker, die mit Materialextrusion arbeiten und heute in Schulen zu finden sind, verwenden PLA als Filament.

3D-Druck erzeugt Abfall. Trotz der Vorteile entstehen beim 3D-Druck große Mengen an Abfall, der durch misslungene Drucke oder Stützstrukturen entsteht.

In diesem Experiment erfahren die Schüler*innen, wie PLA recycelt werden kann, indem aus 3D-Druckerfilamentabfällen eine Reinigungslösung hergestellt wird. Es handelt sich um eine überarbeitete Version eines Versuchs von Beyond Benign, das PLA-Becher verwendet. Im ersten Teil stellen die Schüler*innen die Lösung aus PLA-Resten her, im zweiten Teil testen sie die Lösung.

Das Video illustriert die im Text beschriebene Versuchsdurchführung. Die Texte im Video sind in englischer Sprache. 

Materialien

  • 500 ml Ethanol
  • 500 ml destilliertes Wasser
  • 56 g NaOH (Natriumhydroxid) Pellets
  • 50 ml 12 M HCl(aq) (Salzsäure/Chlorwasserstoffsäure)
  • 50 ml destilliertes Wasser
  • 1000 ml Erlenmeyerkolben
  • 125 ml Erlenmeyerkolben
  • 500 ml-Messzylinder
  • 50 ml-Messzylinder
  • 2 Rührfische
  • Heizplatte mit Rührer
  • PLA-Reste oder ein PLA-Becher und eine Schere
  • Eiswasserbad
  • Tropfflaschen
  • Plastikflasche
  • Trichter

Verfahren

Sicherheit geht vor: Einen Laborkittel, eine Schutzbrille und Handschuhe anziehen!

 

Schritt 1: Vorbereitung der Lösungen

1000 ml einer Lösung von 1,4 M NaOH in 50 % Ethanol in Wasser vorbereiten:

  1. 56 g NaOH auf einer Waage abwiegen.
  2. Die NaOH in einen 1000-ml-Erlenmeyerkolben überführen.
  3. In den Kolben 500 ml destilliertes Wasser und ein Rührfisch geben.
  4. Das NaOH im Wasser unter Rühren lösen.
  5. 500 ml Ethanol in einem 500 ml Messzylinder abmessen.
  6. Langsam 500 ml Ethanol in den Kolben und gründlich mischen.
  7. Die Lösung mit „1,4 M NaOH in 50 % Ethanol in Wasserlösung" beschriften.

100 ml 6 M HCl vorbereiten:

  1. 50 ml destilliertes Wasser abmessen.
  2. Das Wasser und einen Rührfisch in einen 125-ml-Erlenmeyerkolben geben.
  3. 50 ml 12 M Salzsäure in einem 50 ml Messzylinder abmessen.
  4. Die Salzsäure langsam in ein Becherglas mit Wasser geben.
  5. Die 100 ml der Lösung (6 M HCl) in 10 Tropfflaschen geben.
  6. Die Flaschen mit "6 M HCl" beschriften. Jede Flasche sollte 10 mL 6 M HCl enthalten.

 

Schritt 2: Hinzufügen der PLA

  1. Den PLA-Becher mit einer Schere in kleine Stücke schneiden.
  2. Die PLA-Stücke in ein Wägeschiffchen legen.
  3. 5 g der PLA-Stücke auf einer Digitalwaage abwiegen.
  4. 5 g PLA-Stücke mit Hilfe eines Trichters in den 250-ml-Erlenmeyerkolben geben. 
  5. Mit dem Messzylinder 100 ml der vorbereiteten Lösung (1,4 M NaOH in 1:1 Ethanol/Wasser) abmessen. 
  6. Die Lösung und 1 Magnetrührstab in den Kolben geben. 
  7. Den Kolben auf die Heizplatte stellen.
  8. Die Heizfunktion der Heizplatte einschalten und die Lösung auf 90˚C erhitzen (die Hitze reduzieren, wenn die Lösung heftig zu kochen beginnt).
  9. Nachdem sich die PLA-Stücke vollständig aufgelöst haben und die Lösung blassgelb ist, die Heizplatte ausschalten. Die Temperatur sollte 80˚C - 90˚C betragen.
  10. Den Kolben mit hitzebeständigen Handschuhen von der Heizplatte nehmen. 
  11. Den Kolben in ein Eiswasserbad stellen und die Lösung abkühlen lassen, bis sie unter 60˚C liegt. Diese Mischung wird nun „hydrolysiertes PLA“ genannt.

 

Schritt 3: Fertigstellung der Reinigungslösung

  1. Mit der Salzsäure einen pH-Bereich von 4-5 einstellen. Die Lösung enthält nun Milchsäure und Natriumchlorid (NaCl).
  2. Die Milchsäurelösung mit einem Trichter in die Plastikflasche umfüllen. Sie ist nun gebrauchsfertig.

Eine Präsentation mit Anleitungen und Beispielbildern des Experiments für den Unterricht können Sie herunterladen. Sie finden die pptx-Datei hier und die pdf-Datei hier. Bitte beachten: Die Präsentation ist auf Englisch! 

Nach der Herstellung der Reinigungslösung können die Schüler*innen deren Eigenschaften mit dem folgenden Verfahren testen.

Materialien

  • 6 Agarplatten
  • 6 Abstriche
  • Destilliertes Wasser
  • Inkubator oder warmer Raum

Verfahren

  1. Die Schüler*innen entnehmen zunächst Proben von einer Oberfläche im Labor (z.B. Tisch oder Fenster) mit Tupfern und etwas destilliertem Wasser. Nicht vergessen, die Agarplatten zu beschriften.
  2. Dann reinigen die Schüler*innen die Oberfläche mit ihrer PLA-Reinigungslösung. 
  3. Im Anschluss nehmen sie Proben von der sauberen Oberfläche. 
  4. Die Proben 24 Stunden lang in einem Inkubator oder in einem warmen Raum liegen lassen.
  5. Zuletzt die Proben auswerten.

Autor*innen von Die 3 Rs – Produkte der Zukunft : Anders Florén (SE), Iro Koliakou (GR), Maria Zambrotta (IT)

  1. The future of plasticNat Commun 9, 2157 (2018).

  2. Sculpted Science: Turn Milk into Plastic! Scientific American, Scientific American (13 Sept. 2012).

  3. Recycling Polylactic Acid.” Beyond Benign, 22 June 2017.

Schliesse Suche