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Groß Werden

Wissenschaftlicher Fortschritt lebt von neugierigen Forschern. Auch viele junge Talente bringen Erstaunliches zustande – etwa im Rahmen von Wettbewerben wie „Jugend forscht“.

Ivo Zell steht auf einem Hügel im idyllischen Rheingau und blickt in die Ferne. In den Händen hält er einen schwarzen Kasten mit Antenne. Nichts passiert. Doch innerhalb von wenigen Sekunden wird immer deutlicher, worauf sich der junge Mann konzentriert: Ein kleiner Punkt am Horizont kommt näher, wird größer. Aber was ist das? Zell lächelt milde und sagt vieldeutig: „Vielleicht die Zukunft.“ Das Objekt, das der 18-Jährige mit seiner Fernbedienung elegant durch die Luft gleiten lässt, ist nicht etwa ein gewöhnliches Modellflugzeug, sondern ein sogenannter Nurflügel. Er besteht nur aus einer Tragfläche, ohne Rumpf und Leitwerk. Mit diesem „schwanzlosen“ Flugzeug hat sich Ivo Zell monatelang intensiv beschäftigt. Er gräbt sich durch Fachliteratur, entwickelt ein eigenes Modell mit 1,20 Meter Spannweite und startet unzählige Testflüge. Der Aufwand lohnt sich: Im April 2016 gewinnt Zell im Fachgebiet Physik den hessischen Landeswettbewerb „Jugend forscht“, den Merck bereits seit 1996 ausrichtet (zum Artikel).

Ein Flügel reicht

Und warum ist Zell davon überzeugt, dass ein Flügel reicht? „Im Vergleich zu konventionellen Fliegern verfügen Nurflügel über eine optimierte Aerodynamik und verbrauchen daher deutlich weniger Treibstoff“, erklärt er. Das klingt plausibel. Doch die speziellen Flugzeuge haben auch Nachteile: Sie sind schwer zu steuern und kommen leicht ins Trudeln. Genau hier liegt die Herausforderung. „Ziel meines Projektes war die Konstruktion eines Nurflügels, der ohne elektronische Stabilisierung auskommt“, sagt Zell. Die Grundlage seiner umfangreichen Berechnungen bildet die „Glockenauftriebsverteilung“ der Gebrüder Horten aus den 30er Jahren. Seine Daten erweckt er mithilfe von CAD und 3D-Druck in der Tischler-Werkstatt seines Vaters zum Leben – das Modellflugzeug kann abheben. Über Telemetrie, Videoauswertung, eigene Sensoren und Messverfahren startet er nun die Test- und Analysephase. Mit großem Erfolg. Denn Ivo Zell gelingt es, mit seinem Modell problemlose Flugeigenschaften nachzuweisen - eine interessante Erkenntnis für die internationale Luftfahrttechnik. Damit gewinnt er bei „Jugend forscht“ auch den Bundeswettbewerb und erreicht den zweiten Platz auf EU-Ebene. Nun freut sich Zell auf die Teilnahme am Intel ISEF, dem weltweit größten naturwissenschaftlichen Schülerwettbewerb, im Mai 2017 in Los Angeles. Trotz dieses spektakulären Höhenfluges bleibt er bodenständig: „Ich werde in Ruhe Maschinenbau studieren, um später beruflich in der Luft- und Raumfahrttechnik zu forschen.“

Völlig schwerelos

In astronomische Höhen zieht es dagegen Patricia Asemann – allerdings nur in der Theorie. Gemeinsam mit ihrem Projektpartner Robin Heinemann entwickelt sie eine Computersimulation, mit der sie den Einfluss der Gravitation auf die Entstehung von Planetensystemen untersuchen. Doch wie kommt man auf diese überirdische Idee? „Ich kann mich stundenlang mit komplexen Mathematikaufgaben beschäftigen – das macht mir einfach Spaß!“ Fasziniert vom noch weitgehend unerschlossenen Weltraum, entwickelt sie gemeinsam mit dem Leiter des Schülerforschungszentrums Kassel ihr Thema für „Jugend forscht“. „Aus Molekülen entstehen Staubscheiben und Gesteinsbrocken, die wiederum zu riesigen Gebirgen anwachsen. Doch die Frage, welche Wirkung die Schwerkraft auf diesen Prozess ausübt, ist bislang nicht beantwortet“, erklärt Asemann in einfachen Worten. Zunächst taucht sie tief ein in die Welt der Fachliteratur und kontaktiert Wissenschaftler, die rund um den Erdball zu ähnlichen Fragestellungen forschen. „Die haben sich über mein Interesse gefreut und mir gern weitergeholfen“, erinnert sich die 18-Jährige. Mit dem gesammelten Wissen im Kopf setzt sie sich an den Rechner. Ihre aufwendigen Simulationen berücksichtigen unterschiedlichste Parameter wie Homogenität, Dichte, Anzahl und Geschwindigkeit der Körper. Die Haupterkenntnis der Untersuchungen: Die Gravitation spielt erst dann eine Rolle, wenn sich bereits größere Brocken gebildet haben. In der Anfangsphase sind hingegen Faktoren wie Elektromagnetismus und Strömungsmechanik entscheidend. Mit diesem Beitrag überzeugen die beiden Jungforscher die Jury im Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften und holen den Titel sowohl beim hessischen Landes- als auch beim Bundeswettbewerb. Heute studiert Patricia Asemann in Jena Mathematik und Physik und widmet sich in ihrer Freizeit neuen Forschungsfeldern: Zum Beispiel der Entwicklung einer Tarnkappe, die Schallwellen um ein Objekt herum lenkt. Eine Frage kann jedoch auch die begabte Nachwuchswissenschaftlerin nicht beantworten: „Ich habe keine Ahnung, warum es in meinen Fächern so wenige Frauen gibt.“

Reaktionsfreudig

Auf eine ganz andere explosive Frage stößt Elias Chalwatzis aus Bensheim im Chemieunterricht. Gibt man Alkalimetalle in Wasser, kommt es zu einer heftigen Reaktion, bei der Wasserstoff entsteht. „Das kann richtig laut knallen“, sagt der 19-Jährige. Forscher sind sich bis heute nicht einig, welche Chemie eigentlich dahintersteckt. Die einen erklären die Detonation mit einer Knallgasreaktion zwischen Wasser- und Sauerstoff. Andere gehen von einer physikalischen Explosion aus, bei der aufgrund der hohen Wärme Wasser schlagartig verdampft. Jüngste Forschungen sehen die Abstoßung zwischen den entstehenden Metallionen als Ursache der Explosion. Das Thema lässt Elias Chalwatzis und seine Mitschüler Christian Brudy und Daniel Crusius nicht mehr
 los – sie wollen mehr über den Reaktionsmechanismus erfahren. „Zunächst haben wir im Internet recherchiert und uns mit ‚echten‘ Wissenschaftlern ausgetauscht, zum Beispiel einem Chemieprofessor in Prag“, erzählt Chalwatzis. Dann starten die Schüler ihre Versuche im Labor der Schule – unter Aufsicht, denn die Sache ist nicht ungefährlich. Sie analysieren die Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser und anderen Reagenzien mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Leitfähigkeitsmessungen. Ihre Ergebnisse stützen die aktuelle These der sogenannten Coulomb-Explosion. Die drei jungen Männer gewinnen den hessischen Landeswettbewerb im Fachgebiet Chemie und den Sonderpreis Arbeitssicherheit beim Bundewettbewerb. Mittlerweile studiert Chalwatzis Chemie in Darmstadt – dem Hauptstandort von Merck. „Dort einmal zu arbeiten, wäre schon eine interessante Perspektive“, sagt er lächelnd.

Rund 4.500
unserer Mitarbeiter ermöglichten in
 Klassenzimmern und an unseren Standorten in 36 Ländern spannende Einblicke in die Welt der Naturwissenschaften.
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Über 60.000
Schüler schlüpften dabei in Laborkittel und hatten Spaß am praktischen Experimentieren.

Neues kommt von Neugier

Merck fördert den wissenschaftlichen Nachwuchs durch vielfältige Programme

Als globales Technologie- und Wissenschaftsunternehmen engagiert sich Merck auf vielfältige Weise für Bildung. „Es ist uns ein großes Anliegen, den naturwissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern. Unser Bildungsengagement ist ein Schwerpunkt unserer Corporate Responsibility-Strategie“, sagt Frank Gotthardt, Leiter Public Affairs und Corporate Responsibility. Allein im Jahr 2016 hat das Unternehmen fast 1,2 Mio. € in Bildungsprojekte investiert. Das Engagement umfasst auch die Vergabe von internationalen Stipendien – zum Beispiel in Indien und China oder die Auszeichnung herausragender Studenten in Ghana, Nigeria und Kenia. Merck ist seit mehr als 30 Jahren Partner von Jugend forscht, dem deutschlandweit größten und erfolgreichsten wissenschaftlichen Nachwuchswettbewerb. Seit dem Jahr 1996 richtet das Unternehmen den Landeswettbewerb in Hessen aus, zweimal war es Gastgeber des Bundesentscheides. Schüler, Auszubildende und Studenten im Alter von 15 bis 21 Jahren sind dazu aufgerufen, kreative Projekte zu entwickeln. Die Teilnehmer bestimmen ihre Themen selbst, das Projekt muss sich aber in eines der sieben Fachgebiete einordnen lassen. Zur Auswahl stehen: Arbeitswelt, Biologie, Chemie, Geo- und Raumwissenschaften, Mathematik / Informatik, Physik und Technik. „Wir sind immer wieder beeindruckt von dem hohen Niveau der eingereichten Projekte“, sagt Julian Wenzel, Referent Community Relations.

Merck fördert auf breiter Basis die sogenannten MINT-Fächer – also Schulfächer mit Bezug zu Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik. Die kontinuierliche Unterstützung von Schulen zeigt Wirkung: rund 80 % der Jugend forscht-Beiträge aus Hessen, die den hessischen Landeswettbewerb erreichen, stammen von Schulen, die von Merck gefördert werden, „Neben dieser Spitzenförderung ist es uns wichtig, naturwissenschaftliche Allgemeinbildung zu fördern und zu zeigen, dass Chemie spannend ist und Spaß macht“, sagt Christa Jansen, Associate Director Schulpartnerschaften. Merck bietet Schülern mit seinen vielfältigen Angeboten als außerschulischer Lernort Orientierung bei der Studien- und Berufswahl. Über Lehrerfortbildungen werden zudem innovative Technologien wie Flüssigkristalle und OLEDs in den Unterricht getragen. In Kooperation mit der Technischen Universität Darmstadt betreibt Merck ein Chemie- und Biologie-Schülerlabor, in dem hochmoderne Geräte zur Verfügung stehen, mit denen ganz neue Experimente möglich sind. In ausgewählten Ländern wird dieses Erfolgskonzept nun international aufgestellt.

Darüber hinaus engagiert sich Merck weltweit mit zahlreichen Bildungsinitiativen, um junge Menschen für Naturwissenschaften zu begeistern. Dazu zählt das Anfang 2016 gestartete Programm SPARK. Es motiviert Mitarbeiter aus dem gesamten Unternehmensbereich Life Science dazu, ihr Forschungswissen ehrenamtlich an Schüler in 192 Städten weltweit weiterzugeben. Bislang ermöglichten rund 4.500 Mitarbeiter in Klassenzimmern und an unseren Standorten in 36 Ländern spannende Einblicke in die Welt der Naturwissenschaften. Über 60.000 Schüler schlüpften dabei in Laborkittel und hatten Spaß am praktischen Experimentieren. Im Rahmen von SPARK hat sich Merck mit Schulen und gemeinnützigen Organisationen wie zum Beispiel dem Swiss Science Center Technorama in Winterthur zusammengetan, um Schülern Wissen zu vermitteln und sie für die Wissenschaft zu begeistern. Merck wird dazu seine Curiosity Labs aktivieren. Dort haben die Schüler die Möglichkeit, Experimente zu Vorgängen wie der Wasserfilterung oder DNA-Extraktion durchzuführen, die in der wissenschaftlichen Praxis zum Alltag gehören.