Ölverschmutzungen reinigen

Ölverschmutzungen stellen eine ernsthafte Bedrohung für Gewässer dar, da diese Verunreinigungen schädliche Auswirkungen auf das Leben im Wasser haben. Dieses Experiment demonstriert die verschiedenen Reinigungsprozesse für Ölverschmutzungen und vermittelt den Kindern, wie wichtig die Erhaltung sauberer und gesunder Gewässer ist. 

Dieses Material führt auch in wissenschaftliche Berufe ein und betont, dass Wissenschaftler*innen sowohl im Labor als auch im Feld arbeiten können.

Mögliche Beobachtungen:

• Das Wasser hat seine Farbe durch das Öl verändert.
• Auf der Wasseroberfläche hat sich eine sichtbare Schicht Öl gebildet.
• Das Öl hat sich über das Wasser ausgebreitet und einen dünnen Film gebildet.
• Ein Teil des Öls haftet an den Wänden des Tanks oder an Gegenständen im Wasser.

Diskussionspunkt:

Es sollte verdeutlicht werden, dass die geringere Dichte des Öls bewirkt, dass es auf dem Wasser schwimmt und sich ausbreitet. Zudem ist es wichtig, die damit verbundene Langlebigkeit des Öls in der Umwelt zu thematisieren und zu betonen.

Mögliche Herausforderungen:

• Öl und Wasser vermischen sich nicht, weil sie unterschiedliche chemische Eigenschaften haben.
• Der Ölfilm ist dünn und breitet sich weit aus, daher erfordert es viel Geschick und Mühe, ihn zu sammeln.
• Einiges Öl haftet an Oberflächen oder zerfällt in kleinere Tröpfchen, was die Reinigung erschwert.
• Mit Werkzeugen wie Löffeln oder Pipetten kann man versehentlich Wasser zusammen mit dem Öl aufnehmen.

Diskussionspunkt:

Die tatsächlichen Herausforderungen bei der Beseitigung von Ölverschmutzungen, einschließlich der Umweltauswirkungen, der Grenzen der Ausrüstung und des Bedarfs an modernen Technologien, sollten angesprochen werden.

Mögliche Methoden und Beobachtungen:

• Verwendung einer Pipette oder eines Löffels: effektiv für präzises Sammeln, aber langsam und arbeitsaufwändig.
• Saugfähige Materialien (z.B. Küchenpapier, Schwämme): Nützlich zum Aufsaugen von Öl, erreichen aber möglicherweise nicht alle Bereiche.
• Abschöpfwerkzeuge: effektiv zum Entfernen von Öl an der Oberfläche, können aber kleinere Tröpfchen zurücklassen.
• Chemische Dispergatoren oder Reinigungsmittel: zerlegen Öl in kleinere Tröpfchen, könnten aber ungewünschte Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Diskussionspunkt:

Ermutigen Sie die Schüler*innen, über die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden nachzudenken und reale Abwägungen zwischen Effizienz, Kosten und Umweltauswirkungen zu berücksichtigen.

Das Arbeitsblatt " Ölverschmutzungen verstehen" hilft den Schüler*innen, die Auswirkungen von Ölverschmutzungen auf die Wasserqualität zu beobachten und Reinigungstechniken kennenzulernen.

• Arbeitsblatt als docx-Datei oder als pdf-Datei

Mit sehr jungen Schüler*innen können Sie das Arbeitsblatt "Herausfinden, welche Methode am besten funktioniert" verwenden, das kein Schreiben, sondern Malen und Zeichnen beinhaltet.

• Arbeitsblatt als docx-Datei oder als pdf-Datei

Lösen sich Stoffe ineinander, so bedeutet das, dass die Teilchen, aus denen die Stoffe bestehen, gut miteinander wechselwirken. Dabei gilt grundsätzlich: Je ähnlicher Art und Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Teilchen sind, desto besser können die Teilchen miteinander wechselwirken. Zwischen Wassermolekülen bilden sich starke Wechselwirkungen aus, die sogenannten Wasserstoffbrücken. Wasser wird auch als polarer Stoff bezeichnet, da zwischen den Atomen (H- und O-Atome), aus denen die Wassermoleküle aufgebaut sind, eine große Elektronegativitätsdifferenz vorliegt und dabei die dadurch entstehenden Ladungsschwerpunkte, aufgrund der räumlichen Anordnung der Atome, nicht auf einer Stelle liegen. Dagegen liegen zwischen den Molekülen, aus denen Öl besteht, schwache Wechselwirkungen vor (die Wechselwirkungen zwischen temporären Dipolen). Öl wird auch als unpolarer Stoff bezeichnet, da zwischen den Atomen, aus denen die Ölmoleküle aufgebaut sind, eine geringe Elektronegativitätsdifferenz vorliegt und damit keine bzw. sehr geringe Landungsschwerpunkte entstehen. Die Art und Stärke der Wechselwirkungen von Öl- und Wassermoleküle sind also so unterschiedlich, dass sich Öl und Wasser nicht miteinander mischen können.

Wichtig: Mischen sich zwei Stoffe, so reagieren sie nicht miteinander!

Löffel und Zange: Mit diesen Werkzeugen können große Ölklumpen von der Oberfläche entfernt werden. Sie haben jedoch Schwierigkeiten mit kleineren Partikeln oder dünnen Schichten, die oft im Wasser verbleiben.

Baumwollwatte: Baumwolle eignet sich aufgrund ihrer faserigen Beschaffenheit hervorragend zum Aufsaugen von Öl . Sie ist besonders geeignet für das Aufsaugen von übrig gebliebenem Öl, nachdem bereits größere Mengen entfernt wurden.

Pipette: Pipetten sind ideal für gezielte Reinigungsarbeiten, da sie in einer kontrollierten Umgebung kleine Mengen Öl präzise entfernen können. Sie simulieren die Vakuumsysteme, die zur Ölrückgewinnung auf Wasser verwendet werden.

Ölsperre (Schnurschlaufe): Diese werden häufig in realen Ölverschmutzungssituationen verwendet. Absperrungen oder "Schnüre" werden um die Verschmutzung gelegt, um die Ausbreitung des Öls zu verhindern. Die Absperrung wirkt wie ein Zaun, der das Öl auf einen kleineren Bereich beschränkt, was andere Reinigungsmethoden effektiver machen kann. Die Absperrung hilft, das Öl zu konzentrieren, das dann effizienter abgeschöpft oder aufgesogen werden kann.

Seife (Spülmittel): Seife spielt eine entscheidende Rolle im Prozess, allerdings nicht unmittelbar in der Reinigung. Durch den Einsatz von Seife kommt es zunächst zur Durchmischung von Öl und Wasser. Dies führt zur Bildung einer Emulsion, in der kleine Öltröpfchen sich mit dem Wasser vermischen. Dies hilft im Reinigungsprozess.

Ölsperre und Schnurschlaufe

Realer Einsatz: Ölsperren werden verwendet, um die Ölverschmutzung auf der Wasseroberfläche zu umschließen und einzudämmen. Sie verhindern, dass sich das Öl weiter ausbreitet, was besonders wichtig ist, um Küstenlinien und andere empfindliche Umgebungen zu schützen.

Experiment: Im Experiment kann eine Schnurschlaufe oder eine ähnliche Barriere die Funktion von Absperrungen simulieren. Indem die Ölverschmutzung im Wasserbehälter umkreist wird, können die Schüler*innen beobachten, wie das Öl in einem begrenzten Bereich gehalten wird, was die Reinigung erleichtert.

Ölskimmer und Löffel/Zange

Realer Einsatz: Ölskimmer arbeiten nach dem Prinzip, Öl von der Wasseroberfläche zu entfernen. Verschiedene Arten von Ölskimmern, wie Wehr- und Saugskimmer, werden je nach Art und Ausmaß der Verschmutzung eingesetzt.

Experiment: Die Verwendung von Löffeln oder Zangen zum Abschöpfen von Öl simuliert die Aktion von Ölskimmern. Diese praktische Aktivität hilft den Schüler*innen zu verstehen, wie große Mengen Öl von der Oberfläche entfernt werden können, wenn auch in einem viel kleineren und handhabbareren Maßstab.

Sorbenzien und Baumwolle

Realer Einsatz: Sorbenzien, sowohl natürliche als auch synthetische, sind Materialien, die dazu entwickelt wurden, (in diesem Fall) Öl aufzunehmen. Sie werden aufgrund ihrer Effizienz bei der Aufnahme von Öl und der Abweisung von Wasser häufig bei der Bekämpfung von Ölverschmutzungen eingesetzt.

Experiment: Baumwolle fungiert als Sorbens im Klassenzimmer. Wenn die Schüler*innen Baumwollwatte oder Wattepads verwenden, um Öl aufzusaugen, können sie aus erster Hand sehen, wie Sorbenzien arbeiten, um selektiv Öl vom Wasser zu entfernen, was reale Reinigungstechnologien nachahmt.

Chemische Dispergatoren und Seife (Spülmittel)

Realer Einsatz: Chemische Dispergatoren sind Substanzen, die Öl in kleinere Tröpfchen zerteilen, so dass es von Mikroorganismen leichter abgebaut oder sich mit dem Wasser unter der Oberfläche vermischen kann. Sie werden normalerweise auf Ölverschmutzungen in der Meeresumwelt versprüht.

Experiment: Das Hinzufügen von Spülmittel zur Ölverschmutzung im Experiment demonstriert das grundlegende Konzept von chemischen Dispergatoren. In der Realität schadet Spülmittel jedoch Meereslebewesen, verschmutzt das Wasser und verbreitet das Öl weiter, was die Reinigung erschwert und die Umwelt stärker schädigt. Bei realen Ölverschmutzungen im Meer werden manchmal biologische Mittel, wie ölfressende Bakterien, verwendet, um das Öl auf natürliche Weise abzubauen. Diese Mikroorganismen nehmen das Öl auf und wandeln es in weniger schädliche Substanzen um.

Manuelle und mechanische Entfernung

Realer Einsatz: Dies beinhaltet das physische Entfernen des Öls mit Werkzeugen und Maschinen. Bei großflächigen Verschmutzungen könnten Geräte wie Pumpen und Vakuums benötigt werden.

Experiment: Die Verwendung von Pipetten oder Spritzen zum Entfernen von Öltröpfchen aus dem Experimentbehälter ermöglicht es den Schüler*innen, selbst eine mechanische Entfernung in kleinem Maßstab durchzuführen. Das Experiment vermittelt ihnen ein haptisches Verständnis dafür, wie sorgfältig und akribisch der Prozess der Ölentfernung sein kann.

Seife in Experimenten

Funktion: In Klassenzimmern dient Seife als einfaches und sicheres Demonstrationsmittel, um zu zeigen, wie Tenside funktionieren. Tenside sind Verbindungen, die die Oberflächenspannung zwischen zwei Substanzen, wie Öl und Wasser, verringern. Seife enthält Tensidmoleküle, die zwei Enden haben: eines, das hydrophil (wasserliebend) ist, und ein anderes, das hydrophob (wasserabweisend) ist. Wenn Seife zu einer ölkontaminierten Wasserprobe in einem Experiment hinzugefügt wird, umgibt sie die Öltröpfchen, wodurch diese leichter zerlegt und mit Wasser vermischt werden können.

Ziel: Das Hauptziel der Verwendung von Seife in Experimenten besteht darin, das Konzept der Emulsion zu veranschaulichen, bei dem Öl in kleinere Tröpfchen zerlegt wird, die sich leichter im Wasser verteilen lassen.

Chemische Dispergatoren bei realen Ölverschmutzungen

Funktion: Chemische Dispergatoren, die bei marinen Ölverschmutzungen verwendet werden, ähneln Seife insofern, als sie Tenside sind. Sie sind jedoch speziell für den Umweltgebrauch formuliert, insbesondere in marinen Umgebungen. Diese Dispergatoren sind darauf ausgelegt, große Ölteppiche schnell in kleinere Tröpfchen zu zerlegen, die von natürlichen Bakterien im Meer leichter verdaut werden können, oder die sich leichter in der Meeresumgebung verdünnen lassen.

Verwendung: Im Gegensatz zu Seife sind diese Dispergatoren so konzipiert, dass sie umweltverträglich in großen Mengen und unter spezifischen Bedingungen, die bei marinen Ölverschmutzungen vorliegen, verwendet werden können. Sie werden in Situationen angewendet, in denen eine mechanische Rückgewinnung unpraktisch ist, oder wenn das Öl zu weit oder zu dünn ausgebreitet ist, um effektiv durch Absperrungen eingedämmt oder durch Ölskimmer entfernt zu werden.

Vorschriften und Umweltauswirkungen: Die Verwendung von chemischen Dispergatoren ist streng reguliert. Umweltbehörden, wie die Europäische Umweltagentur (EEA) auf europäischer Ebene, die Umweltbehörde im Vereinigten Königreich oder die Environmental Protection Agency (EPA) in den Vereinigten Staaten, müssen deren Verwendung auf der Grundlage von Faktoren wie der Art des Öls, dem Seegang, der Nähe zu Küstenlinien und potenziellen Auswirkungen auf das Meeresleben und Lebensräume genehmigen. Diese Dispergatoren sind Teil einer genau kalkulierten Reaktion, um den insgesamt durch eine Ölverschmutzung verursachten Umweltschaden zu minimieren. Allerdings ist der Einsatz von Dispergatoren nicht ohne Umweltprobleme. Die Chemikalien in den Dispergatoren können für das Meeresleben giftig sein und die zerstreuten Öltröpfchen können tiefer ins Wasser eindringen, potenziell Organismen beeinflussen, die in tieferen Teilen des Ozeans leben.

Wichtige Unterscheidung

Keine Seife im Meer: Es ist wichtig zu beachten, dass normale Haushaltsseifen oder Reinigungsmittel niemals in tatsächlichen Ozean- oder Meeresumgebungen zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen verwendet werden. Sie sind nicht für einen solchen Gebrauch konzipiert und können für das Leben im Meer schädlich sein. Normale Seife kann Fische und Meereslebewesen schädigen, das Wasser verschmutzen und den Sauerstoffgehalt verringern, was Bereiche schafft, in denen Tiere nicht überleben können. Seife kann auch das Öl verbreiten, was die Reinigung erschwert.

Für den Einstieg

• Klare Schritt-für-Schritt-Anleitungen bereitstellen
• Fokus auf visuelle Beobachtungen und grundlegende Interaktionen legen (z. B. beobachten, wie verschiedene Wassertemperaturen die Ausbreitung des Öls beeinflussen)
• Einfache Reinigungswerkzeuge wie Watte oder Löffel verwenden, um den Schüler*innen die grundlegenden Prinzipien der Ölentfernung leichter verständlich zu machen

Für Fortgeschrittene

• Weitere Variablen hinzufügen, wie z. B. simulierte Wellenbewegungen im Wasser
• Verschiedene chemische Dispergatoren ausprobieren und ihre Auswirkungen beobachten

Weitere Aktivität: Echte Ölverschmutzungen diskutieren

Fragen, die mit den Schüler*innen diskutiert werden können:

• Diskutiert basierend auf euren Beobachtungen, warum die Reinigung von Ölverschmutzungen in realen Umweltszenarien eine Herausforderung darstellen kann.
• Was vermutet ihr: Wie wirken sich Ölverschmutzungen auf Lebewesen im Wasser und die Umwelt aus?
• Wer reinigt reale Ölverschmutzungen?

Weitere Aktivität: Rollenspiel

Die Schüler*innen übernehmen die Rollen verschiedener Interessengruppen in einem Ölunfallszenario (z. B. Umweltwissenschaftler*innen, Regierungsbeamt*innen, lokale Geschäftsinhaber*innen), was ihnen ermöglicht, die multidimensionalen Auswirkungen von Umweltproblemen zu erkunden.

Karrieren in der Wissenschaft gehen oft weit über das hinaus, was sich Schüler*innen zunächst vorstellen könnten. Organisationen wie das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) veranschaulichen die dynamische Natur der wissenschaftlichen Forschung. Im EMBL tauchen Wissenschaftler*innen in die molekulare Forschung ein, die nicht nur unser Verständnis des Lebens auf zellulärer Ebene erweitert, sondern auch Bereiche wie Medizin, Landwirtschaft und Umweltwissenschaften beeinflusst. Indem visuell dargestellt wird, wie Wissenschaftler*innen in High-Tech-Laboren arbeiten und ihre Erkenntnisse auf reale Probleme anwenden, können Schüler*innen sehen, wie die Molekularbiologie eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung globaler Herausforderungen spielt. Dieses Beispiel hilft, das Missverständnis zu zerstreuen, dass wissenschaftliche Karrieren auf Labore beschränkt sind, und zeigt den Schüler*innen, wie Forschung die Gesellschaft und Ökosysteme direkt beeinflusst.

Wissenschaft ist nicht auf Innenräume beschränkt – sie beinhaltet oft Erkundung und Abenteuer. Anhand des Beispiels der EMBL TREC-Expedition können Schüler*innen sehen, wie Wissenschaftler*innen in unerforschte Gebiete vordringen, um Feldforschung zu betreiben. Ob es darum geht, abgelegene Ökosysteme zu studieren, Umweltdaten zu sammeln oder Wildtiere zu beobachten, Feldarbeit bietet praktische Möglichkeiten, die natürliche Welt zu verstehen und zu schützen. Diese Erfahrungen verbinden wissenschaftliche Erkenntnisse mit dem Nervenkitzel der Erkundung und zeigen den Schüler*innen, dass Wissenschaft ein abenteuerlicher und zutiefst lohnender Karriereweg sein kann. Dieses Beispiel hebt die aufregende Vielfalt wissenschaftlicher Karrieren hervor und spricht Schüler*innen an, die sich für die Natur oder praktische Arbeit interessieren.

Reale Beispiele wie die Ölverschmutzung durch Deepwater Horizon im Golf von Mexiko zeigen, wie Wissenschaftler*innen auf Umweltkrisen reagieren. Nach der Verschmutzung arbeiteten Teams von Meeresbiolog*innen, Ökolog*innen, Chemiker*innen und Ingenieur*innen zusammen, um den sofortigen und langfristigen Umweltschaden zu bewerten. Sie untersuchten die Auswirkungen der Verschmutzung auf das Meeresleben, entwickelten innovative Reinigungsmethoden und lieferten entscheidende Erkenntnisse zur Verhinderung zukünftiger Katastrophen. Diese Fallstudie veranschaulicht die interdisziplinäre Natur der Wissenschaft, bei der die Zusammenarbeit über Fachgebiete hinweg zu wirkungsvollen Lösungen führt. Sie unterstreicht auch, wie wissenschaftliches Wissen der Erde und dem Leben auf ihr direkt zugutekommen kann, und inspiriert Schüler*innen, Karrieren zu verfolgen, die sich mit drängenden Umweltproblemen befassen.

Das Ziel besteht darin, den Schüler*innen aufzuzeigen, wie Unterrichtsthemen im Bereich der Umweltwissenschaften oder Molekularbiologie unmittelbar mit realen Berufsfeldern in Verbindung stehen. Dies unterstützt sie dabei, die Bedeutung ihres Lernstoffs zu erkennen und mögliche berufliche Laufbahnen zu entdecken.

• Umweltwissenschaften & Verschmutzung
  Stellen Sie einen Bezug her zwischen Aktivitäten zur Beseitigung von Ölverschmutzungen und Berufen wie Umweltingenieur*innen, Meeresbiolog*innen oder Entscheidungsträger*innen in der Umweltpolitik. Sie könnten beispielsweise erläutern, wie Umweltwissenschaftler*innen Methoden zur Beseitigung von Ölverschmutzungen entwickeln und anwenden, die Auswirkungen von Verschmutzung auf Ökosysteme erforschen oder Strategien zur Verhinderung zukünftiger Verschmutzungen erarbeiten.
• Molekularbiologie
  Gehen Sie darauf ein, wie Molekularbiolog*innen Mikroorganismen erforschen, die Öl abbauen. Betonen Sie Berufsfelder in der Biotechnologie oder Forschung, in denen Fachleute neue Bakterienstämme zur effizienteren Reinigung von Ölverschmutzungen entwickeln oder die am Abbau von Öl beteiligten molekularen Mechanismen untersuchen.

Diskussionspunkte: Fallstudien wie die zur Deepwater-Horizon-Katastrophe können genutzt werden, um über die interdisziplinäre Natur der Wissenschaft zu diskutieren und wie verschiedene Fachgebiete zusammenkommen, um komplexe Probleme zu lösen.

Projektbasiertes Lernen: Ermutigen Sie die Schüler*innen, das Problemlösen in realen Szenarien zu simulieren, wie zum Beispiel das Entwerfen eigener Strategien zur Reinigung von Ölverschmutzungen oder das Erforschen von Karrieren in der Meeresbiologie und Nachhaltigkeit.