Projekt 29128/01

Die Bioraffinerie – Beiträge der Weißen Biotechnologie zum Umweltschutz

Projektdurchführung

Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)
Gottlieb-Daimler-Str. 49
67663 Kaiserslautern

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Öffentlichkeit werden Beiträge von Nachwachsenden Rohstoffen und der Gentechnik zum Um-weltschutz oft kontrovers diskutiert. Das zu Grunde liegende Konzept vermittelt Lehrern als auch Schü-lern einen konkreten Einblick in die Anwendungsvielfalt beider Themengebiete, potentieller Synergien für aktuelle und zukünftige Herausforderungen sowie eine Anleitung für das wissenschaftliche Arbeiten in Theorie und Labor. So werden den Teilnehmern sowohl projektorienteierte Hintergründe in Fachvorträgen vermittelt als auch der praktische Einsatz moderner Techniken direkt im Labor ermöglicht. Auf diese Weise wird ein kritischer sowie sachbezogener Dialog zwischen Gesellschaft und Forschung gefördert, der auch das Interesse für Studiengänge auf dem Feld von Naturwissenschaft und Technik fördern soll.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Teilnehmer des Schülerkurses werden parallel zu den themenspezifischen Fachvorträgen folgende praktische Arbeiten durchführen: die enzymatische Hydrolyse von Holz mit anschließender Fermentation, eine Klonierung mit nachfolgender heterologer Enzymexpression und abschließend eine Prozesssi-mulation mittels SuperProDesigner. Die Praxisteile decken somit den Einsatz hydrolytischer Enzyme auf natürlichem Substrat, Kultivierungstechniken auf Fest- und Flüssigmedien sowie im Kolben- als auch Fermentermaßstab, Fermentationsmonitoring und -steuerung, molekularbiologische Techniken der Po-lymerase-Kettenreaktion (PCR), Restriktion, Ligation, Elektroporation, Agarosegelelektrophorese, Induk-tion einer heterologen Expression und SDS-PAGE als auch eine Prozesssimulation ab.

Der Lehrerkurs ist thematisch deckungsgleich mit dem Schülerkurs, soll aber zeitlich bedingt neben dem Prozessdesign nur ausgewählte praktische Arbeiten aus der Bioraffinerie und der Molekularbiologie be-inhalten. Der Fokus liegt auf der Vermittlung technischer Hintergründe einer Bioraffinerie, der Diskussion von Herausforderungen eines Rohstoffwechsels und praktischen Anwendungsbeispielen für den Einsatz des Bioraffineriekoffers im Zuge der Unterrichtsgestaltung an Schulen. Konkrete praktische Arbeiten stellen die enzymatische Holzhydrolyse, Kultivierung und Fermentation, Klonierungstechniken (PCR, Restriktion, Agarosegelelektrophorese) sowie die Prozesssimulation mittels SuperProDesigner dar.



Ergebnisse und Diskussion

Im Sinne der Zielsetzung wurden zahlreiche Materialien erarbeitet und Veranstaltungen angeboten:
Schülerferienkurs "Bioraffinerie - Industrielle Nutzung Naschwachsender Rohstoffe"
- Es wurden insgesamt vier Veranstaltungen mit ca. 40 Schülerinnen und Schülern durchgeführt.
- Ein ausführliches Praktikumsskript, das sowohl eine theoretische Grundlage als auch einen prakti-schen Verlaufsplan beinhaltet, wurde in zielgruppenorientierter Fassung erstellt.
- In Diskussionsrunden mit Vertretern der Industrie, konnten anwendungs- und marktorientierte Fragen geklärt und Herausforderungen für die Wissenschaft, Technik und Bildung formuliert werden.
- Schüler/innen nutzten die Veranstaltungen als Entscheidungshilfe in Bezug auf ihre berufliche Lauf-bahn bzw. den weiteren Bildungsweg.
Bioraffineriekoffer
- Es wurde ein mobiles Kleinlabor zusammengestellt, das eine vielseitige, flexible sowie modulare Un-terrichtsgestaltung mit hohem technischem Niveau und unabhängig vom jeweiligen Etat der Schule in Unterricht und Projektwochen bewiesen hat. Das Koffersystem ermöglicht eine hohe praktische Teilnahme der Schüler/innen in Form von zahlreichen Experimenten.
- Die gute materielle Ausstattung des Bioraffineriekoffers beinhaltet u.a. einen Bioreaktor, ein Schüt-teltablar, ein UV-Spektrometer, eine Mikrozentrifuge, Kolbenhubpipetten, einen Überkopfschüttler sowie einen Laptop inkl. einer Prozesssimulationssoftware. Diese Geräte werden durch die benötig-ten Chemikalien, Enzyme und Verbrauchsmaterialien ergänzt und bieten derart eine, für die Schulen völlig kostenlose, Möglichkeit eines anwendungsorientierten Unterrichts auf hohem technischen Ni-veau.
- Es wurden insgesamt vier Begleithefte erstellt, die das Lehrpersonal sowie die Schüler/innen in the-oretischer Einführung, Unterrichtsplanung, Versuchsdarstellung, Auswertung der Ergebnisse und Bewertung im gesellschaftlichen Kontext maßgeblich unterstützen. Das Lehrpersonal wurde auch mit vorgefertigten Materialien hinsichtlich der Dokumentationspflicht bei Experimenten im Schulun-terricht bedient. Für die Unterrichtsgestaltung wurden relevante Inhalte als Overheadfolie erstellt und alle textbasierten Dokumente in einer dem Koffer beiliegenden DVD zur Verfügung gestellt.
Lehrerfortbildung "Bioraffinerie - Industrielle Nutzung Naschwachsender Rohstoffe"
- Es wurden insgesamt drei Veranstaltungen mit ca. 30 Lehrerinnen und Lehrern durchgeführt.
- Die Veranstaltungen konnten dem Lehrpersonal modernste analytische Methoden bieten und dar-über hinaus den apparativen Einsatz der Geräte und Verfahren des Bioraffineriekoffers für eine spä-tere Verwendung im Unterricht vermitteln.
- Neben einer Diskussion gesellschaftlicher Herausforderungen in Bezug auf Energie und Nachhaltig-keit konnte auch die Rolle der Verfahrenstechnik und die Studien- bzw. Berufsfelder vorgestellt wer-den. Somit kann das Lehrpersonal den Schüler/innen auch in Fragen der beruflichen Perspektiven von fachfremden Disziplinen als erste Informationsquelle dienen.
Lehrerfortbildung "Bioverfahrenstechnik in der Lebensmittelproduktion"
- Es wurden insgesamt zwei Veranstaltungen mit ca. 18 Lehrerinnen und Lehrern durchgeführt.
- Neben einer Brauanlage fand eine breite Analytik und viele Themen des Lehrplans, wie z.B. mikro-bio-logische Grundlagen, Katalyse und Metabolismus, Anwendung.
Schnuppertage
- Es wurden insgesamt neun Veranstaltungen mit ca. 360 Schülerinnen und Schülern durchgeführt
- Entlang einer kurzen Einführung und vier Experimenten wurde bei den Teilnehmer/innen das Inte-resse für Wissenschaft/Technik bestärkt als auch die entsprechenden Studienmöglichkeiten aufge-zeigt.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Konzept wurde über Tagungen, Infoveranstaltungen im In- und Ausland, in nationalen und internati-onalen Printmedien, einem Internetportal für Fortbildungsmöglichkeiten, veranstaltungsspezifische Flyer und einen ausgewählten E-Mail-Verteiler beworben. Darüber hinaus wurden alle Maßnahmen über zwei zielgruppenorientierte (Lehrpersonal u. Schüler/innen) Internetseiten vorgestellt: http://www.uni-kl.de/biovt/bioraffinerie. Schließlich wurde jede Veranstaltung im Rahmen des Projekts auch als Möglich-keit zur Vorstellung der weiteren Angebote genutzt.


Fazit

Das Projekt "Die Bioraffinerie - Beiträge der Weißen Biotechnologie zum Umweltschutz" hat über einen vielseitigen Maßnahmenkatalog eine große Zahl an interessierten Lehrer/innen und Schüler/innen auf nationaler und inter-nationaler Ebene erreicht und somit nachhaltig wissenschaftliche Grundlagen mit einer gesellschaftlichen Diskussion verknüpft. Es konnte die globale Rolle von Wissenschaft und Technik aber auch die ganz individuelle Verantwortung sowie die beruflichen Perspektiven für den einzelnen Teilnehmer der Veranstaltungen herausgestellt werden.