„NOP - Nachhaltigkeit im organisch-chemischen Praktikum“

Burkhard König

Laborpraktika in Organischer Chemie sind als Pflichtveranstaltungen in den Studienplänen der Universitäts- und Fachhochschulausbildung in Chemie, Biochemie, Biologie, Pharmazie, Physik, Medizin und sogar in einigen ingenieurwissenschaftlichen Fächern zu finden. Die meisten dieser Veranstaltungen werden bislang als traditionelle Laborpraktika abgehalten: Studierende erlernen grundlegende Experimentiertechniken der Synthese und Analyse und den Umgang mit chemischen Gefahrstoffen. Die Effizienz einer chemischen Reaktion wird im Allgemeinen nur durch die Produktausbeute charakterisiert. Studierende lernen nicht, die Gesamteffizienz einer chemischen Transformation, die ein direktes Maß für ihre Nachhaltigkeit ist, zu bewerten. Auch Verfahren zur möglichen Effizienzsteigerung werden oft nicht explizit vermittelt.

Nachhaltige Chemie beginnt im ersten Semester

Angesichts endlicher Ressourcen und steigender Umweltbelastung brauchen wir aber dringend mehr Nachhaltigkeit in der Chemie und mehr Chemiker/innen, die Nachhaltigkeit in ihrer Syntheseplanung berücksichtigen können. Dazu müssen sich die traditionellen Lehrinhalte und Konzepte des Chemieunterrichts an Schulen, Berufsschulen, Fachhochschulen und Universitäten ändern: Das Erleben der Freude am experimentellen Arbeiten, das Training experimenteller Fähigkeiten, das praktische Kennenlernen von Stoffen, Geräten und Reaktionen, und der sichere Umgang mit Gefahrstoffen unter Berücksichtigung gesetzlicher Rahmenbedingungen müssen um die Aspekte der Effizienz und Nachhaltigkeit einer Reaktion ergänzt werden. In dieser viel weiteren Betrachtung lernen Studierende organische Reaktionen zu planen, durchzuführen und zu analysieren, wobei die Auswirkungen der Reaktion auf Mensch und Umwelt in die Bewertung mit einbezogen werden. Nachhaltigkeit beginnt mit der Reaktionsplanung! Schon in der Schule kann die beispielhafte Effizienzbetrachtung chemischer Reaktionen im Unterricht, in Schülerexperimenten oder Facharbeiten helfen, Schlüsselkompetenzen für eine nachhaltige Entwicklung zu vermitteln. Dieses Bildungsziel ist zwar in den OECD Bildungsstandards verankert, doch bislang kaum umgesetzt.

Abbildung 1: Startseite der NOP Internetdatenbank

Neue Lehrinhalte im neuen Format

Das NOP-Praktikum stellt die benötigten Arbeitsmaterialien zur Verfügung, um die Inhalte der traditionellen Chemie-Ausbildung mit Nachhaltigkeitsaspekten zu verknüpfen. 75 Standardversuche der organischen Chemie sind so bearbeitet worden, dass Studenten und Schüler selbständig die Reaktionseffizienz berechnen und damit die Ressourcennutzung und Umweltbelastung beurteilen können. Zusätzlich finden sich Aspekte, die über die klassischen organisch-chemischen Lehrinhalte hinausgehen, wie Ökobilanzierung, Energieverbrauch oder (öko)toxikologische Bewertungen. Eine umfangreiche Chemikaliendatenbank mit graphischer Oberfläche erlaubt dabei die Visualisierung von Molekülstrukturen und Eigenschaften, so dass Struktur-Eigenschaftsbeziehungen deutlich werden (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Chemikaliendatenbank erlaubt die graphische Darstellung von Molekülen und Eigenschaften.

Auch die Angabe von Wirkfaktoren, die das Gefährdungspotential einer Chemikalie zusammenfassen, erfolgt graphisch (siehe Abbildung 3). Je nach Studienziel und Ausbildungsstand sind die Anforderungen an Lehrinhalte aber natürlich sehr unterschiedlich. Daher wurde ein neues Format für das neue organisch-chemische Praktikum gewählt. Kein Lehrbuch oder Skript, sondern eine interaktive Datenbank bietet alle nötigen Informationen an. Die Arbeitsmaterialien stehen im Internet (www.oc-praktikum.de) jedem Interessierten kostenlos zur Verfügung und werden über Nutzerkommentare ständig aktualisiert. Das Angebot richtet sich an Praktikumsleiter und Lehrende, die für die praktische organisch-chemische Ausbildung an Universitäten, Fachhochschulen und Berufsschulen verantwortlich sind und soll helfen, moderne Praktika und Seminare zu konzipieren. Als Ergänzung der Internetdatenbank wurde 2005 eine Buchbroschüre (Verlag Harry Deutsch) publiziert, die Hinweise für die Nutzung des NOP Materials im modernen Chemieunterricht gibt.

Abbildung 3: Graphische Darstellung von Wirkfaktoren für die Chemikalien einer Reaktion

Das NOP nutzen und weiter entwickeln

Seit 2004 wird das NOP-Praktikum an zahlreichen deutschen Hochschulen erfolgreich in der Bachelor-Ausbildung eingesetzt, weitere sechs europäische und außereuropäische Länder sind diesem Vorbild gefolgt und übertragen das Praktikum derzeit auf ihre Bedürfnisse und in ihre Landessprache. Die NOP Internetseiten werden dynamisch aus einer elektronischen Datenbank erzeugt. Dies erleichtert die Übertragung in andere Sprachen, da nur die Datenbankinhalte übersetzt werden müssen. Auch Länder, in denen Verlage aufgrund der geringen Marktgröße nicht daran interessiert sind, die Erarbeitung von neuem Chemielehrmaterial zu finanzieren, erhalten so nun Zugang zu nachhaltigkeitsorientierten Ausbildungsmaterialien. Derzeit wird das NOP Material im Rahmen von "non profit" Partnerschaften durch nationale Editoren in die Sprachen Griechisch, Portugiesisch, Russisch, Arabisch, Türkisch und Indonesisch übersetzt. Die NOP Datenbank wurde von Arbeitsgruppen der Chemie der TU Braunschweig, der Universitäten Bremen, Jena, Oldenburg, Regensburg sowie der TU München seit dem Jahr 2000 entwickelt. Der Deutschen Bundesstiftung Umwelt sei für die Förderung nochmals gedankt. Im Jahr 2007 wurde das Projekt mit dem Literaturpreis des Fonds der Chemischen Industrie ausgezeichnet.


  •    » Kontakt
    • Burkhard König
      Institut für Organische Chemie
      Universität Regensburg
      Universitätststr. 31
      93040 Regensburg
      Tel.: +49 (0)941 943-4576
      Fax: +49 (0)941 943-1717
      E-Mail: burkhard.koenig@chemie.uni-regensburg.de
Unternehmen