Forschertagebücher

3D-Druck und Wasserstoff – ein Maturprojekt kommt zurück an die Schule

Jonas Traber mit dem Wettbewerbsmodell seines Elektrolyseurs am Finale des Nationalen Wettbewerbs von Schweizer Jugend forscht. Bild: SJf

Jonas Trabers Maturaarbeit führte ihn bis nach Brasilien, jetzt bietet er ein fertiges Produkt für den Schulunterricht an. Hier erzählt er, wie er sich für Wasserstoff-Technologie zu interessieren begann und aus seinem selbst konstruierten Elektrolyseur ein immer ausgefeilteres Projekt wurde. Nun kommt seine Idee zurück in die Klassenzimmer – als Bausatz für den Chemieunterricht unter dem Namen Tectraon.

Wie viele andere stand auch ich irgendwann an dem Punkt, an dem ich mir überlegen musste: Worüber schreibe ich eigentlich meine Maturaarbeit? Ich hatte viele Themen auf dem Tisch, die mich interessierten, aber für mich war ein Punkt entscheidend: Ein grosser Teil meiner Arbeit sollte praktisch sein, und die reine Recherche-Zeit wollte ich in Grenzen halten.

Den entscheidenden Impuls gab mir mein Betreuer, als er mir ein YouTube-Video zeigte. Darin bastelte jemand aus einer einfachen Gewindestangen-Metallblech-Konstruktion einen Apparat, erzeugte Knallgas und schoss damit eine Flasche in die Luft. Da war mir direkt klar, was das Thema meiner Maturaarbeit sein wird: «Wasserstoff als Energieträger der Zukunft?»

Was ist ein Elektrolyseur?

Bei der «Gewinde-Metallblech-Konstruktion» handelt es sich um einen einfachen Aufbau zur Wasserelektrolyse. Bei dieser wird Wasser (H2O) mit Hilfe von elektrischer Spannung in seine Grundelemente Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. 

Vermischen sich die beiden Gase, entsteht Knallgas, das sehr explosiv ist. Durch das Anzünden dieser Mischung wird in kurzer Zeit viel Energie frei, was eine Flasche in den Himmel schiessen lässt.
Ein Gerät, das diese Aufspaltung von Wasser betreibt, nennt man «Elektrolyseur».

Schema einer Elektrolysezelle. Bild: Jonas Traber

Ich habe mir zum Ziel gesetzt, diese Konstruktion für die Wasserelektrolyse zu optimieren. Anders als im Video wollte ich kein gefährliches Knallgas produzieren, sondern meinen Elektrolyseur so bauen, dass ich Wasserstoff und Sauerstoff von Anfang an getrennt voneinander speichern kann.

Was ist eine Elektrolysezelle?

Die Elektrolysezelle ist die kleinste Einheit innerhalb eines Elektrolyseurs, in welcher eine komplette Reaktion abläuft. Bei meiner Konstruktion handelt es sich um zwei Gewindestangen, die jeweils mit einem der elektrischen Pole verbunden werden. Darauf werden zwischen den beiden Gewinden runde Metallbleche montiert. 

Ein Blech hat elektrischen Kontakt mit dem einen Gewinde und ist gegen das andere isoliert – beim zweiten Blech ist es genau umgekehrt. So entstehen Anode und Kathode. Der Strom muss durch das Wasser fliessen, um den Stromkreis zu schliessen, wodurch die Aufspaltung des Wassers in Gang gesetzt wird.

Elektrolysezelle. Bild: Jonas Traber

Aller Anfang ist Trial-and-Error

Während der Entwicklung verbrachte ich jede Menge Zeit im Elektronik- und 3D-Druck-Zimmer meiner Kantonsschule. Ich hatte mein übergeordnetes Ziel zwar fest vor Augen, aber ich musste es in viele kleine Meilensteine herunterbrechen. Durch pures Trial-and-Error kam ich meinem Ziel Schritt für Schritt näher. Dabei war es wichtig, flexibel zu bleiben – meine allererste Skizze des Elektrolyseurs sah nämlich noch komplett anders aus als das endgültige Modell!

Nächster Halt: Schweizer Jugend forscht

Nachdem ich meine Maturaarbeit erfolgreich abgeschlossen hatte, schlug mir mein Betreuer vor, die Arbeit bei Schweizer Jugend forscht einzureichen. Ohne lange nachzudenken, klickte ich mich durch die kurze Anmeldung. Ich überstand die erste Auswahlrunde und wurde eingeladen, mein Projekt in Bern persönlich vorzustellen.

Nach diesem aufregenden Tag bekam ich einen Experten an die Seite gestellt. Er gab mir einige Auflagen und Verbesserungsvorschläge mit auf den Weg, die ich erfüllen musste, damit ich am Finale des nationalen Wettbewerbs teilnehmen durfte. Um das umzusetzen, baute ich ein komplett neues Modell, das nur noch eine einzige, optimierte Elektrolysezelle beinhaltete anstatt der alten Vierer-Parallelschaltung.

Meilenstein 2: Optimiert für das grosse Finale

Dieser Elektrolyseur funktioniert genau gleich wie das Modell meiner Maturaarbeit. Da er jedoch nur noch eine einzige Elektrolysezelle besitzt, lässt sich das Verhalten – und vor allem die Effizienz – viel genauer untersuchen. 

Zudem habe ich diesen Elektrolyseur nicht mehr aufwendig abgedichtet; stattdessen wird er für den Betrieb einfach in ein Wasserbecken gestellt.

Elektrolyseur: Das erste Wettbewerbsmodell. Bild: Jonas Traber

Die intensive Zeit der Überarbeitung zahlte sich aus: Ich wurde mit der Teilnahme am Finale von Schweizer Jugend forscht in St. Gallen belohnt! Das Finale ging über drei Tage und war vollgepackt mit Programm. Mein persönliches Highlight war die öffentliche Ausstellung. Ich kam mit unglaublich vielen interessanten Leuten ins Gespräch, die mir ihre Meinungen und Ideen zum Projekt äusserten. Schon dort fiel mir auf, dass auffallend viele Lehrpersonen nachfragten, ob man diese Elektrolyseure nicht auch im normalen Schulunterricht einsetzen könnte.

Am Ende dieser drei anstrengenden Tage stand die Rangverkündigung an. Neben den Prädikaten («gut», «sehr gut», «hervorragend») wurden auch die heiss begehrten Sonderpreise verliehen, was für riesige Spannung im Saal sorgte. Als ich an der Reihe war, ging alles blitzschnell: Ich hörte, dass ich die Auszeichnung «sehr gut» erhalten hatte – und einen Sonderpreis! Ich musste danach erst einmal bei meinen Eltern nachfragen, ob ich es richtig verstanden hatte: Ich durfte am Mostratec Fair in Brasilien teilnehmen!

Das Brasilien-Abenteuer

Für die Vorbereitung auf Brasilien hatte ich ein knappes halbes Jahr Zeit. Da die Reise und die Unterkunft komplett von Schweizer Jugend forscht in Zusammenarbeit mit der Mostratec organisiert wurden, konnte ich mich voll auf mein Projekt konzentrieren. Die grösste Arbeit bestand darin, meinen gesamten Stand und die Unterlagen auf Englisch zu übersetzen. Nebenbei nutzte ich die Erkenntnisse aus dem Finale, um den Elektrolyseur technisch noch einmal auf ein neues Level zu heben.

Meilenstein 3: Das internationale Modell

Für die Mostratec Fair in Brasilien habe ich das Elektrodenmaterial von Edelstahl auf Graphit umgestellt. Dadurch konnte ich eine höhere Effizienz erzielen. 

Ein weiterer Vorteil: Graphit reagiert nicht mit der Schwefelsäure, die dem Wasser beigemischt wird, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.

Elektrolyseur: Das internationale Modell. Bild: Jonas Traber

Im Herbst 2023 war es dann so weit: Für eine Woche flog ich alleine ins Abenteuer nach Brasilien. Zu Beginn war das Navigieren vor Ort gar nicht so leicht, da die Einheimischen kaum Englisch sprachen. Zum Glück traf ich aber bald Kollegen aus Dänemark, die im selben Hotel wie ich logierten. 

Die meiste Zeit verbrachte ich an meinem Stand, wo ich mein Projekt Tag für Tag den interessierten Besuchern vorstellte. Damit das reibungslos klappte, hatte ich immer eine einheimische Schülerin an meiner Seite, die meine Erklärungen live auf Portugiesisch übersetzte. Nach den Befragungen durch die Expertenjury kam das grosse Finale: Bei der Rangverkündigung erreichte ich den dritten Rang in meiner Kategorie! Es war ein bisschen schade, nach nur einer knappen Woche schon wieder abzureisen, da ich mich gerade erst so richtig eingelebt hatte.

Die Geburtsstunde von Tectraon

Nach all diesen Erlebnissen fand ich es irgendwie zu schade, das Projekt einfach in einer Schublade verstauben zu lassen. Und eine Sache ging mir immer wieder durch den Kopf: Egal ob in der Schweiz oder in Brasilien – immer wieder hatten mich Lehrpersonen gefragt, ob man das Modell im Unterricht verwenden kann. Nach einer kurzen Pause entschied ich mich daher, die Entwicklung genau in diese Richtung weiterzutreiben. Das bedeutete: Das Modell musste robust, einfach zu bauen und gleichzeitig kostengünstig in der Herstellung werden.

Zuerst tüftelte ich rein am optimalen Hardware-Design. Als das stand, schrieb ich eine verständliche Anleitung mit passenden Experimenten und testete diese ausführlich. Dazu entwarf ich ein kurzes Theorie-Dokument für die Schülerinnen und Schüler sowie ein Begleitdokument für Lehrpersonen, damit das Projekt ohne grossen Aufwand im Unterricht oder in Projektwochen umgesetzt werden kann. 

Um herauszufinden, ob mein Bausatz in der Praxis auch wirklich funktioniert, bin ich dorthin zurückgekehrt, wo alles begonnen hat: an meine alte Kantonsschule. Die Schule erklärte sich sofort bereit, das Projekt zu testen.

Und genau an diesem Punkt stehe ich jetzt. Mit dem Projekt Tectraon «Bau deinen eigenen Elektrolyseur» arbeite ich heute mit Schulen zusammen. Mein Ziel ist es, Jugendlichen ein spannendes, praktisches Projekt zu bieten, bei dem sie Zukunftstechnologie selbst erleben können. Im Gegenzug bekomme ich wertvolles Feedback, um die Elektrolyseure und Dokumente immer weiterzuentwickeln.

Wenn ich in diesem Moment auf meine bisherige Reise zurückblicke, wird mir eines klar: Als ich damals mit der Maturaarbeit anfing, hätte ich mir das alles niemals erträumen lassen. Manchmal muss man nicht den ganzen Weg im Voraus kennen – man muss einfach nur den Mut haben, den ersten Schritt zu machen. Und die daraus folgenden Herausforderungen annehmen!

Mehr Informationen sowie Bezugsquellen für Lehrpersonen und Schulen finden sich bei Tectraon.
 

Text und Bilder: © Jonas Traber / Tectraon 
 

Zuletzt geändert: 30.06.2026
Erstellt: 30.06.2026
Mehr